Оценка эффективности дорожных фрез на основе гранулометрического анализа измельченного материала

Введение. Энергия при фрезеровании асфальтобетонных покрытий затрачивается на разрушение ка­менной фракции, битумных связей, а также прочих факторов, которые в совокупности не влияют на появление новых поверхностей. Целью данной работы является поиск и предварительная оценка ме­тода косвенного определения эффективности работы фрезерных рабочих органов на основе анализа энергозатрат.

Материалы и методы. В работе используются два набора асфальтобетонного гранулята марки Б типа 2, полученные при холодном фрезеровании покрытий. Для сравнения применялись идентичные фрезерные барабаны с разной схемой расстановки режущих элементов. Применение технологии 3D-CKaнирования позволило получить полигональные модели частиц и количественно оценить изменение пло­щади поверхности материала в процессе фрезерования. Для фракций, не подвергавшихся сканированию, параметры поверхности определялись через уравнения регрессии, построенные на основе эксперимен­тальных данных. Основой исследования послужил энергетический подход, связывающий затраты энер­гии с образованием новых поверхностей при разрушении асфальтобетонного композита.

Результаты. Основная часть энергии (до 99%) при фрезеровании расходуется на разрушение битум­ных связей, а не каменной фракции. Сравнение двух фрезерных барабанов показало, что одна из двух конструкций на 19,25% энергоэффективнее за счет расположения режущих элементов. Разработанная методика 3D-сканирования и гранулометрического анализа подтвердила универсальность оценки про­цессов измельчения, а также выявила ключевые факторы энергопотребления: толщину стружки (пря­мая зависимость), температуру материала (обратная) и конструкцию оборудования. Вместе с тем уточнены зависимости для оценки удельных поверхностей каменных фракций и получены зависимости для определения удельных поверхностей асфальтобетонного гранулята.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты позволяют производить оценку затрачиваемой энергии при удалении изношенных слоев асфальтобетонных покрытий. Вместе с тем разработанный метод демонстрирует точность и эффективность по сравнению с расчетными методами. Это позво­ляет рекомендовать метод не только для оценки энергозатрат в процессе фрезерования асфальтобе­тонов, но и в процессе измельчения других твердых материалов.

1. Юсуфов А.С., Магомедалиев Г.Г., Дагиров А.Р., Хиясов М.А. Анализ износостойкости асфальтобетона // E-Scio. 2019. № 7(34). С. 77–85. EDN BGTSGW.

2. Алексиков С.В., Лескин А.И., Гофман Д.И. и др. Применение асфальтогранулята при ремонте дорог Волгограда // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. 2024. № 1(94). С. 43–52. DOI: 10.35211/18154360_2024_1_43. EDN ROVZPT.

3. Фурманов Д.В., Шамахов Л.М., Лысаков Н.Э. Влияние износа режущего элемента дорожной фрезы на силу сопротивления резанию асфальтобетона // Вестник СибАДИ. 2023. Т. 20, № 2 (90). С. 204–216. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-2-204-216

4. Шамахов Л.М., Фурманов Д.В. Влияние износа режущих элементов на эффективность работы дорожной фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2025. Т. 92, № 2. С. 204–212. DOI: 10.17816/0321-4443-634723 EDN: XTCICV

5. Фурманов Д.В., Шаманов Л.М., Лысов Н.Э. Сравнительный анализ энергоёмкости фрезерования новых марок асфальтобетонов // Строительные и дорожные машины. 2023. № 1. С. 24–28. EDN TILVYQ.

6. Furmanov D.V., Lysakov N. E., Shamahov L. M. Effect of asphalt concrete strength properties on energy intensity of milling // Journal of Physics: Conference Series: 5, Omsk, 16–17 марта 2021 года. Omsk, 2021. P. 012086. DOI 10.1088/1742-6596/1901/1/012086. EDN ARQQDE.

7. Furmanov D. V., Lysakov N. E., Shamahov L. M. Study of Asphalt Milling Workflow Dynamics // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2022. P. 442–450. DOI 10.1007/978-3-030-85233-7_54. EDN ULFPPK.

8. Бордюг А.С. Применение оптоволоконной оптической системы для контроля крутящего момента вала // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2021. № 3. С. 101–106. DOI 10.24143/2073-1574-2021-3-101-106. EDN VMWLZW.

9. 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. EDN UMEJOP.

10. Бусел А.В., Буко А.Н. Получение доломитового щебня в центробежно-ударной дробилке // Наука и техника. 2013. № 1. С. 53–56. EDN STBDXF.

11. Заднепровский Р.П. Энергетика измельчения материалов различного физического состояния // Технологии бетонов. 2014. № 7(96). С. 11–15. EDN TAQKEP.

12. Симонов П.С. Экспериментальное исследование дробления горной породы единичным ударом // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 1. С. 71–79. DOI 10.25018/0236-1493-2020-1-0-71-79. EDN VIEZDF.

13. Романюк В.Н. Эксергия асфальтобетонной смеси // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2003. № 4. С. 69–76. EDN GDOLBM.

14. Читалов Л.С., Львов В.В. Сравнительная оценка методов определения рабочего индекса шарового измельчения бонда // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 1. С. 130–145. DOI 10.25018/0236-1493-2021-1-0-130-145. EDN BDVFJD.

15. Гурьянов Г.А., Абдеев Б.М., Клименко Е.А. Прикладная модель измельчения твердой частицы простой формы ударом о жесткую поверхность // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2018. № 1. С. 110–120. DOI 10.15593/perm.mech/2018.1.10. EDN YUPFAN.

16. Tromans D. Mineral comminution: Energy efficiency considerations // Minerals Engineering. 2008. Vol. 21. P. 613–620.

17. Голик В.И., Кожиев Х.Х., Голодов М.А., Армейсков В.Н. Исследование свойств горных пород при дроблении и измельчении в механических мельницах // Известия Уральского государственного горного университета. 2021. № 2(62). С. 81–87. DOI 10.21440/2307-2091-2021-2-81-87. EDN VZGVFP.

18. Фурманов Д.В., Буданова Е.С. Оценка эффективности процесса фрезерования на основе гранулометрического анализа щебеночно-мастичного асфальтобетонного гранулята // Вестник СибАДИ. 2024. Т. 21, № 6. С. 852–866. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2024-21-6-852-866