sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2021-18-3-238-250sibadi-1271Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGОбоснование параметров верхнего привода агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорогиFeasibility of continuous action unit parameters for road underlay formationНиколаевВ. А.NikolaevV. A.

Николаев Владимир Анатольевич – доктор технических наук, проф. кафедры Строительные и дорожные машины.

150023, Ярославль, Московский пр., 88

Vladimir A. Nikolaev, Dr. of Sci., Professor of Construction and Road Machines Department.

Yaroslavl, Moscow Avenue, 88

Nikolaev53@inbox.ruФГБОУ ВО Ярославский государственный технический университетРоссияYaroslavl Technical UniversityRussian Federation202116072021183238250Copyright © Николаев В.А., 20212021Николаев В.А.Nikolaev V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1271Введение

Введение. Россия имеет большую пространственную разобщённость населённых пунктов и других объектов, поэтому использовать в строительстве автомобильных дорог малопроизводительные технические средства циклического действия нерационально. Для повышения темпа строительства дорог, улучшения качества, уменьшения затрат энергии на строительство дорог, там, где позволяет рельеф, экономически целесообразно применять комплекс агрегатов непрерывного действия. Агрегаты непрерывного действия, перемещаясь друг за другом, будут последовательно выполнять комплекс работ, осуществляя полностью строительство автодороги поточным методом. В составе комплекса должен быть агрегат непрерывного действия для формирования подстилающего слоя. Для создания сложных агрегатов необходимо их теоретическое обоснование. С целью определения геометрических и динамических параметров загружающей части агрегата для формирования подстилающего слоя рассмотрен процесс перемещения ковша, заполненного грунтом, до его выгрузки.

Методика исследования

Методика исследования. На основе конструктивной компоновки загрузочной части агрегата процесс перемещения ковша, заполненного грунтом, до его выгрузки разделён на этапы: вертикального подъёма, перемещения в направлении ведущей звёздочки верхнего привода, две фазы поворота ковша на ведущих звёздочках верхнего привода, перемещения от момента окончания поворота на ведущей звёздочке верхнего привода до момента начала поворота на нижнем поворотном ролике. При перемещении ковша вертикально вверх высыпание грунта исключено. Графическим путём подобран такой угол наклона ковша при его перемещении в направлении ведущей звёздочки верхнего привода, при котором грунт не будет высыпаться из ковша. Рассмотрены две фазы поворота ковша на ведущих звёздочках верхнего привода и перемещение ковша от момента окончания поворота на ведущей звёздочке верхнего привода до момента начала поворота на нижнем поворотном ролике. Выведены необходимые зависимости параметров.

Результаты

Результаты. На основе разработанной методики определены геометрические и динамические параметры загружающей части агрегата. В частности рассчитаны: вращающий момент верхнего привода, угловая скорость приводных звёздочек, мощность, необходимая для верхнего привода, передаточное отношение от гидромотора к звёздочкам. Исходя из передаваемой мощности, выбран гидромотор для верхнего привода агрегата.

Заключение

Заключение. В результате проведённых расчётов выявлены: максимальное тяговое усилие перемещения всех ковшей в период их перемещения для выгрузки грунта, вращающий момент верхнего привода, угловая скорость приводных звёздочек верхнего привода, мощность, необходимая для верхнего привода. Целесообразно использовать для верхнего привода агрегата героторный гидромотор МТ-160 и двухступенчатый планетарный редуктор. Проведённые расчёты позволили разработать конструкцию элементов загружающей части агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог.

Introduction

Introduction. Russia has a large spatial disunity of settlements and other objects. Therefore, it is irrational to use low-productivity technical means of cyclical action in the construction of roads. To increase the pace of road construction, improve quality, reduce energy costs for road construction, where relief allows, it is economically feasible to use a set of units of continuous action. Continuous action units, moving one after another, will consistently perform a set of works, carrying out the full construction of the road by flow method. The complex should have a continuous action unit to form a underlying layer. To create complex units, their theoretical justification is necessary. In order to determine the geometric and dynamic parameters of the loading part of the unit to form the underlying layer, the process of moving the bucket filled with soil before it is unloaded is considered.

The method of research

The method of research. Based on the constructive layout of the loading part of the unit, the process of moving the bucket filled with soil before it is unloaded is divided into the stages: vertical ascent, moving in the direction of the leading star of the upper drive, two phases of the bucket rotation on the leading stars of the upper drive, moving from the moment of the end of the turn on the leading star of the upper drive to the start of the turn on the lower turn. When the bucket moves vertically up, the ground is no for dumped. Graphically, this angle of the bucket is chosen when it moves in the direction of the leading star of the upper drive, at which the ground will not fall out of the bucket. Two phases of the bucket rotation on the leading stars of the upper drive and moving the bucket from the moment of the end of the turn on the leading star of the upper drive to the moment of the turn on the lower turning roller are considered. The necessary parameters dependencies have been deduced.

Results

Results. Based on the developed methodology, the geometric and dynamic parameters of the loading part of the unit are defined. In particular, the torque of the top drive, the angular velocity of the drive sprockets, the power required for the top drive, the transmission ratio from the hydraulic motor to the sprockets are calculated. Based on the power transferred, a hydromotor was selected for the upper drive of the unit.

Conclusion

Conclusion. The calculations reveal the maximum traction force of all buckets during their travel to discharge the soil, the torque of the top drive, the angular velocity of the top drive sprockets and the power required for the top drive. It is advisable to use for the upper drive of the unit gerotor hydromotor MT-160 and two-stage planetary gearbox. The calculations made it possible to develop the design of the elements of the loading part of the continuous action unit to form the underlying layer of roads.

агрегат непрерывного действиягрунтверхний приводгеометрические параметрытяговое усилиевращающий моментмощностьпередаточное отношениеcontinuous action unitsoiltop drivegeometric parameterstraction forcetorquepowertransmission ratioReferencesКарасёв Г.Н. Определение силы резания грунта с учётом упругих деформаций при разрушении // Строительные и дорожные машины. 2008. №4. С. 36–42.Karasyev G.N. Opredelenie sily rezaniya grunta s uchyotom uprugih deformacij pri razrushenii [Determination of the cutting force of the soil, taking into account elastic deformations during destruction] Construction and road machinery, 2008. 4: 36-42. (In Russian)Карнаухов А.И., Орловский С.Н. Определение затрат удельной энергии на процесс резания лесных почв торцевыми фрезами // Строительные и дорожные машины. 2010. №1. С. 20–22.Karnaukhov A.I.. Orlovskiy S.N Opredelenie zatrat udel’noj energii na process rezaniya lesnyh pochv torcevymi frezam [Determination of the cost of specific energy for the process of cutting forest soils with end mills]. Construction and road machinery, 2010. 1: 20-22. (In Russian)Кравец И.М. Определение критической глубины резания при комбинированном резании грунтов гидрофрезой // Строительные и дорожные машины. 2010. №5. С. 47–49.Kravets I.M. Opredelenie kriticheskoj glubiny rezaniya pri kombinirovannom rezanii gruntov gidrofrezo [Determination of the critical cutting depth for combined cutting of soils with a hydrophreeze]. Construction and road machinery, 2010. 5: 47-49. (In Russian)Кириллов Ф.Ф. Детерминированная математическая модель временного распределения тягового усилия для многорезцовых рабочих органов землеройных машин // Строительные и дорожные машины. 2010. №11. С. 44–48.Kirillov F.F. Determinirovannaya matematicheskaya model’ vremennogo raspredeleniya tyagovogo usiliya dlya mnogorezcovyh rabochih organov zemlerojnyh mashin[Deterministic mathematical model of the time distribution of traction force for multi-cutter working bodies of earthmoving machines]. Construction and road machinery, 2010. 11: 44-48. (In Russian)Берестов Е.И. Влияние трения грунта по поверхности ножа на сопротивление резанию // Строительные и дорожные машины. 2010. №11. С. 34–38.Berestov E.I. Vliyanie treniya grunta po poverhnosti nozha na soprotivlenie rezaniyu[Effect of soil friction on the knife surface on the cutting resistance]. Construction and road machinery, 2010. 11: 34-38. (In Russian)Вершинин А.В., Зубов В.С., Тюльнев А.М. Повышение эффективности дискофрезерных рабочих механизмов для разработки мёрзлых грунтов // Строительные и дорожные машины. 2012. №8. С. 42–44.Vershinin A.V., Subov V.S., Tyulnev A.M. Povyshenie effektivnosti diskofrezernyh rabochih mekhanizmov dlya razrabotki myorzlyh gruntov [Improving the efficiency of disc-milling working mechanisms for the development of frozen soils]. Construction and road machinery, 2012. 8: 42-44. (In Russian)Баловнев В.И., Нгуен З.Ш. Определение сопротивлений при разработке грунтов рыхлителем по интегральному показателю прочности // Строительные и дорожные машины. 2005. №3. С. 38–40.Balovnev V.I., Nguen Z.SH. Opredelenie soprotivlenij pri razrabotke gruntov ryhlitelem po integral’nomu pokazatelyu prochnosti [Determination of resistances in the development of soils with a ripper according to the integral strength index]. Construction and road machines, 2005. 3: 38-40. (In Russian)Ryabets N., Kurzhner F. Weakening of frozen soils by means of ultra-high frequency energy. // Cold Regions Science and Technology. 2003. Vol. 36. P. 115-128.Ryabets N., Kurzhner F. Weakening of frozen soils by means of ultra-high frequency energy. Cold Regions Science and Technology. 2003. 36: 115-128.Liu X., Liu P. Experimental research on the compressive fracture toughness of wing fracture of frozen soil. // Cold Regions Science and Technology. 2011. Vol. 65. P. 421-428.Liu X., Liu P. Experimental research on the compressive fracture toughness of wing fracture of frozen soil. Cold Regions Science and Technology. 2011. 65: 421-428.Talalay P.G. Subglacial till and Bedrock drilling. // Cold Regions Science and Technology. 2013. Vol. 86. P. 142-166.Talalay P.G. Subglacial till and Bedrock drilling. Cold Regions Science and Technology. 2013. 86: 142166.Sun X. ACT-timely experimental study on meso-scopic damage development of frozen soil under triaxial shearing. // Rock and Soil Mechanics. 2005. №8. P. 150-163.Sun X. ACT-timely experimental study on mesoscopic damage development of frozen soil under triaxial shearing. Rock and Soil Mechanics. 2005. 8: 150-163.Li Q. Development of Frozen Soil Model. // Advances in Earth Science. 2006. №12. P. 96-103.Li Q. Development of Frozen Soil Model. Advances in Earth Science. 2006. 12: 96-103.Atkinson J. The Mechanics of Soils and Foundations. CRC. Press. 2007. 448 p.Atkinson J. The Mechanics of Soils and Foundations. CRC. Press. 2007: 448.Баловнев В.И., Данилов Р.Г., Улитич О.Ю. Исследование управляемых ножевых систем землеройно-транспортных машин // Строительные и дорожные машины. 2017. №2. С. 12–15.Balovnev V.I., Danilov R.G., Ulitich O.YU. Issledovanie upravlyaemyh nozhevyh sistem zemlerojno-transportnyh mashin [Research of controlled knife systems of earthmoving and transport machines]. Construction and road vehicles, 2017. 2: 12-15.Нилов В.А., Фёдоров Е.В. Разработка грунта скрепером в условиях свободного резания // Строительные и дорожные машины. 2016. №2. С. 7–10.Nilov V.A., Fyodorov E.V. Razrabotka grunta skreperom v usloviyah svobodnogo rezaniya [Development of the soil with a scraper in the conditions of free cutting]. Construction and road machines, 2016. 2: 7-10.Чмиль В.П. Насосно-аккумулятивный привод рыхлителя с автоматическим выбором угла резания // Строительные и дорожные машины. 2016. №11. С. 18–20.CHmil’ V.P. Nasosno-akkumulyativnyj privod ryhlitelya s avtomaticheskim vyborom ugla rezaniya [Pump-accumulator drive of the ripper with automatic selection of the cutting angle]. Construction and road machines, 2016. 11: 18-20.Кабашев Р.А., Тургумбаев С.Д. Экспериментальные исследования процесса копания грунтов роторно-дисковыми рабочими органами под гидростатическим давлением // Вестник СибАДИ. 2016. №4. С. 23–28.Kabashev R.A., Turgumbaev S.D. Eksperimental’nye issledovaniya processa kopaniya gruntov rotorno-diskovymi rabochimi organami pod gidrostaticheskim davleniem [Experimental studies of the process of soil digging by rotary-disk working bodies under hydrostatic pressure]. The The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2016. 4: 23-28 (In Russian)Сёмкин Д.С. О влиянии скорости рабочего органа на силу сопротивления резанию грунта // Вестник СибАДИ. 2017. №1. С. 37–43.Syomkin D.S. O vliyanii skorosti rabochego organa na silu soprotivleniya rezaniyu grunta [On the influence of the speed of the working body on the strength of the resistance to cutting the soil]. The The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2017. 1: 37-43. (In Russian)Константинов Ю.В. Методика расчёта сопротивления и момента сопротивления резанию почвы прямым пластинчатым ножом фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2019. №5. С. 31–39.Konstantinov YU.V. Metodika raschyota soprotivleniya i momenta soprotivleniya rezaniyu pochvy pryamym plastinchatym nozhom frezy [Method of calculating the resistance and moment of resistance to cutting the soil with a straight plate cutter knife]. Tractors and agricultural machines, 2019. 5: 31-39. (In Russian)Сыромятников Ю.Н., Храмов И.С., Войнаш С.А. Гибкий элемент в составе рабочих органов роторной почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины // Тракторы и сельхозмашины. 2018. №5. С. 32–39.Syromyatnikov YU.N., Hramov I.S., Vojnash S.A. Gibkij element v sostave rabochih organov rotornoj pochvoobrabatyvayushchej ryhlitel’nosepariruyushchej mashiny [Flexible element in the composition of the working bodies of the rotary tillage loosening and separating machine]. Tractors and agricultural machines, 2018. 5: 32-39. (In Russian)Пархоменко Г.Г., Пархоменко С.Г. Силовой анализ механизмов перемещения рабочих органов почвообрабатывающих машин по заданной траектории // Тракторы и сельхозмашины. 2018. №1. С. 47–54.Parhomenko G.G., Parhomenko S.G. Silovoj analiz mekhanizmov peremeshcheniya rabochih organov pochvoobrabatyvayushchih mashin po zadannoj traektorii [Power analysis of the mechanisms of movement of working bodies of tillage machines along a given trajectory]. Tractors and agricultural machines, 2018. 1: 47-54. (In Russian)Драняев С.Б., Чаткин М.Н., Корявин С.М. Моделирование работы винтового Г-образного ножа почвообрабатывающей фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2017. №7. С. 13–19.Dranyaev S.B., CHatkin M.N., Koryavin S.M. Modelirovanie raboty vintovogo G-obraznogo nozha pochvoobrabatyvayushchej frezy [Simulation of the operation of a screw L-shaped knife of a tillage cutter]. Tractors and agricultural machines, 2017. 7: 13-19. (In Russian)Николаев В.А. Определение скорости цепей и размеров пласта грунта, отрезаемого ковшом агрегата для удаления верхнего слоя грунта с подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. №1. С. 32–43.Nikolayev V.A. Opredelenie skorosti cepej i razmerov plasta grunta, otrezaemogo kovshom agregata dlya udaleniya verhnego sloya grunta s podstilayushchego sloya avtodorogi [Determination of the speed of the chains and the size of the soil layer cut by the bucket of the unit to remove the top layer of soil from the underlying layer of the road]. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2020. 1:. 32-43. (In Russian)Николаев В.А. Анализ взаимодействия кромки лезвия консольного ножа с грунтом // Вестник СибАДИ. 2020. №2. С. 172–181.Nikolayev V.A. Analiz vzaimodejstviya kromki lezviya konsol’nogo nozha s gruntom [Analysis of the interaction of the edge of the cantilever knife blade with the ground]. The The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2020. 2: 172-181. (In Russian)Николаев В.А. Затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. №6. С. 676–688.Nikolaev V.A. Zatraty jenergii na rezanie grunta kovshami agregata nepreryvnogo dejstvija dlja formirovanija podstilajushhego sloja avtodorogi [Energy Expenditure on ground cutting by buckets of the unit of continuous action to form the underlying layer of the road]. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2020. 6: 676-688. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.