Расчёт высоты витка спирального ножа

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. Малый ротор содержит: наконечник малого ротора со спиральными ножами, два зубца и два ножа. Одним из элементов малого ротора является спиральный нож. Взаимодействие с грунтом спиральных ножей исследовано недостаточно.
Методика исследования. Рассмотрено взаимодействие с грунтом наконечника малого ротора со спиральными ножами. Углы наклона первого и второго витка спирали определены построением развёртки. Приняты допущения: соотношение сил, воздействующих на часть конуса со спиралью, к части конуса без спирали равно отношению длин образующих этих частей конуса; спиральный нож не тормозит агрегат и не ускоряет его, то есть сумму сил, противодействующих внедрению конуса в грунт, уравновешивают силы, внедряющие конус в грунт. Сумма условных нормальных реакций конуса на воздействие грунта равна произведению удельного сопротивления грунта на площадь поверхности конуса и на коэффициент, учитывающий увеличение удельного сопротивления грунта по мере его уплотнения конусом.
Результаты. На основе методики произведены расчёты и построения. Площадь передней поверхности витка спирального ножа приблизительно равна произведению высоты витка на длину его средней линии. Путём построений выявлена длина средней линии витков. Зависимости длин спирали от высоты витка спирального ножа показаны на рисунках. Установлены пределы углов наклона основания первого и второго витка спирального ножа. Определена высота витка спирального ножа.
Заключение. Построением развёртки определены углы наклона первого и второго витка спирали. Путём построения проекций на поперечно-вертикальную плоскость определены длины средних линий витков спирального ножа. На основании расчётов, с учётом изнашивания в процессе эксплуатации и искажения проекции спирали на поперечно-вертикальную плоскость, принята высота витка спирального ножа 10 мм.

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): 484499. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-4484-499.

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. 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. Николаев В. А. Конструктивная компоновка малого ротора прямоточного роторного рыхлителя // Вестник СибАДИ. 2023; 20 (2): 194–203. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-2-194-203.