Математическая модель работы вертикальной фрезы при транспортировании снежной массы

Введение. Повышение эффективности проведения снегоочистных работ обусловлено улучшением характеристик всех составляющих данного процесса, однако создание принципиально новых конструктивных схем снегоочистителей позволяет вносить качественные изменения в проблеме зимнего содержания дорог, селитебных территорий и т. п.
Материалы и методы. Представлено описание аналитических исследований зависимости, описывающей конструктивные параметры фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя, на основе которых сформирована концепция принципиально новой конструкции питателя фрезерно-роторного снегоочистителя. Приведено описание математической модели представленной конструкции питателя.
Результаты. Рассмотрена конструктивная схема вертикальной фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя. Описаны основные допущения, принятые при составлении расчетной схемы работы вертикальной фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя. Получены уравнения, описывающие движение группы снежных частиц, транспортируемых вертикальной фрезой и взаимодействующих друг с другом в процессе движения, аналитические зависимости сил нормальных реакций рабочих элементов вертикальной фрезы от ее конструктивных и технологических параметров. Определены начальные условия, необходимые для численного решения представленных уравнений работы вертикальной фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя.
Обсуждение и заключение. Дано описание математической модели оригинальной конструкции питателя снегоочистителя отбрасывающего действия. Указана необходимость более полного обоснования начальных условий для численного решения уравнений работы питателя снегоочистителя отбрасывающего действия. Данная математическая модель позволяет в дальнейшем перейти к детальному исследованию описанной конструкции фрезы с целью определения рабочих диапазонов конструктивных и технологических параметров питателя с вертикальной фрезой.

1. Виброзащитная система с нелинейными упругими и демпфирующими характеристиками / М.С. Корытов, В.С. Щербаков, В.В. Титенко, И.Е. Почекуева // Динамика систем, механизмов и машин. 2020. Т. 8, No 1. С. 46–54. DOI 10.25206/2310-9793-81-46-54.

2. Wang, Z.: Discussion on the Status of Domestic Snow and Ice Removing Machinery, Construction Machinery, 7, 2002, 46–47.

3. Guo, Z.et al.: Study on the Snow and Ice Removing Technology of the Roads, Transportation Science and Technology, 5, 2011, 71–74.

4. Li, Yaqin & Han, Yangyang & Wang, Junfa & Zhuang, Tengfei & Ge, Yiyuan & Zou, Aihua & Wu, Hongshan. (2017). Comparative Analysis of the Snow Clearing Performance Test of the Concave Disc and Vertical Milling Prototype. DEStech Transactions on Engineering and Technology Research. DOI 10.12783/ dtetr/mime2016/10214.

5. Wang, Gang. (2016). A design on centrifugal ice breaking and snow removal system based on ADAMS. Computer-Aided Design and Applications. 14. 1-12. DOI 10.1080/16864360.2016.1223424.

6. Закиров М. Ф. Оптимизация рабочей скорости фрезерно-роторного снегоочистителя // Строительные и дорожные машины. 2015. No 10. С. 55–57.

7. Xingzhihui1a L. Structure design of small road snow remover // Journal of Physics: Conference Series. – 1939. – Т. 2021. – С. 012054.

8. Баланик М. М., Гребеньков Д. В. Определение оптимальных параметров базовой машины фрезерно-роторного снегоочистителя // Вестник современных исследований. 2019. No 1.13(28). С. 57–60.

9. Закиров М. Ф. Исследование сопротивления резанию и перемещению снега шнеком малогабаритного шнекороторного снегоочистителя // Техника и технология транспорта. 2019. No S(13). 10 с.

10. Закиров М. Ф. Исследование влияния шага шнека на мощность привода питателя малогабаритного шнекороторного снегоочистителя // Интеллектуальные системы в производстве. 2015. No 2 (26). С. 56–57.

11. Bartenev,I&Malyukov,S&Malyukova,M. (2020). Forest fire extinguishing: theoretical study of the screw drum parameter influence on the efficiency of a forest fire soil-sweeping machine. IOP Conference Series: EarthandEnvironmental Science. 595. 012013. DOI 10.1088/1755-1315/595/1/012013.

12. Попиков П. И., Поздняков А. К. Математическая модель взаимодействия шнековых рабочих органов лесопожарных грунтометательных машин с напочвенным покровом // Лесотехнический журнал. 2021. Т. 11, No 1(41). С. 163–171. DOI 10.34220/issn.2222-7962/2021.1/15.

13. Алешков Д. С., Аюпова Н. Ю. Обоснование ширины ленты фрезы питателя фрезерно-роторного снегоочистителя // Вестник СибАДИ. 2017. No 2(54). С. 7–11.

14. Experimental investigations of snow bank formation during milling and rotary snow blower operation / D.S. Aleshkov, M.V. Sukovin, M.V. Banket [et al.] // Journal of Applied Engineering Science. – 2021. – Vol. 19. – No 1. – P. 9-16. – DOI 10.5937/jaes0-28018.

15. Яблонев А. Л., Гусева А. М. Исследование энергоемкости формования кускового торфа // Труды Инсторфа. 2020. No 22(75). С. 20–27.

16. Определение усилий, возникающих на дисковом резце при блокированном резании мерзлых грунтов / Р. Б. Желукевич, Н. И. Селиванов, Ю. Ф. Кайзер, А. В. Лысянников // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. No 8(2). С. 66–78.

17. Кузнецова В. Н., Кирюшкина Н. А. Анализ математического описания процесса взаимодействия фрезерного рабочего органа с разрабатываемой средой // Вестник СибАДИ. 2015. No 6(46). С. 102–106.

18. Федотенко Ю. А., Реброва И. А., Булаева Д. В. Экспериментальные исследования режущих элементов рабочего органа подкапывающей машины // Вестник СибАДИ. 2014. No 1(35). С. 38–42.

19. Тургумбаев Ж. Ж., Гапарова Ж. Т., Башиков И. Т. Результаты лабораторных исследований по оценке физикомеханических свойств снега // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2012. No 26. С. 116–121.

20. Numerical study on granule aggregation and breakage in fluidized bed granulation by a novel PBM with DEM-CFD coupling approach Kentaro Hayashi, Hideya Nakamura,Satoru Watano.

21. Boutanios, Ziad. (2018). Two-way Coupled Eulerian-Eulerian Finite Volume Simulation of Drifting Snow.

22. L. Zhao, Z. Yu, F. Zhu, X. Qi, S. Zhao. CFD-DEM modeling of snowdrifts on stepped at roofs. WindandStructures, 23(6):523542, 2016

23. Modeling of dry snow adhesion during normal impact with surfaces Tobias Eidevåg, Per Abrahamsson, Matthias Eng, Anders Rasmuson

24. Zheng, Zumei & Zang, Mengyan & Chen, Shunhua & Zhao, Chunlai. (2016). An improved 3D DEM-FEM contact detection algorithm for the interaction simulations between particles and structures. Powder Technology. 305. 308-322. DOI 10.1016/j.powtec.2016.09.076.

25. Balevičius, R. & Mróz, Zenon. (2013). A finite sliding model of two identical spheres under displacement and force control Part I: Static analysis. Acta Mechanica. 224. DOI 10.1007/s00707-013-0839-9.