Математическая модель процесса транспортирования снежной массы в роторе снегоочистителя

Введение. Сложность и трудоемкость определения функциональных зависимостей между структурными элементами роторного снегоочистителя и разрабатываемым снежным массивом при проведении экспериментальных исследований на физической модели роторного снегоочистителя обуславливает необходимость разработки математических моделей, позволяющих максимально точно описывать процессы взаимодействия элементов роторного снегоочистителя со снежной массой.
Методы и материалы. Математическая модель процесса транспортирования снежной массы в роторе, в которой снег представлен как сыпучая среда, включающая в себя совокупность отдельных частиц, разработана с применением метода дискретных элементов. При построении математической модели были решены задачи идентификации массовых и поверхностных сил, действующих в системе «ротор – снежная масса». Обоснованы принцип расположения группы частиц в межлопастном пространстве ротора снегоочистителя и выбора метода анализа математической модели.
Результаты. Реализация на ЭВМ данной математической модели позволила получить численные значения сил нормальной реакции кожуха ротора в каждый момент времени, что позволяет разрабатывать новые и совершенствовать существующие конструктивные схемы, обоснованно осуществлять выбор конструктивных и технологических параметров ротора роторного снегоочистителя.
Обсуждение и заключение. Предложенная математическая модель и уравнения движения, составленные на ее основе, позволяют однозначно определить значения всех действующих сил на снежную массу в процессе ее транспортирования в роторе роторного снегоочистителя. Рассматриваемая модель позволяет моделировать снежную массу в межлопастном пространстве более сложной конфигурации и совокупности частиц, имеющих нерегулярное распределение по размерам и взаимному положению.

1. Пеленко В. В., Похольченко В. А., Усманов И. И. Математическое моделирование и расчет конструктивных параметров измельчителей с переменным шагом винтовой линии шнека // Вестник МГТУ. Труды Мурманского государственного технического университета. 2017. Т. 20, No 3. С. 556–562. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-3-556-562.

2. Беляев Д. А., Бакач В. А., Федорченко И. С. Малогабаритный грунтомет для борьбы с лесными низовыми пожарами // Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции: Лесоэксплуатация и комплексное использование древесины. 2021. С. 27–30.

3. Teterina I. A., Korchagin P. A., Aleshkov D. S. (2019) Investigation into Effects of the Utility Machine Performance Characteristics on the Vibration at the Operator’s Workplace. 12th International Scientific and Technical Conference “Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines”. С. 8601434. DOI: 10.1109/Dynamics.2018.8601434.

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

5. Masanov G. K., Zhakishev B. A., Taybasarov Zh. K., Imambaev N. S. (2019) Development prototype of the utility model “mobile mechanized ice AX (snowplow) MMI-2010”. Science and World. No 5-2(69). рр. 54-56.

6. Shenvi Mohit & Sandu Corina & Untaroiu Costin (2022). Review of compressed snow mechanics: Testing methods. Journal of Terramechanics. No 100. рр. 25-37. DOI: 10.1016/j.jterra.2021.11.006.

7. Клигунова З. А. Воскресенский Г. Г. Моделирование процесса перемещения грунта бульдозером // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. 2020. Т. 1, No 1. С. 147–150.

8. Denisova L., Meshcheryakov V. A. (2019) Predictor-based adaptive control system with stability analysis. IFAC-PapersOnLine. No 52 (13). рр. 486-491. DOI: 10.1016/j.ifacol.2019.11.110

9. Летопольский А. Б., Корчагин П. А., Тетерина И. А., Тетерин И. А. Совершенствование конструкции режущей части проходческого щита. Известия высших учебных заведений // Горный журнал. 2021. No 4. С. 74–82. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-4-74-82.

10. Алешков Д. С., Суковин М. В. Модель формирования снежных валов при работе фрезерно-роторного снегоочистителя // Вестник евразийской науки. 2018. Т. 10, No 6. 58 с.

11. Zakirov M. F. (2020) The research of resistance to snow cutting and moving with an auger of a small-sized rotary-auger snowplow. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. С. 012043. DOI: 10.1088/1757-899X/786/1/012043.

12. Bobillier G., Bergfeld B., Capelli A., Dual J., Gaume J., Herwijnen A., and Schweizer J. (2020) Micromechanical modeling of snow failure. Cryosphere. No14. рр. 39-49. DOI: 10.5194/tc-14-39-2020

13. 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: Earthand Environmental Science. 595:012013. DOI: 10.1088/1755-1315/595/1/012013.

14. Мерданов Ш. М., Конев В. В., Мальцева Л. П. Повышение эффективности плужной снегоуборочной машины // Фундаментальные исследования. 2016. No 5 (часть 3). С. 491–496.

15. 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: Earthand Environmental Science. 595:012013. https://doi.org/10.1088/1755-1315/595/1/012013.

16. Aleshkov D. S., Sukovin M. V., Banket M. V. (2021) Experimental investigations of snow bank formation during milling and rotary snow blower operation. Journal of Applied Engineering Science. Vol. 19. No 1. рр. 9-16. DOI: 10.5937/jaes0-28018.

17. Твердохлебов В. А. Определение рационального состава транспортно-технологического комплекса, задействованного в снегоуборочных работах // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2016. No 6. С. 120–124.

18. Yu, Z.-X & Zhu, Fu & Cao, Rui Zhou & Xiaoxiao, Chen & Zhao, Lei & Zhao, Shichun. (2019) Wind tunnel tests and CFD simulations for snow redistribution on roofs 3D stepped flat roofs. Wind and Structures An International Journal. No 28. рр. 31-47. DOI: 10.12989/was.2019.28.1.031.