Оценка эффективности процесса фрезерования на основе гранулометрического анализа щебеночно-мастичного асфальтобетонного гранулята

Введение. В статье предложен энергетический подход к анализу рабочего процесса фрезерования асфальтобетонных покрытий. Рабочий процесс резания асфальтобетона рассматривается как совокупность процессов разрушения каменной фракции, битумных связей и прочих явлений, не связанных с образованием новых поверхностей. Анализ выполнен на основе оценки соотношения энергии, затраченной на фрезерование в целом, и энергии, затраченной на формирование новых поверхностей отдельных фракций асфальтобетонного гранулята и щебенчатого заполнителя.

Материалы и методы. Работа построена на основе экспериментальных исследований гранулометрического состава асфальтобетонного гранулята, полученного при фрезеровании щебеночно-мастичного асфальтобетонного покрытия, и отдельно каменной фракции асфальтобетона, полученной путем выжигания битумной матрицы. Также использован стандартный метод для определения удельной энергии разрушения битумных связей при определении сопротивляемости разрушению образца на растяжении при расколе.

Результаты. В результате рассева получены гранулометрические кривые состава асфальтобетонного гранулята и каменной фракции. Расчетными методами определены составляющие затрат энергии на образование новых поверхностей асфальтобетонного гранулята и новых поверхностей каменной фракции.

Обсуждение и заключение. В итоге работы получены количественные соотношения различных фракций асфальтобетонного гранулята щебеночно-мастичного асфальтобетона, образующегося при фрезеровании, а также степень дробления каменных фракций. Определены удельные затраты энергии при фрезеровании асфальтобетона. Установлено, что наибольшая часть энергии при фрезеровании (64,7% для данного исследования) затрачивается на разрушение битумных связей. Подавляющая часть этой энергии расходуется на образование мелкой фракции гранулята. На разрушение каменной фракции затрачивается незначительная часть энергии. В целом доля затрат энергии, направленной на образование новых поверхностей для указанного исследования, составляет 66,14% от общих затрат энергии. Отмечается перспективность гранулометрического анализа для оценки эффективности процесса фрезерования асфальтобетона.

1. Сиваченко Л.А., Сиваченко Т.Л. Технологическое машиностроение - инновационный резерв мировой экономики: монография. Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2017. 254 с.: ил.

2. Власенко Д.А., Левченко Э.П. Математическое моделирование и повышение эффективности ударных роторных дробилок с комбинированным подвесом молотков: монография. Алчевск: ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2020. 143 с.

3. Шевченко А.Ф. Пути интенсификации процесса помола цемента // Вопросы химии и химической технологии. 2008. № 5. С. 129-137.

4. Сиваченко Л.А. Современное технологическое машиностроение: резервы развития // Инженер-механик. 2011. № 1. С. 11-21.

5. Сахапов Р.Л., Махмутов М.М. Влияние исследуемых факторов на мощность фрезерования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015.Т. 17, №2 (4). С 896-899.

6. Карошкин A.A., Краснолудский A.B. Определение энергоемкости процесса фрезерования фрезой со сложным движением зуба // Изв. ТулГУ. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Тула, 2003. Вып. 4. С.167-173.

7. Cundall P.A. A computer model for simulating progressive largescale movements in blocky rock systems. In: Proceedings of the Symposium of International Society of Rock Mechanics, v.1, Nancy: France; 1971. Paper No. II-8

8. Liqun Zhou, Yi Liu, Zhennan Wang et al. Numerical analysis of asphalt concrete milling process based on multicomponent modeling, 09 July 2020, PREPRINT (Version 1) available at Research Square https://doi.org/https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-39326/v1].

9. Petrescu MG, Dumitru T, Laudacescu E, Tănase M. Experimental Investigation and Numerical Analysis Regarding the Influence of Cutting Parameters on the Asphalt Milling Process. Materials (Basel). 2024 Jul 13; 17(14): 3475. https://doi.org/10.3390/ma17143475. PMID: 39063767; PMCID: PMC11278129.

10. Dumitru, T.; Petrescu, M.G.; Tănase, M.; Ilincă, C.N. Multi-Response Optimization Analysis of the Milling Process of Asphalt Layer Based on the Numerical Evaluation of Cutting Regime Parameters. Processes 2023, 11, 2401. https://doi.org/10.3390/pr11082401.

11. Wu, J., Zhang, B., Wu, C., Shu, Z., Li, S. et al. (2021). Discrete element simulation of asphalt pavement milling process to improve the utilization of milled old mixture. Journal of Renewable Materials, 9(5), 993-1011. https://doi.org/10.32604/jrm.2021.014304

12. Griffith A.A. The theory of rupture. Proc. Ict. Int. Congr. Appl. Mech // Delft. 1924. p. 55-63.

13. Orowan E. Fracture and strength of solids. Repts. Progn. Phis., 1948. 49. № 12. p. 185-232.

14. Irwin G.R. Analysis of stresses and straines near the end of crack travers-ing a plate // J. Appl. Mech. 1957. Vol. 24. № 3. 1957. P. 361-364.

15. Романюк В.Н. Эксергия асфальтобетонной смеси. Энергетика // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2003; (4): 69-76. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2003-0-4-69-76

16. Симонов П.С. Экспериментальное исследование дробления горной породы единичным ударом // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 1. С. 71-79. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-1-0-71-79.

17. Голик В.И. [и др.]. Исследование свойств горных пород при дроблении и измельчении в механических мельницах // Известия УГГУ. 2021. Вып. 2 (62). С. 81-87. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2021-2- 81-87

18. Винников В.А., Павлов И.А. Изменение коэффициента трещиностойкости горных пород при умеренном тепловом воздействии // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024. № 3. С. 5-16. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2024-3-0-5.

19. Фурманов Д.В., Чижов В.С., Лысаков Н.Э. Экспериментальное определение сил сопротивления резанию при разрушении асфальтобетона единичным режущим элементом // Вестник СибАДИ. 2020; 17(2): 196-207. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-2-196-207

20. Фурманов Д.В., Лысаков Н.Э., Шамахов Л.М. Экспериментально-аналитическое обоснование процесса резания асфальтобетонов рабочим оборудованием дорожной фрезы // Вестник СибАДИ. 2022; 19(2): 170-182. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-2-170-182