sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2021-18-4-364-376sibadi-1311Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGУстойчивость перемещения ковшей и направления движения агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорогиStability of bucket movement and directionof movement of the continuous unit to form the underlying layer of the roadНиколаевВ. А.NikolaevV. A.

Николаев Владимир Анатольевич – д-р техн. наук, проф. кафедры «Строительные и дорожные машины»

150023, г. Ярославль, Московский пр., 88

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

Yaroslavl, Moscow Avenue, 88

Nikolaev53@inbox.ruФГБОУ ВО «Ярославский государственный технический университет»РоссияYaroslavl Technical UniversityRussian Federation202117092021184364376Copyright © 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/1311

Введение. Агрегат непрерывного действия для формирования подстилающего слоя предназначен для увеличения производительности труда при строительстве автомобильных дорог и других объектов, для строительства которых необходимо снятие верхнего слоя грунта. Рабочими органами агрегата являются ковши, осуществляющие резание и транспортирование грунта. Для уравновешивания этих сил и моментов в поперечно-вертикальной плоскости, относительно направления движения ковшей, служат поддерживающие планки с гидроцилиндрами поддержки. Для создания и регулирования давления в гидроцилиндрах поддержки на энергетическом устройстве установлены два гидропневмоаккумулятора управления поддерживающими планками. Часть сил и моментов через поддерживающие планки, гидроцилиндры поддержки, раму рабочей части агрегата передаётся на энергетическое устройство, служащее для привода агрегата. При работе агрегата сопротивление грунта резанию непрерывно изменяется, поэтому изменяются силы и моменты, передаваемые на энергетическое устройство. При работе необходима устойчивость прямолинейного хода агрегата. Для обеспечения устойчивости перемещения ковшей и направления движения агрегата следует сначала рассмотреть процесс заполнения ковшей грунтом.Методика исследования. На основе конструктивной компоновки выявлено количество ковшей, наполняемых грунтом. Допустим, заполнение ковшей грунтом происходит постепенно и равномерно. Отсюда выявлено увеличение нагрузки на правую и левую поддерживающую планку каждым последующим, по ходу, ковшом по мере его заполнения. Путём сложения вертикальных сил определена величина и положение суммарной нагрузки на поддерживающие планки. Определено сопротивление перемещению левых и правых колёс рабочей части агрегата, обусловленное нагрузкой от ковшей на поддерживающие планки, силой тяжести поднимаемого грунта, силой тяжести рабочей части агрегата. Выявлена суммарная горизонтальная сила воздействия грунта на ковши, направленная по ходу агрегата. Приведена методика расчёта положения вектора тяги энергетического устройства.Результаты. На основе разработанной методики определены диаметры гидроцилиндров поддержки и номинальное давление в гидропневмоаккумуляторах управления правыми и левыми поддерживающими планками. Предложена конструктивная компоновка навески энергетического устройства и системы автоматической корректировки положения вектора тяги энергетического устройства в зависимости от свойств разрабатываемого грунта.Заключение. На основании проведённых теоретических исследований вычислены диаметры гидроцилиндров поддержки и номинальное давление в гидропневмоаккумуляторах управления правыми и левыми поддерживающими планками. Дан пример расчёта положения вектора тяги энергетического устройства. Предложена конструктивная компоновка системы автоматической корректировки положения вектора тяги энергетического устройства в зависимости от свойств разрабатываемого грунта и общая компоновка энергетического устройства. Проведённые теоретические исследования позволяют обеспечить устойчивость перемещения ковшей и направления движения агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог.

Introduction. The unit of continuous action for the formation of the underlying layer is designed to increase labor productivity in the construction of roads and other objects, for the construction of which it is necessary to remove the upper layer of soil. The working bodies of the unit are buckets that cut and transport soil. To balance these forces and moments in the transverse-vertical plane, relative to the direction of movement of the buckets, support bars with support hydraulic cylinders are used. To create and regulate the pressure in the support hydraulic cylinders, two hydraulic pneumatic accumulators for controlling the supporting strips are installed on the power device. Part of the forces and moments through the supporting strips, support hydraulic cylinders, the frame of the working part of the unit is transmitted to the energy device that serves to drive the unit. During the operation of the unit, the resistance of the soil to cutting changes continuously. Therefore, the forces and moments transmitted to the energy device change. During operation, the stability of the rectilinear course of the unit is necessary. To ensure the stability of the movement of buckets and the direction of movement of the unit, you should first consider the process of filling the buckets with soil.The method of research. On the basis of the constructive layout, the number of buckets filled with soil was revealed. Suppose the filling of buckets with soil occurs gradually and evenly. Hence, an increase in the load on the right and left support bar was revealed by each subsequent bucket as it is filled. By adding the vertical forces, the value and position of the total load on the supporting bars are determined. The resistance to the movement of the left and right wheels of the working part of the unit, due to the load from the buckets to the supporting strips, the gravity of the raised soil, the gravity of the working part of the unit, is determined. The total horizontal force, the impact of soil on the buckets, directed along the course of the unit, was revealed. The method of calculating the position of the thrust vector of the energy device is given.Results. On the basis of the developed technique, the diameters of the support hydraulic cylinders and the nominal pressure in the hydraulic pneumatic accumulators of the control of the right and left support strips were determined. A constructive layout of the hinged energy device and a system for automatic adjustment of the position of the thrust vector of the energy device depending on the properties of the developed soil is proposed.Conclusion. On the basis of theoretical studies, the diameters of the support hydraulic cylinders and the nominal pressure in the hydraulic pneumatic accumulators of the control of the right and left support strips were calculated. An example of calculating the position of the thrust vector of an energy device is given. The constructive arrangement of the system of automatic adjustment of the position of the thrust vector of the energy device depending on the properties of the developed soil and the general layout of the energy device is proposed. The conducted theoretical studies allow to ensure the stability of the movement of buckets and the direction of movement of the continuous unit for the formation of the underlying layer of roads.

агрегат непрерывного действиягрунтподдерживающие планкидиаметры гидроцилиндровдавление в гидропневмоаккумуляторахвектор тягиэнергетическое устройствоавтоматическая корректировкаContinuous unitsoilsupporting slatsdiameters of hydraulic cylinderspressure in hydropneumo accumulatorsthrust vectorpower deviceautomatic adjustmentReferencesКарасёв 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: 142-166.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 meso-scopic 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. 13. Atkinson J. The Mechanics of Soils and Foundations. CRC. Press. 2007. 448 p.Li Q. Development of Frozen Soil Model. Advances in Earth Science. 2006. 12: 96-103.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.Atkinson J. The Mechanics of Soils and Foundations. CRC. Press. 2007: 448.Нилов В.А., Фёдоров Е.В. Разработка грунта скрепером в условиях свободного резания // Строительные и дорожные машины. 2016. №2. С. 7–10.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.Чмиль В.П. Насосно-аккумулятивный привод рыхлителя с автоматическим выбором угла резания // Строительные и дорожные машины. 2016. №11. С. 18–20.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.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.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.Сёмкин Д.С. О влиянии скорости рабочего органа на силу сопротивления резанию грунта // Вестник СибАДИ. 2017. №1. С. 37–43.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)Константинов Ю.В. Методика расчёта сопротивления и момента сопротивления резанию почвы прямым пластинчатым ножом фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2019. №5. С. 31–39.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)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.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)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.Syromyatnikov YU.N., Hramov I.S., Vojnash S.A. Gibkij element v sostave rabochih organov rotornoj pochvoobrabatyvayushchej ryhlitel’no-separiruyushchej 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)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.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)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.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. Анализ взаимодейс25. Николаев В.А. Затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. №6. С. 676–688.твия кромки лезвия консольного ножа с грунтом // Вестник СибАДИ. 2020. №2. С. 172–181.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)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)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)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)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.