Взаимодействие с грунтом зубцов и ножей малого ротора и расчёт общей мощности на привод малого ротора

Введение. Проблема быстрого и качественного строительства дорог, когда объекты хозяйствования и населённые пункты пространственно разобщены и расположены на значительном расстоянии друг от друга, не может быть решена без применения комплекса агрегатов непрерывного действия. Важным элементом агрегата непрерывного действия, формирующего кювет, и агрегата для проходки туннелей является прямоточный роторный рыхлитель. Существующие теоретические исследования не достаточны для расчёта взаимодействия с грунтом элементов прямоточного роторного рыхлителя. Отсутствие теоретического обоснования параметров прямоточных роторных рыхлителей сдерживает их применение. Поэтому существует необходимость теоретических исследований для выявления геометрических, кинематических, динамических и энергетических параметров элементов конструкции.

Методика исследования. Разработаны методики расчётов необходимой мощности: на привод зубцов, для отделения ножами пласта от массива грунта и его разделения на фрагменты, для преодоления силы инерции набегающего грунта на два ножа малого ротора, для ускорения грунта в сторону большого ротора, для осуществления перемещения грунта в сторону большого ротора, для преодоления силы трения грунта о переднюю поверхность ножей. Общая мощность, необходимая для привода малого ротора, соответствует сумме мощностей: на внедрение конуса со спиральным ножом в грунт, на привод зубцов и на привод ножей.

Результаты. На основе разработанных методик произведены расчёты параметров. Из плоских и пространственной модели сил взаимодействия с грунтом элементов малого ротора выявлены их равнодействующие, их составляющие, нормальные силы. Вычислена сила трения грунта о переднюю поверхность ножа. Рассчитана общая мощность на привод малого ротора и объёмная энергия на внедрение малого ротора в грунт.

Заключение. Затраты энергии на привод ножей малого ротора включают: энергию на отделение пласта и разделение его на фрагменты, энергию на преодоление напора грунта на переднюю поверхность ножа, энергию на ускорение грунта, энергию на перемещение грунта, энергию на преодоление силы трения грунта о передние поверхности ножей. Общие затраты энергии на привод малого ротора содержат энергию на внедрение в грунт конуса со спиральным ножом, зубцов и ножей малого ротора. В результате расчётов мощность для привода зубцов малого ротора 735 Вт, общая мощность, необходимая для привода малого ротора 2,2 кВт. Объёмная энергия для внедрения малого ротора в грунт 33,1 кДж/куб. м.

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/10.26518/2071-7296-2022-19-6-800-813

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. 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.

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

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

20. 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. https://doi.org/10.17816/0321-4443-66395

21. 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

22. Николаев В.А. Расчёт высоты витка спирального ножа // Вестник СибАДИ. 2023;20(3):326-336. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-3-326-336. EDN: TTTPPI