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/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. doi: 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. DOI: 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. DOI 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. DOI: 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