Затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодороги

Введение. Для решения проблемы ускорения строительства автодорог, повышения их качества целесообразно использовать агрегат непрерывного действия для формирования подстилающего слоя. В общем объёме затрат энергии на строительство дорог существенную долю занимают работы, направленные на резание и транспортирование грунта. Рабочие органы существующих технических средств осуществляют преимущественно энергозатратное резание грунта, которое теоретически можно уподобить резанию пуансоном. Затраты энергии на резание грунта можно существенно уменьшить путём применения резания лезвиями. В ковше агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог предусмотрено использование рабочих органов, осуществляющих резание грунта лезвиями ножей. Рассмотрен процесс заполнения ковша отрезанным грунтом, силы, приложенные к ковшу, и общие объёмные затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя.

Методика исследования. Приведена методика построений для выявления кинематики заполнения ковша отрезанным грунтом. Дана методика расчёта: пути грунта по днищу корпуса ковша при его заполнении; результирующих сил проекций сил в продольно-вертикальной, поперечно-вертикальной и горизонтальной плоскости, приложенных к ковшу; моментов, приложенных к ковшу в продольно-вертикальной и горизонтальной плоскости, когда ковш пустой и полный. Приведены формулы вычисления суммарной энергии на перемещение ковша при резании грунта без учёта затрат энергии на процесс резания и определения общих затрат энергии на резание грунта объёмом один кубический метр ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог.

Результаты. На основе разработанной методики рассчитан условный путь грунта по днищу корпуса ковша при его заполнении, выявлены результирующие силы проекций сил в продольно-вертикальной, поперечно-вертикальной и горизонтальной плоскости, приложенных к ковшу. Определены моменты, приложенные к ковшу в продольно-вертикальной и горизонтальной плоскости, когда ковш пустой и полный. Вычислена суммарная энергия на перемещение ковша при резании грунта без учёта затрат энергии на процесс резания. Определены общие затраты энергии на резание грунта объёмом один кубический метр ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог.

Заключение. В ходе заполнения ковша агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог отрезанным грунтом происходит скручивание и сдвиг отрезанного пласта, которые способствуют его разрушению на фрагменты. В поперечно-вертикальной плоскости В поперечно-вертикальной плоскости ковш уравновешен. Момент, приложенный к ковшу в продольно-вертикальной плоскости, уравновешивается элементами конструкции агрегата. Суммарная энергия на перемещение ковша при резании грунта, без учёта затрат энергии на процесс резания, включает затраты энергии: на ускорение грунта ковшом, на преодоление трения нижней плоскости ковша о грунт, на дополнительное горизонтальное усилие для перемещения ковша, обусловленное трением в элементах конструкции. Она составляет 𝑢к ≈ 13 кДж м3 ⁄ . Теоретически обоснованны общие затраты энергии на резание грунта объёмом один кубический метр ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог 𝑢к−гр ≈ 109 кДж м3 ⁄ .

автомобильная дорога, агрегат непрерывного действия, грунт, проекции сил в продольно-вертикальной плоскости, проекции сил в поперечно-вертикальной плоскости, проекции сил в горизонтальной плоскости, затраты энергии

1. 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.

2. Николаев В.А. Анализ взаимодействия кромки лезвия консольного ножа с грунтом // Вестник СибАДИ, 2020. №2. С. 172-181.

3. Николаев В.А. Анализ взаимодействия правого ножа агрегата непрерывного действия с грунтом // Вестник СибАДИ, 2020. №4. С. 452-463.

4. Жук А.Ф. Теоретическое обоснование рациональной технологической схемы и параметров ротационного плуга. Сборник научных трудов «Теория и расчёт почвообрабатывающих машин». Т 120. Москва, Машиностроение, 1989. С. 14153.

5. Попов Г.Ф. Рабочие органы фрез. М.: Материалы НТС ВИСХОМ. ОНТИ ВИСХОМ, 1970.№ 27. С. 490- 497.

6. Карасёв Г.Н. Определение силы резания грунта с учётом упругих деформаций при разрушении // Строительные и дорожные машины. 2008. №4. С. 36-42.

7. Карнаухов А.И., Орловский С.Н. Определение затрат удельной энергии на процесс резания лесных почв торцевыми фрезами // Строительные и дорожные машины. 2010. №1. С. 20-2.

8. Кравец И.М. Определение критической глубины резания при комбинированном резании грунтов гидрофрезой // Строительные и дорожные машины. 2010. №5. С. 47-49.

9. 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. .

10. Берестов Е.И. Влияние трения грунта по поверхности ножа на сопротивление резанию // Строительные и дорожные машины. 2010. №11. С. 34-38.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Talalay P.G. Subglacial till and Bedrock drilling. // Cold Regions Science and Technology. 2013. Vol. 86. Pp. 142-166.

16. Sun X. ACT-timely experimental study on meso-scopic damage development of frozen soil under triaxial shearing. // Rock and Soil Mechanics. 2005. №8. Pp. 150-163.

17. Li Q. Development of Frozen Soil Model. // Advances in Earth Science. 2006. №12. Pp. 96-103.

18. Atkinson J. The Mechanics of Soils and Foundations. CRC. Press. 2007. 448 p.

19. 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.

20. Нилов В.А., Фёдоров Е.В. Разработка грунта скрепером в условиях свободного резания // Строительные и дорожные машины. 2016. №2. С. 7-10.

21. Чмиль В.П. Насосно-аккумулятивный привод рыхлителя с автоматическим выбором угла резания // Строительные и дорожные машины. 2016. №11. С. 18-20.

22. 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.

23. Сёмкин Д.С. О влиянии скорости рабочего органа на силу сопротивления резанию грунта // Вестник СибАДИ. 2017. №1. С. 37-43.

24. Константинов Ю.В. Методика расчёта сопротивления и момента сопротивления резанию почвы прямым пластинчатым ножом фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2019. №5. С. 31-39.

25. 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.

26. 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.

27. 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.