ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗАНИЮ ПРИ РАЗРУШЕНИИ АСФАЛЬТОБЕТОНА ЕДИНИЧНЫМ РЕЖУЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ

Введение. Статья посвящена результатам исследования сопротивляемости резанию дорожных асфальтобетонов в процессе удаления изношенных покрытий рабочими органами фрезерных машин. Актуальность работы обусловлена появлением новых марок асфальтобетонов в совокупности с использованием новых типов режущих элементов, для которых затруднительно прогнозировать нагрузки на рабочий орган при решении задач проектирования новых и обосновании режимов работы существующих машин. Цель. Решается задача исследования взаимодействия единичного режущего элемента дорожной фрезы с материалом при максимальном соответствии скоростных и геометрических показателей процесса резания с реальными машинами.

Материалы и методы. Экспериментальные работы производились путем определения касательной составляющей силы сопротивления резанию, а также работы этой силы на маятниковом стенде с применением регистрирующей аппаратуры. Производилось разрушение четырех различных марок асфальтобетона. Для каждой марки материала проведен двухфакторный эксперимент. Производилась оценка касательных составляющих сил сопротивления резанию в зависимости от толщины срезаемой стружки и температуры материала.

Результаты. В результате проведения эксперимента получены данные, позволяющие обоснованно определять нагрузки на зубьях дорожных фрез, определять энергоемкость процесса и мощность привода рабочего органа. Установлено, что рост касательной составляющей силы сопротивления резанию происходит достаточно интенсивно, с увеличением толщины срезаемой стружки, только на начальных стадиях заглубления резца. При увеличении толщины срезаемой стружки рост касательной составляющей силы сопротивления резанию происходит не столь интенсивно. Во всех случаях на значение силы сопротивления резанию оказывает влияние температура материала, однако это влияние менее значительно для асфальтобетонов, имеющих более высокое содержание щебня.

Обсуждение и заключение. Полученные данные позволяют не только определять касательные силы сопротивления резанию на режущих элементах рабочего органа фрезерной машины, но и находить рациональные способы размещения режущих элементов на рабочем органе, а также определять рациональные режимы работы существующих и новых машин. Это возможно при использовании полученных результатов в математической модели, описывающей процесс работы фрезерного рабочего органа в целом.

Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

1. Вершинин А.В. Влияние неравномерности скорости резания мерзлого грунта подкопочной машины на энергоемкость его разрушения // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6. C. 264.

2. Николаев В.А. Ориентировочный расчет мощности циклического резания грунта // Вестник СибАДИ. 2019. №3. С. 228-– 240. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-3-228-240.

3. Чебан А.Ю. Экспериментальные исследования процесса разрушения породы резцами фрезерного рабочего органа // Вестник ТОГУ. 2012. №1. С. 125– 128.

4. Bilgin 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). pp. 139–156.

5. 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: 20.02.2020).

6. 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). pp. 1136–1144.

7. 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.

8. Берестов Е.И., Кутынко Р.И. Экспериментальные исследования резания грунта // Вестник Белорусско-Российского университета. 2009. №1(22). С. 92–100.

9. 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).

10. Wang X. Bin, Hu Y.B., Lu P.Z. Calculation model and test correction of single tool’s milling resistance force of asphalt concrete // Zhongguo Gonglu Xuebao/ China Journal of Highway and Transport. 2016. URL: https://www.researchgate.net/publication/306182889. (дата обращения: 10.01.2020).

11. Liu C.S., Li D.G. Mathematical model of cutting force based on experimental conditions of single pick cutting // Meitan Xuebao/Journal of the China Coal Society. 2011. URL: https://www.researchgate.net/publication/286723599. (дата обращения: 10.01.2020).

12. 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

13. Вершинин А.В., Ерасов И.А., Левшунов Л.С., Янкович А.В. Влияние неравномерности скорости резания мерзлого грунта подкопочной машины на энергоемкость его разрушения // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6. С. 264– 270.

14. Семкин Д.С. О влиянии рабочих органов землеройных машин на силу сопротивления грунта резанию // Вестник СибАДИ. 2017. №1(53). С. 37– 43. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2017-1(53)-37-43

15. Hu Y.B., Ma P.Y., Zhang X.R. Modelling and simulating of cold milling machine // Chang’an Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal of Chang’an University (Natural Science Edition). 2008. URL: https:// www.researchgate.net/publication/298243176. (дата обращения: 13.01.2020).

16. 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).

17. Wu J. Milling process simulation of old asphalt mixture by discrete element // Construction and Building Materials. 2018. URL: https://www.researchgate.net/publication/327174408. (дата обращения: 13.01.2020).

18. Gu H.R. Analysis and test on asphalt milling machine cutting load characteristic // Zhongguo Gonglu Xuebao/China Journal of Highway and Transport. 2012. URL: https://www.researchgate.net/publication/293077475. (дата обращения: 13.01.2020).

19. Peng-Yu M., Yong-Biao H., Zhong-Hai Z. The dynamical model of a cold milling machine and its adaptive power control simulation // SIMULATION. 2011. URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0037549710371385. (дата обращения: 13.01.2020).

20. Lu Z. Experimental and Numerical Studies on Rock Cutting with Saw Blade and Conical Pick Combined Cutting Method // Mathematical Problems in Engineering. 2019. URL: https://www.hindawi.com/journals/mpe/2019/5046873. (дата обращения: 13.01.2020).

21. Rojek J. Discrete element simulation of rock cutting // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2011. №6(48). C. 996–1010. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1365160911001043?via%3Dihub. (дата обращения: 25.03.2020).

22. Pryhorovska T.O., Chaplinskiy S.S., Kudriavtsev I.O. Finite element modelling of rock mass cutting by cutters for PDC drill bits // Petroleum Exploration and Development. 2015. URL: https://www.researchgate.net/publication/322947300 Finite element modeling of rock mass cutting by cutters for PDC drill bits. (дата обращения: 25.03.2020).

23. Su O., Ali Akcin N. Numerical simulation of rock cutting using the discrete element method // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2011. №3(48). pp. 434–442. URL: https://www. academia.edu/4332254/Discrete element simulation of rock cutting. (дата обращения: 25.03.2020).

24. Kotwica K. Atypical and innovative tool, holder and mining head designed for roadheaders used to tunnel and gallery drilling in hard rock // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0886779818303419?via%3Dihub. (дата обращения: 24.03.2020).

25. Liu S. Experimental research on wear of conical pick interacting with coal-rock // Engineering Failure Analysis. 2017. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1350630716311190?via%3Dihub. (дата обращения: 24.03.2020).

26. Попов С.Н., Антонюк Д.А. Исследование влияния внешних условий изнашивания на износостойкость резцов дорожной фрезы // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2008. №1. С. 25–29.

27. 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).

28. Park J.Y. A study on rock cutting efficiency and structural stability of a point attack pick cutter by labscale 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).