sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2022-19-2-170-182sibadi-1431Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGЭкспериментально-аналитическое обоснование процесса резания асфальтобетонов рабочим оборудованием дорожной фрезыExperimental and analytical justification of the asphalt concrete cutting process by road milling machines working equipmenthttps://orcid.org/0000-0002-6932-6477ФурмановД. В.FurmanovD. V.

Фурманов Денис Владимирович – канд. техн. наук, доц. кафедры «Строительные и дорожные машины»

г. Ярославль

Denis V. Furmanov – Cand. of Sci., Associate Professor of the Construction and Road Machinery Department

Yaroslavl

denis_furmanov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6646-7947ЛысаковН. Э.LysakovN. E.

Лысаков Никита Эдуардович – аспирант кафедры «Строительные и дорожные машины»

г. Ярославль

Nikita E. Lysakov – Postgraduate Student of the Construction and Road Machines Department.

Yaroslavl

nik.lysakov.1997@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7559-282XШамаховЛ. М.ShamakhovL. M.

Шамахов Леонид Михайлович – студент кафедры «Строительные и дорожные машины»

г. Ярославль

Leonid M. Shamakhov – Student of the Construction and Road Machines Department

Yaroslavl

leonid.shamakhov@yandex.ruЯрославский государственный технический университетРоссияYaroslavl State Technical UniversityRussian Federation202219052022192170182Copyright © Фурманов Д.В., Лысаков Н.Э., Шамахов Л.М., 20222022Фурманов Д.В., Лысаков Н.Э., Шамахов Л.М.Furmanov D.V., Lysakov N.E., Shamakhov L.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1431

Введение. Статья посвящена результатам исследования сопротивления резанию дорожных асфальтобетонов в процессе удаления изношенных покрытий рабочими органами фрезерных машин. Актуальность работы обусловлена появлением новых марок асфальтобетонов и новых типов режущих элементов, для которых затруднительно прогнозировать нагрузки на рабочем органе при решении задач проектирования новых и обосновании режимов работы существующих машин.Цель. Расчет параметров рабочего органа дорожной фрезы.Материалы и методы. Экспериментальные работы проводились путем определения горизонтальной и вертикальной составляющих силы сопротивления резания асфальтобетонов. Исследования проводились на механическом стенде с подвижной плитой, с применением регистрирующей аппаратуры. Производилось разрушение четырех различных марок асфальтобетона. Для каждой марки материала проведен двухфакторный эксперимент. Производилось определение горизонтальной и вертикальной составляющих сил сопротивления резанию в зависимости от площади сечения стружки, марки асфальтобетона и типа режущего элемента.Результаты. В результате проведения эксперимента получены данные, позволяющие обоснованно определять нагрузки на рабочем органе дорожной фрезы. Доказано, что зависимость сил сопротивления резания от площади сечения стружки режущего элемента имеет нелинейный характер. Полученные данные позволяют исчерпывающе ответить на вопросы, касающиеся обоснования параметров дорожных фрез.Обсуждение и заключение. Полученные данные позволяют разработать математическую модель процесса фрезерования асфальтобетонов, которая даст возможность определять не только нагрузки на рабочий орган и энергоемкость процесса, но и обоснованно подходить к вопросам размещения режущих элементов на барабане, определять рациональную область режимов работы оборудования и решать задачи выбора режимов работы в зависимости от типа асфальтобетона.

Introduction. The article is devoted to the results of a study of the cutting resistance of road asphalt concrete in the process of removing worn coatings by the working bodies of milling machines. The relevance of the work is due to the emergence of new grades of asphalt concrete and new types of cutting elements, for which it is difficult to predict the loads on the working body when solving the problems of designing new and justifying the operating modes of existing machines.Purpose. To calculate the parameters of the working body of the road milling machine.Materials and methods. The experimental work was carried out by determining the horizontal and vertical components of the resistance force of cutting asphalt concrete. The research was carried out on a mechanical stand with a movable plate, using recording equipment. Four different grades of asphalt concrete were destroyed. A twofactor experiment was conducted for each brand of material. The horizontal and vertical components of the cutting resistance forces were determined depending on the chip cross-sectional area, the grade of asphalt concrete and the type of cutting element.Results. As a result of the experiment, data were obtained that make it possible to reasonably determine the loads on the working body of the road milling machine. It is proved that the dependence of the cutting resistance forces on the chip cross-sectional area of the cutting element has a nonlinear character. The data obtained allow to comprehensively answer questions concerning the justification of the parameters of road milling machines.Discussion and conclusion. The obtained data allow to develop a mathematical model of the asphalt concrete milling process which will make possible to determine not only the loads on the working body and the energy intensity of the process, but also to reasonably approach the placement of cutting elements on the drum, determine the rational range of equipment operating modes and solve the problems of choosing operating modes depending on the type of asphalt concrete.

асфальтобетонбарабан фрезерныйсила сопротивления резаниюстенд маятникового типатолщина срезаемой стружкиэнергоемкость процесса резанияasphalt concretemilling drumcutting resistance forcependulum standthickness of the cut off chipsenergy consumption of the cutting processReferencesВершинин А. В. Влияние неравномерности скорости резания мерзлого грунта подкопочной машины на энергоемкость его разрушения // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22877306(дата обращения: 16.12.2020).Vershinin A. V. Vlijanie neravnomernosti skorosti rezanija merzlogo grunta podkopochnoj mashinynaj energoemkost’ ego razrushenija [The influence of the uneven cutting speed of the frozen soil of the digging machine on the energy intensity of its destruction] Sovremennye problemynaukii obrazovanija. 2014; 6. ([n Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22877306. (assessed: 16.12.2020).Николаев В. А. Ориентировочный расчёт мощности циклического резания грунта // Вестник СибАДИ. 2019. № 16(3). С. 228–240. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-3-228-240Nikolayev V. A. Approximate calculation of the circular soil cutting capacity. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2019;16(3):228-240. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-3-228-240Bilgin N., Demircin M. A., Copur H. Dominant rock properties affecting the performance of conical picks and the comparison of some experimental and theoretical results // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2006. №1(43). C. 139–156. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1365160905000572?via%3Dihub. (дата обращения: 20.03.2020).Bilgin N., Demirkin M. A., Kopur H. The dominant properties of rocks affecting the performance of conical picks, and a comparison of some experimental and theoretical results. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2006; 1(43): 139-156. (in Russ.) URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1365160905000572 ?via%3Dihub. (Accessed: 03/20/2020).Mostafavi S.S. Effect of attack angle on the pick performance in linear rock cutting // 45th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium. 2011. URL: https://www.researchgate.net/publication/287323602. (дата обращения: 20.03.2020).Mostafavi S. S. The influence of the angle of attack on the performance of a pickaxe in linear cutting of rocks // 45th U.S. Symposium on Mining Mechanics. Geomechanics. 2011. URL: https://www.researchgate.net/publication/287323602. (accessed: 03/20/2020).Peng-yu M., Yong-biao H., Xin-rong Z. Research on adaptive power control parameter of a cold milling machine // Simulation Modelling Practice and Theory. 2008. №9(16). С. 1136-1144. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1569190X08001184?via%3Dihub. (дата обращения: 20.03.2020).Peng-yu M., Yong-biao H., Xin-rong Z. The study of the adaptive parameter of the power control of a cold milling machine. Practice and theory of simulation modeling. 2008; 9(16): 1136-1144. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1569190X08001184 ?via%3Dihub. (accessed: 03/20/2020).Кабашев Р. А., Тургумбаев С. Д. Экспериментальные исследования процесса копания грунтов роторно-дисковыми рабочими органами под гидростатическим давлением // Вестник СибАДИ. 2016;(4(50)). С. 23–28.Kabashev R. A., Turgumbaev S. J. Experimental research of the process of digging soil rotary-disk working bodies under hydrostatic pressure. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2016;(4(50)):23-28. (In Russ.)Берестов Е. И., Кутынко Р. И. Экспериментальные исследования резания грунта // Вестник Белорусско-Российского университета. 2009. №1(22). С. 92-100.URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnye-issledovaniya-rezaniyagrunta/viewer(дата обращения: 20.03.2020).Berestov E. I., Kutynko R. I. Jeksperimental’nye issledovanija rezanija grunta [Experimental studies of soil cutting. Bulletin of the Belarusian-Russian University]. Vestnik Belorussko-Rossijskogo universiteta. 2009; 1 (22): 92-100. (in Russ.)Бараташвили М. П. Определение влияющих факторов на режимы работы машины и их значение для разрушения поверхностных слоев асфальтобетонных покрытий // Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/6606 (дата обращения: 10.01.2020).Baratashvili M. P. Opredelenie vlijajushhih faktorov na rezhimy raboty mashiny I ih znachenie dlj arazrushenija poverhnostnyh sloev asfal’tobetonnyh pokrytij [Determination of influencing factors on the operating modes of the machine and their significance for the destruction of surface layers of asphalt concrete coatings]. Nauchnyjjelektronnyjarhiv. URL: http://econf.rae.ru/article/6606. (in Russ.) (assessed: 10.01.2020).Wang X. Bin, Hu Y.B., Lu P.Z. Calculation model and test correction of single tool’s milling resistance force of asphalt concrete // ZhongguoGongluXuebao/ China Journal of Highway and Transport. 2016. URL: https://www.researchgate.net/publication/306182889. (дата обращения: 10.01.2020).Wang H. Bin, Hu Yu.B., Lu P.Z. Calculation model and test correction of the resistance force to milling asphalt concrete with one tool. ZhongguoGongluXuebao. Chinese Journal of Highways and Transport. 2016. URL: https://www.researchgate.net/publication/306182889. (accessed: 10.01.2020).Liu C.S., Li D.G. Mathematical model of cutting force based on experimental conditions of single pick cutting // MeitanXuebao/Journal of the China Coal Society. 2011. URL: https://www.researchgate.net/publication/286723599. (Дата обращения: 10.01.2020).Liu S.S., Li D.G. Mathematical model of cutting force based on experimental conditions of single cutting. Meitanxuebao. Journal of the Chinese Coal Society. 2011. URL: https://www.researchgate.net/publication/286723599. (Date of reference: 10.01.2020).Николаев В. А. Анализ циклического резания грунта. Вестник СибАДИ. 2019. № 16(6) С. 642–657. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-6-642-657.Nikolayev V. A. Analysis of the cyclical ground cutting. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2019;16(6):642-657. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-6-642-657Вершинин А. В., Ерасов И. А., Левшунов Л. С., Янкович А. В. Влияние неравномерности скорости резания мёрзлого грунта подкопочной машины на энергоёмкость его разрушения // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6.; URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=16611 (дата обращения: 18.03.2022).Vershinin A.V., Erasov I.A., Levshunov L.S., Jankovich A.V. Vlijanie neravnomernosti skorosti rezanija mjorzlogo grunta podkopochnoj mashiny na jenergojomkost’ ego razrushenija [The influence of uneven cutting speed of frozen soil of a digging machine on the energy intensity of its destruction]. Sovremennye problem naukii ob razovanija. 2014; 6. (in Russ.) URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=16611 (accessed: 18.03.2022).Семкин Д. С. О влиянии скорости рабочих органов землеройных машин на силу сопротивления грунта резанию // Вестник СибАДИ. 2017. № 1 (53). С. 37–43.Semkin D. S. About influence of speed working bodies of digging machines on the resistance force of soil cutting. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2017;(1(53)):37-43. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2017-1(53)-37-43Hu Y.B., Ma P.Y., Zhang X.R. Modelling and simulating of cold milling machine // Chang’anDaxueXuebao (ZiranKexue Ban)/ Journal of Chang’an University (Natural Science Edition). 2008. URL: https://www.researchgate.net/publication/298243176. (дата обращения: 13.01.2020).Hu Yu.B., Ma P.Yu., Zhang H.R. Modeling and simulation of a cold milling machine // Changandaxuesuebao (Zirankexue Ban). Journal of Chang’an University (Natural Sciences publication). 2008. URL: https://www.researchgate.net/publication/298243176. (accessed: 01/13/2020).Wang X., Hu Y. Numerical calculation on multitool milling resistance of asphalt pavement milling machine // Hsi-An Chiao Tung Ta Hsueh/Journal of Xi’an Jiaotong University. 2016.URL:https://www.researchgate.net/publication/306193701.(дата обращения: 13.01.2020).Wang X., Hu Y. Numerical calculation of resistance to multi-tool milling of a milling machine for asphalt concrete pavement. Xi-An Chao Tong Ta Xue. Journal of Xi’an Jiaotong University. 2016. URL:https://www.researchgate.net/публикация/306193701. (Publication date: 13.01.2020).Попов С. Н., Антонюк Д. А. Исследование влияния внешних условий изнашивания на износостойкость резцов дорожной фрезы // Новіматеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2008. № 1. С. 25–29. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniya-vneshnih-usloviyiznashivaniya-na-iznosostoykost-reztsov-dorozhnoyfrezy/viewer(дата обращения: 24.03.2020).Popov S. N., Antonjuk D. A. Issledovanie vlijanija vneshnih uslovij iznashivanija na iznosostojkost’ rezcov dorozhnoj frezy [Investigation of the influence of external wear conditions on the wear resistance of road milling cutters]. Novіmaterіali і tehnologії v metalurgії ta mashinobuduvannі. 2008. No 1. pp. 25-29. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniyavneshnih-usloviy-iznashivaniya-na-iznosostoykostreztsov-dorozhnoy-frezy/viewer. (accessed: 24.03.2020).Hekimoglu O.Z. Suggested methods for optimum rotative motion of point attack type drag tools in terms of skew angles // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2019. URL: https://www.researchgate.net/publication/336811965. (дата обращения: 13.01.2020).Hekimoglu O. Z. Proposed methods of optimal rotational motion of point-type drawing tools in terms of tilt angles. International Journal of Mining, Land Reclamation and the Environment. 2019. URL: https://www.researchgate.net/publication/336811965. (accessed: 13.01.2020).Park J.Y. A study on rock cutting efficiency and structural stability of a point attack pick cutter by lab-scale linear cutting machine testing and finite element analysis // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018.URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1365160916305445?via%3Dihub.(дата обращения: 31.01.2020).Park J. Y. Investigation of the efficiency of rock cutting and structural stability of a point-attack milling cutter using laboratory tests of a linear cutting machine and finite element analysis. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. URL:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1365160916305445?via%3Dihub. (accessed: 31.01.2020).

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