sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2022-19-6-800-813sibadi-1560Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGКонструктивная компоновка и режимные параметры большого ротора прямоточного роторного рыхлителяStructural layout and operating parameters for a large rotor of a direct-flow bucket wheel type aggregatorНиколаевВ. А.NikolayevV. A.

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

г. Ярославль

 

Yaroslavl

Nikolaev53@inbox.ruЯрославский государственный технический университетРоссияYaroslavl Technical UniversityRussian Federation202206012023196800813Copyright © Николаев В.А., 20232023Николаев В.А.Nikolayev 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/1560Введение

Введение. Проблема ускорения и удешевления строительства автодорог без снижения их качества может быть решена путём создания комплекса агрегатов непрерывного действия. Агрегаты, следуя друг за другом, осуществляют весь комплекс работ, направленных на строительство автодорог. Применение спутниковой навигации открывает широкие перспективы полной автоматизации агрегатов, поэтому общей целью является создание комплекса агрегатов, осуществляющих непрерывное строительство автомобильных дорог, преимущественно в автоматическом режиме. Одним из устройств, входящих в состав агрегатов непрерывного действия, является прямоточный роторный рыхлитель. Применение прямоточных роторных рыхлителей для разработки грунта сдерживается недостаточным теоретическим обоснованием их параметров. Прежде чем провести анализ взаимодействия элементов рабочих органов прямоточного роторного рыхлителя с грунтом, необходимо уточнить конструктивную компоновку ротора прямоточного роторного рыхлителя.

Методика исследования

Методика исследования. Некоторые конструктивные параметры прямоточного роторного рыхлителя получены из логических рассуждений. Другие параметры прямоточного роторного рыхлителя получены путём построения схем воздействия ножа на грунт в плоскости и пространственного моделирования. Изначально для расчёта принят ротор прямоточного роторного рыхлителя диаметром один метр.

Результаты

Результаты. Окружным и торцевым ножам присвоены номера: №1, №2, №3… по мере приближения от периферии ротора к оси его вращения. На основе принятой методики уточнена конструкция присоединения ножа, передний и задний угол окружных и торцевых ножей. Установлено предельно малое расстояние от оси вращения ротора до ближайшей точки ножа. Отсюда сделан вывод о необходимости, кроме большого ротора, соосно с ним, установить малый ротор. Определена окружная скорость лезвия окружного ножа №1 и угловая скорость большого ротора. Принято расположение ножей в три ряда, то есть ряды ножей по окружности развёрнуты под углом 120° друг относительно друга. Выявлена подача на торцевой нож, то есть толщина пласта, срезаемого торцевым ножом.

Заключение

Заключение. На основе принятой методики определены геометрические и режимные параметры большого ротора прямоточного роторного рыхлителя. Установлен предельно малый радиус расположения окружных и торцевых ножей большого ротора. Для выемки грунта вблизи оси вращения ротора прямоточного роторного рыхлителя должен быть соосно установлен малый ротор с бóльшей угловой скоростью. Направление вращения малого ротора должно быть противоположным по отношению к направлению вращения большого ротора для частичной компенсации реактивного момента, создаваемого большим ротором.

Introduction

Introduction. The problem of accelerating and cheapening the construction of roads without reducing their quality can be solved by creating a complex of continuous units. Units, following each other, carry out the whole complex of works aimed at the construction of roads. The use of satellite navigation opens up broad prospects for full automation of units. Therefore, the overall goal is to create a complex of units that carry out the continuous construction of roads, mainly in automatic mode. One of the devices that make up the continuous units is a direct-flow bucket wheel type aggregator. The use of direct-flow bucket wheel type aggregators for soil development is constrained by insufficient theoretical substantiation of their parameters. Before analyzing the interaction of the elements of the working bodies of a direct-flow bucket wheel type aggregator with the soil, it is necessary to clarify the structural layout for the rotor of a direct-flow bucket wheel type aggregator.

The method of research

The method of research. Some design parameters of a direct-flow bucket wheel type aggregator are derived from logical reasoning. Other parameters of the direct-flow bucket wheel type aggregator are obtained by constructing schemes for the impact of the knife on the ground in the plane and spatial modelling. Initially, the rotor of a direct-flow bucket wheel type aggregator with a diameter of one meter was adopted for calculation.

Results

Results. The circular and end knives are assigned the numbers № 1, № 2, № 3, etc. as it approaches from the periphery of the rotor to the axis of its rotation. On the basis of the adopted methodology, the design of the knife attachment, the front and back corner of the circular and end knives have been clarified. An extremely small distance from the axis of rotation of the rotor to the nearest point of the knife is established. Hence the conclusion is made that in addition to a large rotor, in conjunction with it, it is necessary to install a small rotor. The circumferential velocity of the blade of no. 1 circumferential knife and the angular velocity of the large rotor are determined. It is customary to arrange the knives in three rows, that is, the rows of knives around the circumference are deployed at an angle of 120° relative to each other. The feed on the end knife was revealed, that is, the thickness of the layer cut by the end knife.

Conclusion

Conclusion. On the basis of the adopted methodology, the geometric and mode parameters of a large rotor of a direct-flow bucket wheel type aggregator have been determined. An extremely small radius of location of the circular and end knives of the large rotor is established. To excavate the soil near the axis of rotation for the rotor of the direct-flow bucket wheel type aggregator, a small rotor with a higher angular velocity shall be coaxially installed. The direction of rotation of the small rotor shall be opposite to the direction of rotation of the large rotor in order to partially compensate for the reactive moment produced by the large rotor.

строительствоавтодорогиагрегаты непрерывного действияпрямоточный роторный рыхлительбольшой роторокружные ножиторцевые ножигеометрические и режимные параметрыconstructionroadscontinuous unitsdirect-flow bucket wheel type aggregatorlarge rotorcircular knivesend knivesgeometric and mode parametersReferencesНиколаев В. А. Определение затрат энергии, необходимой для воздействия поверхности ножа и нижней части отвала бульдозера на грунт в начале прохода // Вестник СибАДИ. 2022. Т.19, No 4 (86). C. 484–499. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-4-484-499Nikolayev V. A. Determination of the energy required to expose the surface of the knife and the bottom of the bulldozer blade to the ground at the beginning of the pass. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2022; 19 (4): 484-499. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-4-484-499Зыков Б. И. Теория рабочих процессов строительных машин. Ярославль: Изд. ЯГТУ, 2003. 114 с.Zykov B. I. Teorija rabochih processov stroitel’nyh mashin [Workflow theory of construction machinery]. Ja-roslavl’: Izd. JaGTU, 2003. 114 p. (in Russ.)Попов Г. Ф. Рабочие органы фрез. М.: Материалы НТС ВИСХОМ. Вып. 27. ОНТИ ВИСХОМ, 1970. С. 490–497.Popov G. F. Rabochie organy frez [Working bodies of the cutters]. Moscow: Materialy NTS VISHOM. Vyp. 27. ONTI VISHOM, 1970: 490-4977. (in Russ)Карасёв Г. Н. Определение силы резания грунта с учётом упругих деформаций при разрушении // Строительные и дорожные машины. 2008. № 4. С. 36–42.Karasjov G. N. Opredelenie sily rezanija grunta s uchjotom uprugih deformacij pri razrushenii [Definition of the cutting force of soil considering elastic deformation at fracture]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2008; 4: 36-42. (in Russ)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.Karnauhov A. I., Orlovskij S. N. Opredelenie zatrat udel’noj jenergii na process rezanija lesnyh pochv torcevymi frezami [Costing of specific energy on the cutting process of forest soils end mills]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2010; 1: 20-22. (in Russ)Кравец И. М. Определение критической глубины резания при комбинированном резании грунтов гидрофрезой // Строительные и дорожные машины. 2010. № 5. С. 47–49.Kravec I. M. Opredelenie kriticheskoj glubiny rezanija pri kombinirovannom rezanii gruntov gidrofrezoj [Determine critical cutting depth when combined cutting soils gidrofrezoj]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2010; 5: 47-49. (in Russ)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. Determinirovannaja matematicheskaja model’ vremennogo raspredelenija tjagovogo usilija dlja mnogorezcovyh rabochih organov zemlerojnyh mashin [Deterministic mathematical model of the temporal distribution of traction for mnogorezcovyh working bodies of earthmoving machines]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2010; 11: 44-48. (in Russ)Берестов Е. И. Влияние трения грунта по поверхности ножа на сопротивление резанию // Строительные и дорожные машины. 2010. № 11. С. 34–38.Berestov E. I. Vlijanie trenija grunta po poverhnosti nozha na soprotivlenie rezaniju [Influence of friction of soil on the surface of the knife cutting resistance]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2010; 11: 34-38. (in Russ)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 pokazatelju prochnosti [Identification of resistances when designing primers Ripper by a combined indicator of strength]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2005; 3: 38-40. (in Russ)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. Vol. 36. P. 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. Vol. 65. P. 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. Vol. 86. P. 142-166.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. P. 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 p.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. Ju. Issledovanie upravljaemyh nozhevyh sistem zemlerojno- transportnyh mashin [Study of guided knife systems of ground-moving vehicles]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2017; 2: 12-15. (in Russ.)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., Fjodorov E. V. Razrabotka grunta skreperom v uslovijah svobodnogo rezanija [Ground development with a scraper in free cutting conditions]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2016; 2: 7-10. (in Russ.)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-akkumuljativnyj privod ryhlitelja s avtomaticheskim vyborom ugla rezanija [Pump-accumulating ripper drive with automatic cutting angle selection]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2016; 11: 18-20. (in Russ.)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. Jeksperimental’nye issledovanija processa kopanija gruntov rotorno-diskovymi rabochimi organami pod gidrostaticheskim davleniem [Experimental studies of the process of digging soils by rotary-disk working organs under hydrostatic pressure]. Vestnik SibADI. 2016; 4: 23-28. (in Russ.)Сёмкин Д. С. О влиянии скорости рабочего органа на силу сопротивления резанию грунта // Вестник СибАДИ. 2017. № 1. С. 37–43.Sjomkin D.S. O vlijanii skorosti rabochego organa na silu soprotivlenija rezaniju grunta [On the impact of the speed of the working body on the force of resistance to ground cutting]. Vestnik SibADI. 2017; 1: 37-43. (in Russ.)Константинов Ю. В. Методика расчёта сопротивления и момента сопротивления резанию почвы прямым пластинчатым ножом фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2019. № 5. С. 31–39.Konstantinov Ju. V. Metodika raschjota soprotivlenija i momenta soprotivlenija rezaniju pochvy prjamym plastinchatym nozhom frezy [The method of calculating resistance and the moment of resistance to soil cutting with a straight plate cutter knife]. Traktory i sel’hozmashiny. 2019; 5: 31-39. (in Russ.)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.Syromjatnikov Ju. N., Hramov I. S., Vojnash S. A. Gibkij jelement v sostave rabochih organov rotornoj pochvoobrabatyvajushhej ryhlitel’no-separirujushhej mashiny [Flexible element in the working organs of the rotary soil processing loosening and separating machine]. Traktory i sel’hozmashiny. 2018; 5: 32-39. (in Russ.)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 mehanizmov peremeshhenija rabochih organov pochvoobrabatyvajushhih mashin po zadannoj traektorii [Power analysis of the mechanisms of movement of working bodies of soil processing machines on a given trajectory]. Traktory i sel’hozmashiny. 2018; 1: 47-54. (in Russ.)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.Dranjaev S. B., Chatkin M. N., Korjavin S. M. Modelirovanie raboty vintovogo G-obraznogo nozha pochvoobrabatyvajushhej frezy [Simulation of the work of a screw G-shaped knife soil cutter]. Traktory i sel’hozmashiny. 2017; 7: 13-19. (in Russ.)Николаев В. А. Машины для обработки почвы. Теория и расчёт / В. А. Николаев. Ярославль: Изд-во ФГБОУ ВПО ЯГСХА, 2014. 358 с.Nikolaev V. A. Mashiny dlja obrabotki pochvy. Teorija i raschjot [Soil processing machines. Theory and calculation]. Jaroslavl’: Izd-vo FGBOU VPO JaGSHA, 2014: 358. (in Russ.)Николаев В. А. Расчёт скорости прямоточного роторного рыхлителя // Дороги и мосты. Сборник, выпуск 41/1. Москва. 2019 г. С. 35–39.Nikolaev V. A. Rezanie grunta passivnymi rabochimi organami. Teorija i raschjot [Cutting the soil by passive working organs. Theory and Calculation]. Jaroslavl’: Izd-vo FGBOU VO JaGTU, 2022: 388. (in Russ.)

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