Определение затрат энергии, необходимой для воздействия поверхности ножа и нижней части отвала бульдозера на грунт в начале прохода

Введение. Применение комплекса агрегатов непрерывного действия в строительстве автомобильных дорог позволит увеличить производительность труда, улучшить качество строительства автомобильных дорог. Поэтому целью проектирования является создание комплекса агрегатов для осуществления непрерывного строительства автомобильных дорог, преимущественно в автоматическом режиме. Для реализации этой цели на первом этапе правильным является сочетание теоретических расчётов параметров рабочих органов технических средств непрерывного действия и конструктивных разработок. Для удаления камней, кустов, деревьев с полосы отвода будущей дороги целесообразно использовать агрегаты с бульдозерным оборудованием. Хотя теоретические основы разработки грунта весьма подробно рассмотрены, но, основываясь на них, сложно выявить и сопоставить частные затраты энергии воздействия на грунт элементов технических средств. Поэтому необходим подробный анализ взаимодействия с грунтом элементов различных технических средств, в частности бульдозерного оборудования. Прежде чем рассматривать первичный псевдосдвиг грунта, следует рассчитать действующие силы и затраты энергии, необходимой для воздействия поверхности ножа и нижней части отвала бульдозера на грунт.

Методика исследования. Если заглубление ножа небольшое, поверхность ножа транспортирует грунт вверх, осуществляя вторичное смещение грунта после первичного псевдосдвига; поднятие грунта на высоту; преодоление силы инерции разрабатываемого грунта; ускорение грунта; преодоление силы трения грунта о поверхность. Разработана методика определения затрат энергии, необходимой для воздействия поверхности ножа и нижней части отвала бульдозера на грунт в начале прохода, учитывающая указанные составляющие.

Результаты. На основе данной методики определены затраты энергии: на смещение грунта после первичного сдвига, поднятие грунта на высоту, преодоление силы инерции разрабатываемого грунта, ускорение грунта, преодоление силы трения грунта о поверхность. Исходя из начальных условий выявлены общие затраты энергии, мощность, сила тяги. Получены результаты расчётов затрат энергии, необходимой для осуществления перемещения поверхности ножа и нижней части отвала, во время резания грунта при различном заглублении ножа. Построены зависимости параметров от заглубления ножа бульдозерного оборудования.

Заключение. Анализируя рисунки, можно заметить, что точка Р приложения сосредоточенной нормальной реакции ножа и нижней части отвала, проходящая через центр масс О смещаемого грунта, с увеличением заглубления ножа бульдозера сдвигается вниз, переходя на лезвие ножа. Так, при заглублении ножа более чем на 200 мм точка Р приложения сосредоточенной нормальной реакции ножа и нижней части отвала расположена вне лезвия ножа. Во время работы бульдозера этого может не произойти, если заглубление ножа происходит постепенно. По мере заглубления ножа бульдозера общие объёмные затраты энергии, необходимые для перемещения в грунте поверхности ножа и нижней части отвала, в начале прохода увеличиваются.

1. Зыков Б. И. Теория рабочих процессов строительных машин. Ярославль: Изд. ЯГТУ, 2003. 114 с.

2. Жук А. Ф. Теоретическое обоснование рациональной технологической схемы и параметров ротационного плуга. Сборник научных трудов «Теория и расчёт почвообрабатывающих машин». Т. 120. М.: Машиностроение, 1989. С. 145–153.

3. Попов Г. Ф. Рабочие органы фрез. М.: Материалы НТС ВИСХОМ. Вып. 27. ОНТИ ВИСХОМ, 1970. С. 490–497.

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 mesoscopic 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.

26. Николаев В. А. Машины для обработки почвы. Теория и расчёт / В. А. Николаев. Ярославль: Изд-во ФГБОУ ВПО ЯГСХА, 2014. 358 с.

27. Николаев В. А. Резание грунта пассивными рабочими органами. Теория и расчёт / В. А. Николаев. Ярославль: Изд-во ФГБОУ ВО ЯГТУ, 2022. 388 с.