sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2022-19-1-24-35sibadi-1397Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGМатематическая модель работы вертикальной фрезы при транспортировании снежной массыMathematical model for vertical miller operation when snow mass transportationhttps://orcid.org/0000-0003-4204-7221АлешковД. С.AleshkovD. S.

Алешков Денис Сергеевич – канд. техн. наук, доц., доц. кафедры «Техносферная и экологическая безопасность»

г. Омск

Denis S. Aleshkov, Cand, of Sci., Associate Professor of the Technical and Environmental Safety Department

Omsk

denisaleshkov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3151-4341СуковинМ. В.SukovinM. V.

Суковин Михаил Владимирович – канд. техн. наук, доц., доц. кафедры «Техносферная и экологическая безопасность»

г. Омск

Mikhail V. Sukovin, Cand, of Sci., Associate Professor of the Technical and Environmental Safety Department

Omsk

sukovin_8@mail.ruСибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)РоссияSiberian State Automobile and Highway University (SibADI)Russian Federation2022170320221912435Copyright © Алешков Д.С., Суковин М.В., 20222022Алешков Д.С., Суковин М.В.Aleshkov D.S., Sukovin M.V.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/1397

Введение. Повышение эффективности проведения снегоочистных работ обусловлено улучшением характеристик всех составляющих данного процесса, однако создание принципиально новых конструктивных схем снегоочистителей позволяет вносить качественные изменения в проблеме зимнего содержания дорог, селитебных территорий и т. п.Материалы и методы. Представлено описание аналитических исследований зависимости, описывающей конструктивные параметры фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя, на основе которых сформирована концепция принципиально новой конструкции питателя фрезерно-роторного снегоочистителя. Приведено описание математической модели представленной конструкции питателя.Результаты. Рассмотрена конструктивная схема вертикальной фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя. Описаны основные допущения, принятые при составлении расчетной схемы работы вертикальной фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя. Получены уравнения, описывающие движение группы снежных частиц, транспортируемых вертикальной фрезой и взаимодействующих друг с другом в процессе движения, аналитические зависимости сил нормальных реакций рабочих элементов вертикальной фрезы от ее конструктивных и технологических параметров. Определены начальные условия, необходимые для численного решения представленных уравнений работы вертикальной фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя.Обсуждение и заключение. Дано описание математической модели оригинальной конструкции питателя снегоочистителя отбрасывающего действия. Указана необходимость более полного обоснования начальных условий для численного решения уравнений работы питателя снегоочистителя отбрасывающего действия. Данная математическая модель позволяет в дальнейшем перейти к детальному исследованию описанной конструкции фрезы с целью определения рабочих диапазонов конструктивных и технологических параметров питателя с вертикальной фрезой.

Introduction. An increase in the efficiency of snow removal work is due to an improvement in the characteristics of all components of this process, however, the creation of fundamentally new design schemes for snow blowers allows us to make qualitative changes in the problem of winter maintenance of roads, residential areas, etc. Materials and methods. A description of analytical studies of the dependence describing the design parameters of the feeder cutter for a rotary-milling snow blower is presented, on the basis of which the concept of a fundamentally new design of the feeder for a rotary-milling snow blower is formed. The description of the mathematical model of the presented design of the feeder is given.The structural scheme of the vertical cutter of the feeder of the rotary-milling snow blower is presented. Described are the main assumptions made in the compilation of the design scheme for the operation of the vertical cutter of the feeder of the rotary-milling snow blower. Equations have been obtained that describe the movement of a group of snow particles transported by a vertical mill and interact with each other in the process of movement, analytical dependences of the forces of normal reactions of the working elements of a vertical miller on its design and technological parameters. The initial conditions for the numerical solution of the presented equations of operation of the vertical milling cutter of the feeder of a rotary-milling snow blower are described.Results. The structural scheme of the vertical cutter of the feeder of the rotary-milling snow blower is described. Described are the main assumptions made in the compilation of the design scheme for the operation of the vertical cutter of the feeder of the rotary-milling snow blower. Equations are obtained that describe the movement of a group of snow particles transported by a vertical mill and interact with each other in the process of movement, analytical dependences of the forces of normal reactions of the working elements of a vertical mill on its design and technological parameters. The initial conditions necessary for the numerical solution of the presented equations of operation of the vertical milling cutter of the feeder of the milling-rotary snow blower are determined.Discussion and conclusion. The description of the mathematical model of the original design of the feeder of the throw-away snow blower is given. The necessity of a more complete substantiation of the initial conditions for the numerical solution of the equations of the work of the feeder of the throwing snow blower is indicated. This mathematical model makes it possible to proceed to a detailed study of the described cutter design in order to determine the working ranges of the design and technological parameters of the feeder with a vertical cutter.

фрезерно-роторный снегоочистительпитательфреза питателяугол захода ленты фрезывертикальная фрезаматематическая модель работы вертикальной фрезытранспортирование снежной частицывзаимодействие снежных частицрасчетная схема вертикальной фрезыrotary milling snow blowerfeederfeeder cutterthe angle of entry of the cutter tapevertical millermathematical model of the vertical milling cuttersnow mass transportationinteraction of snow particlescalculation scheme of vertical milling cutterReferencesВиброзащитная система с нелинейными упругими и демпфирующими характеристиками / М.С. Корытов, В.С. Щербаков, В.В. Титенко, И.Е. Почекуева // Динамика систем, механизмов и машин. 2020. Т. 8, No 1. С. 46–54. DOI 10.25206/2310-9793-81-46-54.Vibrozashhitnaja sistema s nelinejnymi uprugimi i dempfirujushhimi harakteristikami [Vibration protection system with nonlinear elastic and damping characteristics] / M. S. Korytov, V. S. Shcherbakov, V. V. Titenko, I. E. Pochekueva // Dynamics of systems, mechanisms and machines.2020. 8(1): 46-54. – DOI 10.25206/2310-9793-8-1-46-54.Wang, Z.: Discussion on the Status of Domestic Snow and Ice Removing Machinery, Construction Machinery, 7, 2002, 46–47.Wang, Z.: Discussion on the Status of Domestic Snow and Ice Removing Machinery, Construction Machinery, 2002, 7: 46–47.Guo, Z.et al.: Study on the Snow and Ice Removing Technology of the Roads, Transportation Science and Technology, 5, 2011, 71–74.Guo, Z.et al.: Study on the Snow and Ice Removing Technology of the Roads, Transportation Science and Technology, 5, 2011, 71–74.Li, Yaqin & Han, Yangyang & Wang, Junfa & Zhuang, Tengfei & Ge, Yiyuan & Zou, Aihua & Wu, Hongshan. (2017). Comparative Analysis of the Snow Clearing Performance Test of the Concave Disc and Vertical Milling Prototype. DEStech Transactions on Engineering and Technology Research. DOI 10.12783/ dtetr/mime2016/10214.Li, Yaqin & Han, Yangyang & Wang, Junfa & Zhuang, Tengfei & Ge, Yiyuan & Zou, Aihua & Wu, Hongshan. (2017). Comparative Analysis of the Snow Clearing Performance Test of the Concave Disc and Vertical Milling Prototype. DEStech Transactions on Engineering and Technology Research. DOI 10.12783/dtetr/mime2016/10214.Wang, Gang. (2016). A design on centrifugal ice breaking and snow removal system based on ADAMS. Computer-Aided Design and Applications. 14. 1-12. DOI 10.1080/16864360.2016.1223424.Wang, Gang. (2016). A design on centrifugal ice breaking and snow removal system based on ADAMS. Computer-Aided Design and Applications. 14. 1-12. DOI 10.1080/16864360.2016.1223424.Закиров М. Ф. Оптимизация рабочей скорости фрезерно-роторного снегоочистителя // Строительные и дорожные машины. 2015. No 10. С. 55–57.Zakirov, MF Optimization of the working speed of the rotary-milling snowplow / MF Zakirov // Construction and road machines. 2015. 10: 55-57.Xingzhihui1a L. Structure design of small road snow remover // Journal of Physics: Conference Series. – 1939. – Т. 2021. – С. 012054.Xingzhihui1a L. Structure design of small road snow remover // Journal of Physics: Conference Series. 1939. 2021. 012054.Баланик М. М., Гребеньков Д. В. Определение оптимальных параметров базовой машины фрезерно-роторного снегоочистителя // Вестник современных исследований. 2019. No 1.13(28). С. 57–60.Balanik, M.M., Grebenkov D.V., Determination of the optimal parameters of the base machine of a rotary-milling snow blower / M.M. Balanik, D.V. Grebenkov // Bulletin of modern research. 2019. 1.13 (28): 57-60.Закиров М. Ф. Исследование сопротивления резанию и перемещению снега шнеком малогабаритного шнекороторного снегоочистителя // Техника и технология транспорта. 2019. No S(13). 10 с.Zakirov, M.F. Research of resistance to cutting and movement of snow by auger of a small-sized auger snow blower / M.F. Zakirov // Technics and technology of transport. 2019. S (13): 10.Закиров М. Ф. Исследование влияния шага шнека на мощность привода питателя малогабаритного шнекороторного снегоочистителя // Интеллектуальные системы в производстве. 2015. No 2 (26). С. 56–57.Zakirov M.F. Investigation of the effect of the auger pitch on the power of the feeder drive of a small-sized auger-rotor snowplow. Intelligent systems in production. 2015; 2: 56-57. (in Russian)Bartenev,I&Malyukov,S&Malyukova,M. (2020). Forest fire extinguishing: theoretical study of the screw drum parameter influence on the efficiency of a forest fire soil-sweeping machine. IOP Conference Series: EarthandEnvironmental Science. 595. 012013. DOI 10.1088/1755-1315/595/1/012013.Bartenev, I & Malyukov, S & Malyukova, M. (2020). Forest fire extinguishing: theoretical study of the screw drum parameter influence on the efficiency of a forest fire soil-sweeping machine. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 595. 012013. DOI 10.1088/1755-1315/595/1/012013.Попиков П. И., Поздняков А. К. Математическая модель взаимодействия шнековых рабочих органов лесопожарных грунтометательных машин с напочвенным покровом // Лесотехнический журнал. 2021. Т. 11, No 1(41). С. 163–171. DOI 10.34220/issn.2222-7962/2021.1/15.Popikov, Petr & Pozdnyakov, Anton & Uskov, Vladimir & Lysych, Mihail&Gnusov, Maksim. (2021). THEORETICAL STUDY OF THE KINEMATIC AND DYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE AUGER WORKING BODY OF A FOREST FIRE GROUND-THROWING MACHINE. Forestry Engineering Journal. 11. 140-151. DOI 10.34220/issn.2222-7962/2021.3/12.Алешков Д. С., Аюпова Н. Ю. Обоснование ширины ленты фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя // Вестник СибАДИ. 2017. No 2(54). С. 7–11.Aleshkov, D.S., Ayupova N. Y. Obosnova niye shiriny lenty frezy pitatelya frezerno-кotornogo snegoochistitelya [Justification of the cutter belt width of the milling-rotary snow plough feeder] The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2017, 2(54): 7-11. (In Russian).Experimental investigations of snow bank formation during milling and rotary snow blower operation / D.S. Aleshkov, M.V. Sukovin, M.V. Banket [et al.] // Journal of Applied Engineering Science. – 2021. – Vol. 19. – No 1. – P. 9-16. – DOI 10.5937/jaes0-28018.Experimental investigations of snow bank formation during milling and rotary snow blower operation / D.S. Aleshkov, M.V. Sukovin, M.V. Banket [et al.] // Journal of Applied Engineering Science. 2021. 19. 1: 9-16. – DOI 10.5937/jaes0-28018.Яблонев А. Л., Гусева А. М. Исследование энергоемкости формования кускового торфа // Труды Инсторфа. 2020. No 22(75). С. 20–27.Yablonev A.L. [STUDY OF THE ENERGY INTENSITY OF SOD PEAT FORMING] / A.L Yablonev, A.M. Guseva// Trudy Instorfa Proceedings of the Institute, 2020, 22(75): 20-27. (In Russian)Определение усилий, возникающих на дисковом резце при блокированном резании мерзлых грунтов / Р. Б. Желукевич, Н. И. Селиванов, Ю. Ф. Кайзер, А. В. Лысянников // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. No 8(2). С. 66–78.Opredelenie usilij, voznikajushhih na diskovom rezce pri blokirovannom rezanii merzlyh gruntov / R. B. Zhelukevich, N. I. Selivanov, Ju. F. Kajzer, A. V. Lysjannikov // Izvestija Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki, 2015. 8-2: 66–78, [in Russian].Кузнецова В. Н., Кирюшкина Н. А. Анализ математического описания процесса взаимодействия фрезерного рабочего органа с разрабатываемой средой // Вестник СибАДИ. 2015. No 6(46). С. 102–106.Kuznetsova V.N., Kiryushkinа N.A. Analiz matematicheskogo opisaniya protsessa vzaimodeystviya frezernogo rabochego organa s razrabatyvayemoy sredoy [Analysis of mathematical describe the interaction cutter working body develops environment] The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2015, 6(46): 102-106. (In Russian)Федотенко Ю. А., Реброва И. А., Булаева Д. В. Экспериментальные исследования режущих элементов рабочего органа подкапывающей машины // Вестник СибАДИ. 2014. No 1(35). С. 38–42.Fedotenko Y.А., Rebrova I.A., Bulaeva D.V. Eksperimental’nyye issledovaniya rezhushchikh elementov rabochego organa podkapyvayushchey mashiny [The laboratory experiments in study of the earth-moving machine working] The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2014. 1(35): 38-42.Тургумбаев Ж. Ж., Гапарова Ж. Т., Башиков И. Т. Результаты лабораторных исследований по оценке физикомеханических свойств снега // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2012. No 26. С. 116–121.Turgumbaev, Zh. Zh. Results of laboratory studies to assess the physical and mechanical properties of snow / Zh. Zh. Turgumbaev, Zh. T. Gaparova, IT Bashikov // Bulletin of the Kyrgyz State Technical University. I. Razzakov. 2012. 26: 116-121.Numerical study on granule aggregation and breakage in fluidized bed granulation by a novel PBM with DEM-CFD coupling approach Kentaro Hayashi, Hideya Nakamura,Satoru Watano.Numerical study on granule aggregation and breakage in fluidized bed granulation by a novel PBM with DEM-CFD coupling approach Kentaro Hayashi, Hideya Nakamura, Satoru Watano.Boutanios, Ziad. (2018). Two-way Coupled Eulerian-Eulerian Finite Volume Simulation of Drifting Snow.Boutanios, Ziad. (2018). Two-way Coupled Eulerian-Eulerian Finite Volume Simulation of Drifting Snow.L. Zhao, Z. Yu, F. Zhu, X. Qi, S. Zhao. CFD-DEM modeling of snowdrifts on stepped at roofs. WindandStructures, 23(6):523542, 2016L. Zhao, Z. Yu, F. Zhu, X. Qi, S. Zhao. CFD-DEM modeling of snowdrifts on stepped at roofs. Wind and Structures, 2016, 23(6):523542.Modeling of dry snow adhesion during normal impact with surfaces Tobias Eidevåg, Per Abrahamsson, Matthias Eng, Anders RasmusonModeling of dry snow adhesion during normal impact with surfaces Tobias Eidevåg, Per Abrahamsson, Matthias Eng, Anders RasmusonZheng, Zumei & Zang, Mengyan & Chen, Shunhua & Zhao, Chunlai. (2016). An improved 3D DEM-FEM contact detection algorithm for the interaction simulations between particles and structures. Powder Technology. 305. 308-322. DOI 10.1016/j.powtec.2016.09.076.Zheng, Zumei & Zang, Mengyan & Chen, Shunhua & Zhao, Chunlai. (2016). An improved 3D DEM-FEM contact detection algorithm for the interaction simulations between particles and structures. Powder Technology. 305. 308-322. DOI 10.1016/j.powtec.2016.09.076.Balevičius, R. & Mróz, Zenon. (2013). A finite sliding model of two identical spheres under displacement and force control Part I: Static analysis. Acta Mechanica. 224. DOI 10.1007/s00707-013-0839-9.Balevičius, R. & Mróz, Zenon. (2013). A finite sliding model of two identical spheres under displacement and force control - Part I: Static analysis. Acta Mechanica. 224. DOI 10.1007/s00707-013-0839-9.

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