Геометрические, кинематические и динамические параметры дискового рыхлителя

Введение. Агрегат непрерывного действия для формирования подстилающего слоя предназначен для увеличения производительности труда при строительстве автомобильных дорог и других объектов, для строительства которых необходимо снятие верхнего слоя грунта. Для рыхления грунта в агрегате использованы долотообразные рабочие органы. Часто для резания грунта применяют дисковые рабочие органы, поэтому вызывает практический интерес целесообразность применения пассивных дисков в дорожно-строительных технических средствах, в частности, в агрегате непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автомобильных дорог. Несмотря на большое количество работ, подробный анализ работы пассивных дисков не был произведён. Поэтому для сопоставления затрат энергии на резание грунта пассивными дисками и долотообразными рабочими органами необходимо произвести теоретический анализ работы пассивных дисков. Анализ затрат энергии дискового рыхлителя невозможно осуществить, не имея ориентировочных значений его геометрических, кинематических и динамических параметров.
Методика исследования. В составе агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог каждый диск был бы зажат грунтом с обеих сторон и осуществлял зажатое резание, поэтому для анализа принят дисковый рыхлитель, агрегатируемый с отдельным энергетическим устройством. На основе конструктивной компоновки выявлены рациональные геометрические параметры дискового рыхлителя. Разработана методика расчёта его кинематических и динамических параметров. В частности, рассмотрена методика определения средневзвешенной окружной скорости диска, угловой скорости диска и окружной скорости точки на кромке лезвия диска. Рассмотрены режимы резания грунта различными участками диска.
Результаты. На основе разработанной методики выявлена зависимость минимального диаметра диска от глубины разработки грунта. Вычислен момент сопротивления грунта вращению дисков. Определена горизонтальная и вертикальная составляющая сопротивления грунта переднему диску, осуществляющему зажатое резание, и последующим дискам, осуществляющим полузажатое резание грунта. Выявлена необходимая сила тяги энергетического устройства для резания грунта дисковым рыхлителем и зависимость силы тяги энергетического устройства для резания грунта от глубины разработки грунта. Вычислена производительность агрегата, включающего энергетическое устройство и дисковый рыхлитель.
Заключение. Так как в составе агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодорог диски будут осуществлять зажатое резание грунта, то для предварительного рыхления грунта дисками более целесообразно использовать отдельный агрегат, включающий энергетическое устройство и дисковый рыхлитель. На основании проведённых теоретических исследований выявлена необходимая сила тяги энергетического устройства для резания грунта и общее тяговое усилие, необходимое для перемещения дискового рыхлителя. Вычислена производительность агрегата. Для сопоставления затрат энергии на резание грунта пассивными дисками и долотообразными рабочими органами необходимо произвести теоретический анализ затрат энергии на работу пассивных дисков.

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. Затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. № 6. С. 676–688.

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

5. 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.

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

7. 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.

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

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

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

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

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

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

17. 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.

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

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

20. 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.

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

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

23. 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.

24. 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.

25. 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.