Конструктивная компоновка малого 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. Одним из элементов агрегата непрерывного действия, формирующего кювет, является прямоточный роторный рыхлитель. Выявлено, что для выемки грунта вблизи оси вращения ротора прямоточного роторного рыхлителя должен быть установлен, соосно с большим ротором, малый ротор с бóльшей угловой скоростью. 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 малого ротора.

Методика исследования. Малый ротор должен содержать два ножа, соединённых по периферии диском для придания жёсткости ножам; сечение ножей треугольное с углом заточки 20°, для максимальной трансформации угла заострения ножи должны иметь саблевидную форму; два зубца, расположенные на диске, для разрыхления грунта и его смещения в сторону ножей; наконечник вала малого ротора, диаметр которого должен превышать ширину ножа в месте его соединения с наконечником вала; спиральный нож на конце наконечника вала для рыхления грунта и его смещения в сторону ножей. Построив проекции на поперечно-вертикальную плоскость лезвия ножа, зубца и диска малого ротора, когда имеется различный угол отклонения лезвия в плоскости резания, можно выявить основные геометрические параметры элементов малого ротора прямоточного роторного рыхлителя. Применив известные формулы теоретической механики, определим угловую скорость малого ротора и другие кинематические параметры.

Результаты. На основе методики построения проекции на поперечно-вертикальную плоскость лезвия ножа, зубца и диска малого ротора, когда имеется различный угол отклонения лезвия в плоскости резания, выявлены основные геометрические параметры элементов малого ротора прямоточного роторного рыхлителя. По формулам теоретической механики определены: окружная скорость точки на поверхности вала, угловая скорость малого ротора, время одного оборота малого ротора, путь агрегата за один оборот малого ротора. Построена и аппроксимирована зависимость радиуса точки на лезвии ножа малого ротора от угла поворота луча.

Заключение. Путём построения проекций на поперечно-вертикальную плоскость лезвия ножа при различных углах отклонения лезвия в плоскости резания. Определена оптимальная форма лезвия ножа. Выявлена трансформация угла заострения лезвия в зависимости от угла отклонения плоскости резания от плоскости, перпендикулярной к лезвию, передний, задний угол лезвия ножа, профиль лезвия ножа малого ротора в пространстве. Произведена конструктивная компоновка малого ротора. Вычислена окружная скорость точки на поверхности вала, угловая скорость малого ротора, время одного оборота малого ротора, путь агрегата за один оборот малого ротора.

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; 19 (4): 484–499. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-4-484-499

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

3. Николаев В. А. Конструктивная компоновка и режимные параметры большого ротора прямоточного роторного рыхлителя // Вестник СибАДИ. 2022;19 (6): 800–813. https://doi.org/10.26518/20717296-2022-19-6-800-813

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

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

6. 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.

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

8. 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.

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

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

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

16. 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.

17. Нилов В. А., Фёдоров Е. В. Разработка грунта скрепером в условиях свободного резания // Стро ительные 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.