CC BY
35
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/
Том 8, №6 (2016) http://naukovedenie.ru/vol8-6.php
URL статьи: http ://naukovedenie.ru/PDF/163TVN616.pdf
Статья опубликована 31.01.2017
Ссылка для цитирования этой статьи:
Яковлев И.А., Каргин Р.В., Шемшура Е.А., Каргина Д.Р. Анализ конструкций кузовных мусоровозов // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №6 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/163TVN616.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
УДК 629.361.3
Яковлев Игорь Анатольевич
Строительная компания «Южный город», Россия, Севастополь
Советник директора E-mail: [email protected]
Каргин Роман Владимирович
ФГБОУ ВО «Ростовский государственный университет путей сообщения», Россия, Ростов-на-Дону1
Кандидат технических наук, доцент E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?id=338159
Шемшура Елена Анатольевна
ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»
Филиал в г. Сочи, Россия, Сочи Кандидат технических наук, доцент E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?id=558189
Каргина Дарья Романовна
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», Россия, Ростов-на-Дону
Академия строительства и архитектуры
Студент
E-mail: [email protected]
Анализ конструкций кузовных мусоровозов
Аннотация. Одной из актуальных задач круглогодичного содержания автомобильных дорог вне населенных пунктов и городских территорий является качественные сбор и удаление твердых бытовых отходов. Для этих целей используются специализированные дорожные машины - мусоровозы, которые различаются назначением, вместимостью кузова, механизмами загрузки отходов, характером процесса уплотнения и системой выгрузки отходов из кузова.
Проведен анализ различных технических решений мусоровозов кузовного типа характерных для традиционной технологии сбора и вывоза твердых бытовых отходов. Рассмотрены как серийно выпускаемые машины, так и оригинальные авторские разработки конструкций мусоровозов, их технологического оборудования, используемых в России и за рубежом.
1 344038, Россия, Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2
1
На основании анализа конструкций, опыта использования и исследований надежности мусоровозов определены основные эксплуатационные недостатки конструкций. Для повышения эффективности работы машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов разработаны конструкции захватов манипуляторов, запатентованные различными организациями. Подавляющее большинство разрабатываемых технических решений направлены на повышение производительности и расширение области применения захвата манипулятора мусоровоза, но не повышают надежность его конструкции.
В результате проведенного анализа намечены пути дальнейших исследований по совершенствованию и повышению эффективности применения тех или иных разработанных технических решений, включающие кинематический и динамический анализ систем мусоровозов, прочностной расчет конструкций, моделировании рабочих процессов и оптимизацию конструктивных параметров.
Ключевые слова: анализ; кузовной мусоровоз; конструкция; захват; содержание дорог; твердые бытовые отходы; эффективность
В настоящее время содержание автомобильных дорог представляет собой комплекс мероприятий по уходу за дорогой, дорожными сооружениями и полосой отвода, по профилактике и устранению мелких повреждений, по организации и обеспечению безопасности движения, а также по зимнему содержанию и озеленению дороги. Задача содержания состоит в обеспечении сохранности дороги и дорожных сооружений и поддержании их состояния в соответствии с требованиями, допустимыми по условиям обеспечения непрерывного и безопасного движения в любое время года. К составу работ по содержанию автомобильных дорог относится уборка мусора из контейнеров и урн, в том числе с использованием специальных машин, вывоз мусора для утилизации на полигоны. Необходимо отметить, что периодичность вывоза определяется количеством воздействий в год в зависимости от фактической интенсивности движения автомобилей в сутки [1].
Удаление твердых бытовых отходов (ТБО) является актуальной задачей при круглогодичном содержании как автомобильных дорог вне населенных пунктов (из контейнеров, установленных на автозаправочных станциях (АЗС), с площадок отдыха и других объектов сервиса), так и городских дорог, и территорий. При поддержании экологического состояния территорий согласно требованиям действующей нормативно-технической документации для вывоза собранного мусора и отходов на свалки, полигоны или мусоросжигающие заводы предназначены специальные машины - мусоровозы [1].
Мусоровоз представляет собой грузовой автомобиль или другой вид транспорта, основными функциями которого являются загрузка, уплотнение, транспортировка и вывоз мусора. Как правило, данные транспортные средства имеют большой объем кузова, загрузка мусора в который происходит либо автоматически, либо в ручном режиме.
Отечественная промышленность выпускает достаточно широкий спектр машин для вывоза ТБО [2-4], которые различаются назначением, вместимостью кузова, механизмами загрузки отходов, характером процесса уплотнения и системой выгрузки отходов из кузова.
Отечественными производителями коммунальной техники освоен выпуск современных и эффективных мусоровозов с боковой загрузкой кузова манипулятором, способных резко увеличить производительность сбора и вывоза мусора по традиционной для большинства российских городов технологии. Созданные машины сочетают новизну и оригинальность конструктивных решений, и новые технологические подходы для их воплощения [5].
Компания Renault Trucks разработала новую модель кузовного мусоровоза большой вместимости с задней и боковой загрузкой стандартных контейнеров2, а также инновационный гибридный мусоровоз3, обеспечивающий снижение расхода топлива, почти бесшумную работу и малое количество выхлопных газов. При создании мусоровоза совместили двигатель внутреннего сгорания и электромотор, путем использования «параллельных» гибридных технологий, когда оба мотора могут работать параллельно или по отдельности.
Анализ опыта использования технических средств для сбора и удаления ТБО различных конструкций в нашей стране и за рубежом установил следующее:
• расширяется применение кузовных мусоровозов, оборудованных манипуляторами;
• в качестве транспортной базы в большинстве случаев применяются двух- или трехосные шасси серийных моделей грузовиков, доработанные под установку специальных надстроек и оборудования. Для повышения грузоподъемности мусоровозов с учетом ограничения максимальной нагрузки на ось и увеличивают количество осей;
• на сегодняшний день в качестве мусоровозов применяется как отечественная автомобильная техника на базе КамАЗ, МАЗ, ЗИЛ, ГАЗ, так и импортного производства - Форд, Мерседес и др. [3, 4, 6];
• наибольшее распространение в России нашли кузовные мусоровозы с механизированной боковой (табл. 1-3) и задней загрузкой кузова (табл. 4).
Широко применяемые в рамках традиционной технологии сбора и вывоза твердых бытовых отходов кузовные мусоровозы с механизированной боковой загрузкой в зависимости от максимальной массы загружаемых отходов разделены на три группы: легкие, средние и тяжелые.
Таблица 1
Мусоровозы легкие (составлено авторами на основе [2])
Характеристики Марки мусоровозов
К0-440-3 КО-413 МКМ-111
Базовое шасси ГАЗ-3307 ГАЗ-3307 ГАЗ-3307 ГАЗ-3309
Вместимость кузова, м3 7,5 7,5 8,0
Масса загружаемых отходов, кг 3220 3300 2630
Грузоподъемность манипулятора, кг 500 500 500
Масса спецоборудования, кг 1900 1950 2300
Масса полная, кг 7850 7850 7850 8100
2 Кузовной мусоровоз с задней и боковой загрузкой // Грузовик. - 2005. - №2. - С. 25.
3 Гибридный мусоровоз от Renault Trucks и Geesinknorba [Электронный ресурс] / АТИ-Медиа. Новости рынка автомобильных грузоперевозок и автомобильного транспорта. - Режим доступа: http://ati.su/Media/News.aspx?HeadingID=8&ID= 11054, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.
Таблица 2
Мусоровозы средние (составлено авторами на основе [2])
Характеристики Марки мусоровозов
МКМ-2 КО-440-3 КО-440-4 КО-431
Базовое шасси ЗИЛ-433362 ЗИЛ-433362 ЗИЛ-433362 ЗИЛ-433362
Вместимость кузова, м3 9,5 10,0 10,0 10,0
Масса загружаемых отходов, кг 4350 4300 4300 4980
Грузоподъемность манипулятора, кг 700 500 500 500
Масса спецоборудования, кг 2400 2600 2600 2045
Масса полная, кг 11000 11000 11000 11000
Таблица 3
Мусоровозы тяжелые (составлено авторами на основе [2])
Характеристики Марки мусоровозов
МКМ-4605 МКМ-25 МКМ-35 КО-440-5 КО-415А
Базовое шасси КамАЗ-53605 ЗИЛ-133Д42 МАЗ-5337 КамАЗ-53215 КамАЗ-53215
Вместимость кузова, м3 17 18 18,0 22,0 22,5
Масса загружаемых отходов, кг 5050 8200 6500 8500 9370
Грузоподъемность манипулятора, кг 700 700 700 500 500
Масса спецоборудования, кг 3700 3900 3700 5000 4130
Масса полная, кг 17200 19200 16000 20500 20500
Таблица 4
Мусоровозы с задней загрузкой (составлено авторами на основе [2])
Характеристики Марки мусоровозов
КО-440-1 МКГ МКЗ М72А
Базовое шасси ГАЗ-3307 ГАЗ-3307 ЗИЛ-433362 ЗИЛ-133Д42
Вместимость кузова, м3 7,5 8,2 9,5 13,6
Масса загружаемых отходов, кг 3100 3000 4780 6400
Грузоподъемность манипулятора, кг 500 700 700 600
Масса спецоборудования, кг 1900 2200 2450 5310
Масса полная, кг 7850 7850 11000 18840
Мусоровозы средней грузоподъемности серии КО снабжены гидравлическим манипулятором с «вилочным» захватом4, который осуществляет зажим контейнера между двух прижимных губок (рис. 1). Мусоровозы серии СОМ и МКМ оснащены манипулятором,
4 Авторское свидетельство 8Ш622237 В65Б3/02. Устройство для разгрузки контейнеров в кузов мусоровоза / Павлик М.Ф., Овдей М.Н., Пейсахин Л.А., Кобылинский В.И. - №9 4652285/11; Заявл. 21.02.89. Опубл. 23.01.91. Бюл. №3.
подъемно-опрокидывающее устройство которого позволяет осуществлять подхват путем подведения губок под верхний пояс жесткости контейнера (рис. 2, 3).
Рисунок 1. Конструкция захвата мусоровозов серии КО (разработано авторами на основе авторского свидетельства 8и1622237)
Рисунок 2. Конструкция захвата мусоровоза СОМ (разработано авторами на основе Мусоровоз кузовной СОМ: Руководство по
эксплуатации СОМ. 00.00.000.РЭ / ОАО «Копейский машиностроительный завод». -Копейск, 1998. - 50 с.)
Рисунок 3. Конструкция захвата мусоровозов серии МКМ (разработано авторами на основе Мусоровозы 4805С0 (МКМ-111), 480500 (МКМ-111), 4805АС (МКМ-2), 4865ВА (МКМ-2101), 4865АА (МКМ-2301), 4865СА (МКМ-2501): Руководство по эксплуатации 4805АС (МКМ-2).00.000.РЭ/ООО «МВПЭкомтех». -М, 2002. - 19 с.)
Исследования надежности серийных мусоровозов [7, 8] показали, что существенная доля отказов технологического оборудования (до 40%) приходится на манипулятор и гидросистему.
Для повышения эффективности работы машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов разработаны конструкции захватов манипуляторов, запатентованные различными
организациями: подъемно-опрокидывающее устройство5 с поддерживающим приспособлением для контейнеров (рис. 4), устройство6 для разгрузки металлических и пластмассовых контейнеров (рис. 5), подъемно-опрокидывающее устройство7 с различными захватывающими приспособлениями (рис. 6) и др.8'9'10
Рисунок 4. Подъемно-опрокидывающее устройство с поддерживающим приспособлением для контейнеров (разработано авторами на основе авторского свидетельства 8^11266512)
Рисунок 5. Устройство для разгрузки металлических и пластмассовых контейнеров (разработано авторами на основе патента Яи21 77901)
5 Авторское свидетельство SU11266512 B65F3/02. Устройство для разгрузки контейнеров в кузов мусоровоза / Алексеев В.В., Белоцерковский Г.М., Токарев Б.Н., Ереснов Н.И., Лызо Н.М., Павлик М.Ф, Стельмашенко А.И. - № 3624463/30-15; Заявл. 22.07.83. Опубл. 30.11.84. Бюл. № 44.
6 Патент RU2177901 МКИ B65F3/04. Захват устройства для разгрузки контейнеров в кузов мусоровоза / Лисин В.И., Парамонов А.И., Любаев А.Т., Лабзина Л.Н. - № 99121708/28; Заявл. 15.10.99. Опубл. 10.01.02.
7 Патент RU2107014 МКИ B65F3/04. Подъемно-опрокидывающее или опрокидывающее устройство для опорожнения мусорных баков / Якоб Нааб. - № 95110764/28; Заявл. 30.06.95. Опубл. 20.03.98.
8 Патент на полезную модель RU90770 МКИ B65F3/00. Мусоровоз / Мельник А.А., Якубик В.К., Чикишев А.В. - № 2009126676. Дата регистрации 14.07.09.
9 Патент на полезную модель RU60069 МКИ B65F3/00. Мусоровоз с боковой загрузкой / Макаров В.В., Данилова Т.А., Степанова И.И. - № 2006111077/22. Дата регистрации 05.04.06.
10 Патент на полезную модель RU114046 МКИ B66C1/00. Грузозахватное устройство с функцией взвешивания грузов при погрузке / Лучкин В.А., Шакин А.В. - № 2010153406/11. Дата регистрации 28.12.10.
Рисунок 6. Подъемно-опрокидывающее устройство для контейнеров с различными захватывающими приспособлениями (разработано авторами на основе патента Ки2107014)
Подавляющее большинство разрабатываемых технических решений направлены на повышение производительности и расширение области применения захвата манипулятора мусоровоза, но не повышают надежность его конструкции, так как остается неизменным принцип работы захвата с фиксацией контейнера только за один борт, что не снижает нагрузки на гидросистему и манипулятор.
С целью снижения действующих нагрузок и повышения работоспособности мусоровоза предложена новая конструкция захвата устройства для разгрузки контейнеров в кузов мусоровоза, обеспечивающая подхват контейнера под днище [9]. Такая конструкция захвата за счет изменения мест приложения сил, увеличения площади контакта с контейнером и распределения нагрузки по днищу и боковой стенке бака, позволяет снизить действие взаимных усилий захвата и контейнера и повысить надежность захвата.
Повышение производительности процесса загрузки кузова за счет снижения потерь ТБО и сокращения времени цикла достигается изменением системы гидропривода манипулятора таким образом, чтобы при изменении траектории движения контейнера его основание сохраняло параллельность относительно начального положения (уровня площадки) в течение всего цикла подъема. Кроме этого, повышение надежность мусоровоза без потери качества выполнения работ осуществляется снижением общего количества элементов гидросистемы и добавлением следящего гидроцилиндра, крепление которого производится на стреле и раме манипулятора [10].
Необходимость соответствия качества содержания автомобильных дорог и городских территорий нормативным уровням, в том числе и области санитарной очистки, обуславливает высокие требования к технике и оборудованию, применяемому при сборе и вывозе ТБО. Необходимы машины, позволяющие в полной мере использовать наиболее эффективные технологии сбора и вывоза бытовых отходов.
Для оценки эффективности применения тех или иных разработанных технических решений необходимо провести комплекс последующих исследований, включающих кинематический и динамический анализ систем мусоровозов, прочностной расчет конструкций, моделировании рабочих процессов и оптимизацию конструктивных параметров.
ЛИТЕРАТУРА
1. 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Каргин Р.В., Домницкий А.А., Каргина Д.Р. Особенности выбора марки и формирования парка машин для содержания дорог. Дороги и мосты. - 2015. -№34. - С. 213-222.
Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог: учебное пособие для вузов / под общ. ред. В.И. Баловнева. - 2-е изд., дополн. и перераб. -Москва-Омск: ОАО «Омский дом печати», 2005. - 768 с.
Строительная, дорожная и специальная техника отечественного производства: Краткий справочник / А.А. Глазов, Н.А. Манаков, А.В. Панкратов. - М.: ЗАО «Бизнес-арсенал», 2000. - 816 с.
Строительная, дорожная и коммунальная техника зарубежного производства: Краткий справочник / А.А. Глазов, Н.А. Манаков, А.В. Панкратов. - М.: ЗАО «Бизнес-арсенал», 2000. - 528 с.
Белоцерковский Г.М., Белоцерковский А.Г. Мусоровозы с боковой загрузкой кузова: новое поколение / Твердые бытовые отходы. - 2011. - №3. - С. 20-21.
Каргин Р.В. Классификация машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов / Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2011. - №2. - С. 69-74.
Каргин Р.В., Коробов И.М. Анализ работы кузовных мусоровозов // Исследования в области конструирования, рабочих процессов и эксплуатации технологических машин: Материалы I Международной и юбилейной 55 науч.-практ. конф. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2006. - С. 109-113.
Каргин Р.В., Жигульский В.И. Надежность кузовных мусоровозов / Грузовик. -2012. - №2. - С. 37-40.
Каргин Р.В. Конструктивный анализ машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов // Погрузочно-транспортные, строительно-дорожные и коммунальные машины. Технический сервис и конструкции: Сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - С. 13-18.
Каргин Р.В. Совершенствование конструкций кузовных мусоровозов / Научно-технический вестник Поволжья. 2011. - №1. - С. 116-120.
Yakovlev Igor Anatolyevich
Construction Company «Southern City», Russia, Sevastopol E-mail: [email protected]
Kargin Roman Vladimirovich
Rostov state transport university, Russia, Rostov-on-Don
E-mail: [email protected]
Shemshura Elena Anatolyevna
Moscow automobile and road construction state technical university
Sochi branch, Russia, Sochi E-mail: [email protected]
Kargina Daria Romanovna
Don state technical university, Russia, Rostov-on-Don Academy of civil engineering and architecture E-mail: [email protected]
Garbage truck construction enhancement
Abstract. One of the relevant problems of the road maintenance outside population centers every year is the proper municipal solid waste removal. For this purpose there are specialized road vehicles known as garbage trucks, which are different by its purpose, body capacity, loader type, waste compression process and dumping system.
An analysis of different technical decisions for garbage trucks with conventional technology of municipal solid waste removal has been done. Serialized and original designed trucks and its technical equipment used in Russia and abroad have been considered in the article.
Main operational design flaws have been defined based on the structural analysis and experience in garbage trucks application. Manipulator finger design has been developed and patented by different organizations to increase the effectiveness of solid waste removal trucks operating. Most of the developing decisions focused on productivity gain and increasing scope of garbage truck manipulator but not focused on its construction reliability.
As a result of the analysis there is a planned line of further researches on enhancement of application effectiveness of different design decisions including kinematic and dynamic analysis of garbage truck system, structural analysis, performance modeling and design value optimization.
Keywords: analysis; garbage truck; construction; manipulator finger; road maintenance; municipal solid waste; effectiveness
