Александр Пушкарёв, доктор технических наук, профессор кафедры наземных транспортно-технологических машин СПбГАСУ, выполнил научно-исследовательскую работу «Исследование и обоснование параметров электрической энергетической установки и режимов работы машины для обслуживания дорог в зимнее время» в рамках конкурса грантов на выполнение научно-исследовательских работ научно-педагогическими работниками Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета в 2024 г.
Цель проекта – разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору режимов работы коммунальной машины с электрической энергетической установкой, реализующей гидродинамическую очистку поверхности дороги от снежно-ледяных отложений, при совместном выполнении транспортной и технологической работы при зимнем обслуживании дорог, на основе установленных закономерностей влияния режимов работы оборудования на эффективность применения в конкретных условиях.
В ходе исследований был выполнен аналитический обзор методов расчёта и проектирования коммунальных машин в части обоснования параметров энергетической установки. Обзор показал, что современные методики расчёта потребной мощности энергетических установок в качестве основной решают задачу достаточности мощности штатной энергетической установки базовой машины. В случае применения электрической энергетической установки, особенно в условиях низких температур, расчёт следует вести с учётом энергозатрат как на выполнение транспортной задачи, так и на выполнение технологических операций. Это затрудняет подбор параметров электрической энергетической установки. В проекте предложена методика расчёта, учитывающая указанные обстоятельства. Выполненный расчёт позволил оценить энергозатраты на выполнение основных технологических операций при обслуживании дорог в зимнее время и обосновать потребную мощность электрической силовой установки.
Оценка технического уровня существующих электрических энергетических установок для наземных транспортно-технологических машин позволила определить место разрабатываемого оборудования в ряду аналогов и обозначить технические характеристики, достижение которых обеспечит привлекательность новой техники для потребителя. Так, показано, что повышение характеристик коммунальной машины с электрической энергетической установкой должно быть только комплексным, улучшение одного параметра не приведет к повышению общего технического уровня машины. На практике улучшить один параметр часто невозможно, так как для увеличения, например, запаса хода на одной зарядке без увеличения ёмкости батарей необходимо будет снижать мощность, крутящий момент или грузоподъёмность. Эти факторы относятся только к характеристикам машины. Однако такой параметр, как время зарядки, зависит не только от характеристик машины, но и от зарядной инфраструктуры. Текущий технический уровень аккумуляторных батарей электрических энергетических установок и запас хода на одной зарядке позволит электрическим машинам работать в городских условиях при наличии минимально необходимой инфраструктуры в парках коммунальной техники.
Экспериментальные исследования процесса разрушения снежно-ледяных отложений гидроструйным инструментом коммунальной машины позволили выявить основные закономерности процесса и определить режимы, при которых работа осуществляется с максимальной энергоэффективностью.
Исследования проводились на специальном стенде, в конструкции которого была предусмотрена возможность изменения геометрических характеристик проточной части системы подачи воды и абразива, позволяющая определить влияние конструктивных параметров инструмента на показатели процесса разрушения снежно-ледяных отложений (см. рисунок).
Полученная эмпирическая модель позволяет прогнозировать основной параметр процесса гидроабразивной очистки поверхности от снежно-ледяных отложений – глубину разрушения. Важным обстоятельством является то, что эмпирические коэффициенты модели рассчитаны для исполнения инструмента и режимов его работы, при которых глубина разрушения достигает максимума, что позволяет обосновать параметры электрической энергетической установки и режимы работы коммунальной машины для обслуживания дорог в зимнее время, при которых процесс разрушения снежно-ледяных отложений гидроструйным инструментом и транспортная работа машины осуществляются с максимальной энергоэффективностью.
