Конструктивная компоновка и режимные параметры большого ротора прямоточного роторного рыхлителя

Введение. Проблема ускорения и удешевления строительства автодорог без снижения их качества может быть решена путём создания комплекса агрегатов непрерывного действия. Агрегаты, следуя друг за другом, осуществляют весь комплекс работ, направленных на строительство автодорог. Применение спутниковой навигации открывает широкие перспективы полной автоматизации агрегатов, поэтому общей целью является создание комплекса агрегатов, осуществляющих непрерывное строительство автомобильных дорог, преимущественно в автоматическом режиме. Одним из устройств, входящих в состав агрегатов непрерывного действия, является прямоточный роторный рыхлитель. Применение прямоточных роторных рыхлителей для разработки грунта сдерживается недостаточным теоретическим обоснованием их параметров. Прежде чем провести анализ взаимодействия элементов рабочих органов прямоточного роторного рыхлителя с грунтом, необходимо уточнить конструктивную компоновку ротора прямоточного роторного рыхлителя.

Методика исследования. Некоторые конструктивные параметры прямоточного роторного рыхлителя получены из логических рассуждений. Другие параметры прямоточного роторного рыхлителя получены путём построения схем воздействия ножа на грунт в плоскости и пространственного моделирования. Изначально для расчёта принят ротор прямоточного роторного рыхлителя диаметром один метр.

Результаты. Окружным и торцевым ножам присвоены номера: №1, №2, №3… по мере приближения от периферии ротора к оси его вращения. На основе принятой методики уточнена конструкция присоединения ножа, передний и задний угол окружных и торцевых ножей. Установлено предельно малое расстояние от оси вращения ротора до ближайшей точки ножа. Отсюда сделан вывод о необходимости, кроме большого ротора, соосно с ним, установить малый ротор. Определена окружная скорость лезвия окружного ножа №1 и угловая скорость большого ротора. Принято расположение ножей в три ряда, то есть ряды ножей по окружности развёрнуты под углом 120° друг относительно друга. Выявлена подача на торцевой нож, то есть толщина пласта, срезаемого торцевым ножом.

Заключение. На основе принятой методики определены геометрические и режимные параметры большого ротора прямоточного роторного рыхлителя. Установлен предельно малый радиус расположения окружных и торцевых ножей большого ротора. Для выемки грунта вблизи оси вращения ротора прямоточного роторного рыхлителя должен быть соосно установлен малый ротор с бóльшей угловой скоростью. Направление вращения малого ротора должно быть противоположным по отношению к направлению вращения большого ротора для частичной компенсации реактивного момента, создаваемого большим ротором.

1. Николаев В. А. Определение затрат энергии, необходимой для воздействия поверхности ножа и нижней части отвала бульдозера на грунт в начале прохода // Вестник СибАДИ. 2022. Т.19, No 4 (86). C. 484–499. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-4-484-499

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

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. 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.

10. 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.

11. 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.

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

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

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

15. 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.

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

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

18. 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.

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

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

21. 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.

22. 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.

23. 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.

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

25. Николаев В. А. Расчёт скорости прямоточного роторного рыхлителя // Дороги и мосты. Сборник, выпуск 41/1. Москва. 2019 г. С. 35–39.