Противостояние снегу
Роторные снегоуборочные машины
В коммунальном хозяйстве есть комплекс мероприятий, называемый зимним содержанием дорожного покрытия. Он предусматривает уборку снега с поверхности транспортных коммуникаций силами специализированных машин с навесным оборудованием. Навесное оборудование может быть плужным, щеточным, вентиляторным или роторным, объединяемым в комплекты. Эффективность работы такого комплекта зависит от согласованной работы средств механизации или, иными словами, от производительности, дальности отбрасывания снега, рабочей скорости и др.
![]() |
Роторные снегоуборочные машины, применяемые на уборке снега с дорожных покрытий, подразделяются на два основных типа: с совмещенным циклом (одноступенчатые), когда разработка снега и отбрасывание осуществляются одним механизмом, и с раздельным рабочим циклом (двухступенчатые), когда один механизм – питатель – отделяет снег от забоя, а метательный аппарат транспортирует разработанную массу за пределы очищаемого участка.
К машинам с совмещенным циклом относятся плужно-роторные снегоочистители (рис. 1, а) и фрезерные (рис. 1, г). Совмещение операций позволяет создать компактный, менее металлоемкий рабочий орган, благодаря чему машина приобретает очень важное свойство – маневренность. Поскольку снижается нагрузка на ближний к рабочему органу мост, снегоочиститель идет с большей транспортной скоростью. Однако совмещение операции разработки снега и транспортировки его в сторону от направления движения неизбежно ведет к непроизводительным потерям мощности, так как резание снега, исходя из условий энергоемкости процесса, ограничено скоростями 9…10 м/с, а для отбрасывания необходимы окружные скорости в 2…3 раза большие. Поэтому увеличение дальности отбрасывания в снегоочистителях этого типа за счет повышения частоты вращения исполнительного механизма приводит к нерациональному распределению мощности в рабочем органе и, следовательно, к снижению производительности машины.
Раздельный принцип удаления снега с покрытий дает определенные преимущества. Привод питателя и метательного аппарата осуществляется через индивидуальную кинематическую цепь, поэтому режим работы, конструктивные формы элементов, их расположение и количество выбирают для каждого механизма, исходя из условий рационального рабочего процесса. Снегоочистители, рабочий орган которых выполнен по такой схеме, получили название шнекороторных (рис. 1, б) и фрезерно-роторных (рис. 1, в), а различаются они исполнением и компоновкой питателя, конструктивное оформление которого определяет размер шнека, используемого для разработки снежного массива.
В России из числа упомянутых типов роторных снегоочистителей наибольшее распространение получили шнекороторные, которые могут быть выполнены по одно- или двухмоторной схеме. Приверженцем первой схемы является ОАО «Севдормаш». В его снегоочистителе КО-605М передача крутящего момента к навесному оборудованию и отбор мощности на механизм передвижения осуществляются от одного двигателя, расположенного на раме.
![]() |
КО-605М |
По двухмоторной схеме изготовлен снегоочиститель ДЭ-226. Привод рабочего органа осуществляется от дополнительного двигателя, установленного на раме базового автомобиля, за кабиной, а передвижение – от штатного двигателя (рис. 2, а).
Главным отличием КО-605 от других машин, производимых в странах СНГ, является рабочий орган, в котором использована новая конструкция метательного аппарата. Метатель – дисковый, лопастной. Центральная загрузочная область выполнена коноидально для свободного входа снежной массы в полость метательного аппарата. Лопатки метателя состоят из двух сопряженных между собой участков: разгонного и направляющего. Такое конструктивное решение позволяет увеличить пропускную способность метательного аппарата и придать частицам снега в момент разгрузки в направляющий патрубок одинаковую по величине и направлению скорость.
Таким образом, конструктивное решение метательного аппарата снегоочистителя КО-605М учитывает особенности его рабочего процесса: предотвращает выброс снежной массы с лопастей, создает компактный однородный снежный поток с минимальной площадью рассева. Применение такой конструкции метателя позволило увеличить производительность шнекороторного снегоочистителя на 30…40%, а дальность отбрасывания – на 25…45% без увеличения мощности установленного двигателя. Кроме того, одномоторная схема, по которой выполнен снегоочиститель КО-605М, позволяет обеспечить простоту управления и технического обслуживания, сделать машину компактной.
Две механические трансмиссии снегоочистителя ДЭ-226 содержат разъединительные муфты, редукторы, преобразующие частоту вращения, карданные передачи и другие узлы, обеспечивающие привод рабочего органа и механизма передвижения.
Существует мнение, что двухмоторная схема исполнения снегоочистителя позволяет получить независимое регулирование скорости передвижения машины в широком диапазоне, используя пятиступенчатую коробку передач и дополнительную, двухступенчатую, которые обеспечивают набор из 10 передач, а в пределах включенной ступени скорость можно регулировать, меняя частоту вращения основного двигателя, однако такой взгляд ошибочен. Для того чтобы адаптировать скорость машины к изменяющимся условиям снегоочистки, надо иметь наибольшее соотношение передаточных чисел в рабочем диапазоне скоростей не более 1,2, что влечет за собой увеличение передач минимум в 3 раза. Кроме того, по условиям рационального рабочего процесса линейная скорость машины не должна превышать принятой окружной скорости шнеков. Если это соотношение нарушается, то сопротивление передвижению машины становится сопоставимо с тяговыми показателями снегоочистителя по сцеплению. На практике это означает, что водитель использует всего две первые передачи.
![]() |
ДЭ-226 |
Основным недостатком рассматриваемой схемы является нерациональное использование дизеля базового шасси в рабочем режиме, который загружен всего на 10% и длительное время работает с частотой вращения меньше номинальной. Это обстоятельство приводит к закоксовыванию камеры сгорания, клапанов и форсунок, что значительно сокращает ресурс двигателя, снижает эффективность его использования и приводит к непроизводительному расходу топлива. Другим недостатком этой схемы является перекрестное направление силовых потоков, когда ходовой двигатель приводит заднюю тележку автомобильного шасси, а с двигателя, расположенного позади кабины, крутящий момент передается на рабочий орган, навешиваемый перед ней. Кроме того, оборудование и ходовой двигатель перегружают передний мост на 2200 кг в транспортном режиме, поэтому в целях предотвращения его разрушения скорость передвижения ограничивается 40 км/ч. Таким образом, мнение о том, что наличие второго двигателя улучшает показатели машины, оказывается несостоятельным.
Привод рабочего органа этой машины одноступенчатый, поэтому частота вращения винтового питателя фиксирована и имеет жесткую кинематическую связь с метательным аппаратом (с неизменным в процессе работы передаточным числом). При таком исполнении привода частота вращения шнеков и лопастного колеса метательного аппарата меняется только при изменении частоты вращения двигателя, синхронно и в сторону уменьшения. Если учесть, что рабочая скорость находится в функциональной зависимости от окружной скорости шнеков и должна быть меньше, то снижение оборотов шнеков при неизменной поступательной скорости машины приводит к увеличению сопротивления ее передвижения и буксованию.
В кожухе питателя рабочего органа снегоочистителя ДЭ-226 установлены однозаходные полностенные шнеки со встречным направлением навивки и постоянным по длине углом подъема винтовой линии, равным 18°. По кромке винтовой лопасти нарезаны гребни, предназначенные для более интенсивного внедрения лопасти в снежный забой. Однако такое исполнение режущей кромки шнека ухудшает процесс транспортировки снега к приемному патрубку, поскольку при перемещении винтовой лопастью часть снежной массы проскакивает в зазор между выступами гребней. Кроме того, исследованиями установлено, что форма режущей кромки не оказывает существенного влияния на процесс разработки снега и, следовательно, не снижает энергоемкость питателя.
![]() |
Аэропорт Ахтубинск. Военный вариант ДЭ-210БМ (Севдормаш) |
В конструкции метателя снегоочистителя ДЭ-226 использована ступица с шестью лапами, усиленными продольными и поперечными ребрами жесткости. К лапам крепятся плоские лопасти с несколько загнутыми боковыми кромками. Поверхность лопасти отклонена от радиуса назад, против направления вращения, на угол 8°. Ступица выполнена сварной из двух втулок и фланцев, к которым крепятся опорные пластины. С тыльной стороны пластины объединены кольцом, которое должно, смещаясь относительно ступицы, воспринимать ударные нагрузки при взаимодействии с инородными предметами и перераспределять их на все опорные пластины.
Недостатком такой конструкции является изолированность лопастей друг от друга по периферии метателя, что приводит к перегрузкам в ступице при взаимодействии со снегом или препятствием и снижает надежность метателя в целом. По данным эксплуатационных служб, изгиб лопастей и излом ступицы происходит примерно через каждые 200 машино-часов работы снегоочистителя.
Центральная загрузочная область метателя не позволяет рационально использовать кинетическую энергию движущейся от шнеков массы снега. Ее эвакуация к лопастям происходит в основном за счет силы тяжести и частично за счет инерционных сил. Это вызывает непроизводительные затраты на последующий разгон снежной массы и увеличивает время ее пребывания в полости метательного аппарата. Наличие неподвижной задней стенки кожуха приводит к дополнительному расходу мощности из-за трения о перемещаемый лопастями снег.
Проанализировав конструктивное исполнение роторных снегоочистителей, можно сказать, что широко известная модель ДЭ-210А, Б, а в дальнейшем популярный снегоочиститель КО-605М претерпели более 1000 существенных изменений, направленных на снижение издержек по эксплуатации машин данного типа, учитывая сравнительную дороговизну при покупке новой машины, а также увеличение эффективности и производительности.
Машина ДЭ-226 с двухмоторной компоновкой, снабженная шнекороторным оборудованием, не претерпела за много лет сколько-нибудь значимых изменений, менялись только мощность и модели силовых установок. Тенденция к повышению мощности двигателей (танковых 1Д12 на 400 л.с. или псевдоувеличение мощности путем суммирования мощности шасси и мощности дополнительного двигателя) при неизменной конструкции рабочего оборудования и принципиальной схеме снегоочистителя не вызывает качественного изменения технологического процесса и приводит к увеличению несоответствия производимой снегоочистителем работы и мощности источника энергии (двигателя), т. е. к снижению КПД.
![]() |
Первый канал телевидения, 9 сентября 2005 года: «В мире и России растут цены на бензин» |
Не оправдывает себя и расхожее мнение, что двухмоторная машина надежней, так как если двигатель рабочего органа выйдет из строя, то на двигателе шасси можно доехать до базы! А если выйдет из строя двигатель одномоторной машины, то она встанет. Вопрос: а если выйдет из строя двигатель шасси, куда можно уехать на дополнительном (автономном) двигателе привода рабочего органа? Получается, это просто суеверие.
А теперь поговорим серьезно о расходе топлива и обслуживании двигателя. Посчитаем – расход топлива средней «восьмерки» ЯМЗ-238 составляет 48...50 л/ч, а двух двигателей – около 100 л/ч. Итак, при стоимости дизельного топлива 16 руб./л:
1 двигатель – 50 л/ч х 16 руб./л = 800 руб./ч;
2 двигателя – 100 л/ч х 16 руб./л = 1600 руб./ч.
Экономия – 800 руб./ч.
Смена длится в средней полосе России не менее 5 ч, две смены – 10 ч, а на Крайнем Севере двигатели вообще не глушат. Вот и подсчитаем, сколько в сутки вылетает в трубу российских рублей.
В средней полосе:
1 двигатель – 2 смены по 5 ч, итого 10 ч х х 800 руб. = 8000 руб. в сутки;
2 двигателя – соответственно 16 000 руб. в сутки.
![]() |
Северодвинск. Отгрузка партии КО-605М для Чукоавтодора |
Экономия в средней полосе – 8000 руб. в сутки.
В северных регионах:
1 двигатель – 24 ч х 800 руб. = 19 200 руб. в сутки;
2 двигателя – 38 400 руб. в сутки.
Итого в сутки экономия на одномоторной компоновке для северных регионов составляет 19 200 руб. Если перевести эти данные с поправкой на продолжительность зимнего сезона, то получается экономия в среднем в год от 720 тыс. руб. в средней полосе до 4,5 млн. руб. в районах Крайнего Севера.
При такой занимательной арифметике сравнивать стоимость содержания и ремонта одного и двух двигателей даже не стоит, но если кто-то хочет – может заняться. Уверен, получатся интересные данные. Так что перед тем, как готовить сани к зиме, т. е. покупать шнекоротор, возьмите калькулятор и посчитайте. Может, все-таки один мотор – хорошо, а два – хуже?
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |