Определения эффективных параметров работы холодных фрез Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

MATHEMATICAL DESCRIPTION OF A SENSITIVE ELEMENT OF HYDROMECHANICAL SYSTEM OF STABILIZATION OF A PRESSING FLAG OF AN ASPHALT SPREADER

V. A. Paleev, A. V. Lisovsky

The analysis of the sensitive element is provided in this article, applied in mechanical engineering, in particular an asphalt spreader, hydromechanical system of stabilization of a pressing flag. The schematic diagram of this system reflecting all components, descriptions of a sensitive element necessary for mathematical calculation is offered. On the basis of the received data

the working parameters necessary for more perfect work of an asphalt spreader are defined.

Палеев Владимир Андриянович - кандидат технических наук, доцент кафедры “Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур (ТНКИ)”, преподаватель ФГБОУ ВПО «СибАдИ».

Лисовский Алексей Васильевич - аспирант кафедры “Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструк-

тур(ТНКИ)” Сибирской государственной автомо-бильно - дорожной академии . Основное направление деятельности: строительные и дорожные машины. Общее число опубликованных работ:2. E-mail: Maradonna87@yandex.ru

УДК 625.08

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ХОЛОДНЫХ ФРЕЗ

В. Н. Кузнецова, А. Н. Шаймарданов

Аннотация. В статье рассмотрены основные параметры эффективной эксплуатации холодных фрез. Приведены формулы для их расчета.

Ключевые слова: фрезерный барабан, асфальтобетон, холодная фреза.

Отсутствие четко сформулированных расчетных положений, учитывающих основные эксплуатационные параметры в процессе проектирования холодных дорожных фрез, ведет к значительным необоснованным потерям мощности и производительности. Холодное фрезерование на сегодняшний день во всем мире является одним из самых эффективных способов удаления поврежденного дорожного покрытия. Холодные фрезы позволяют не только снять изношенное покрытие, но и использовать его повторно уже в форме гранулята. Холодные дорожные фрезы это высокопроизводительные машины, предназначенные для подготовки высококачественной поверхности для укладки нового слоя поверх остатков дорожного полотна. Получаемая в результате фрезерования шероховатая поверхность имеет площадь в два раза большую, чем гладкая, и обеспечивает лучшее сцепление с укладываемым слоем.

Преимущества фрезерования ремонтируемых покрытий настолько очевидны, что производители оборудования довольно быстро создали и выпустили на рынок фрезы, способные обрабатывать асфальтобетон, цементобетон, и даже природный камень. Благодаря чему стало возможным широкое распро-

странение технологии восстановления покрытия дороги срезкой поврежденного или неровного участка и укладкой нового асфальта взамен срезанного.

В настоящее время в Москве и ряде крупных региональных центров России, в том числе и в Омской области, работают машины для холодного фрезерования, однако говорить о широком распространении данной технологии в России пока не приходится из-за отсутствия эффективных отечественных машин, а также довольно высокой стоимости зарубежных холодных фрез. В России производятся самоходные машины ДС-197 с шириной фрезерования 1000 мм (АО «Брянский арсенал») и навесные фрезы ФДН-500 на тракторе МТЗ-82 с шириной фрезерования 500 мм. Однако они по целому ряду показателей пока проигрывают зарубежным аналогам. Возможности фрезы ФДН-500 ограничены невысокой производительностью, а ДС-197 позволяет фрезеровать асфальтобетонное покрытие лишь на глубину 80 мм. Преимущество у этих машин перед зарубежными одно - они значительно дешевле. За рубежом машины для холодного фрезерования выпускает целый ряд фирм.

Одна из проблем отсутствия эффективных отечественных машин - отсутствие теоретической базы проектирования данных машин.

Проанализировав основные расчетные положения отечественных строительных дорожных машин, с учетом особенностей холодных фрез были получены следующие расчетные положения [1, 2, 3, 4].

Мощность холодной фрезы делится на две составляющие: потребляемая мощность приводной системы и потребляемая мощность фрезерного барабана.

Потребляемая мощность приводной системы зависит от скорости машины и силы тяги, когда скольжение между шиной и поверхностью дорожного покрытия не учитывается [5, 6]. Оно может быть определено из выражения:

^, (1)

Рек =

Пі

где РеФ - расход мощности приводной системы, Вт; FФ - тяговое усилие холодной фрезы, Н; ут- теоретическая скорость машины, м/с; п

- общий коэффициент полезного действия приводной системы.

Тяговое усилие холодной фрезы Fк определяется как сумма сопротивления движению машины в целом F^ и горизонтальной составляющей сопротивления фрезерованию Fн:

Fk = Ff + Fн (2)

где Ff - сопротивление движению, Н; Fн -горизонтальная составляющая сопротивления фрезерованию, Н.

Горизонтальная составляющая Fн зависит от скорости передвижения машины (рис. 1):

„ к ■ Н ■ т ■ В ■ vт

Рн =------V-------- , (3)

Я- ю

где к - константа, характеризующая параметры фрезерного барабана; Ие - толщина фрезерования, м; Тц - разрушающая сила разлома фрезеруемого материала дорожного покрытия, Па; В - ширина фрезерования, м; R

- радиус фрезерного барабана, м; ш - угловая скорость фрезерного барабана, с-1.

Такие параметры как к, т^ В, R, ш, как правило, неизменны.

Рис. 1. Расчетная схема

Глубина фрезерования является переменной величиной. Изменение ее величины приведет к нелинейности загрузки двигателя машины. Регулирование загрузки двигателя можно осуществлять изменением скорости передвижения машины. Это позволит не толь-

ко улучшить качество обработанной поверхности, но и обеспечить необходимый профиль дорожного полотна.

Подставляя (2) и (3) в выражение (1), получим:

р _ Ff ■ R ■ ю ■ ут + В ■ к ■ тв ■ Не ■ ит

Рек _

* , (4) К • П • и

Анализ выражения (4) показывает, что отношения между потреблением мощности приводной системы и теоретической скорости машины является квадратичным.

Пусть будет величиной подачи фрезерования каждым режущим зубом на фрезерном барабане, м; - скорость фрезерования ре-

жущим зубом, м/с; Ьр - ширина фрезерования одного зуба, м; Рт - потребление мощности фрезерным барабаном, Вт. Они могут быть рассчитаны с помощью уравнений (5), (6), (7) и(8) соответственно:

2 •*' (5)

Z ■ ю

7 2 2 2

ит + 2 ■ ит ■ Я ■ ю ■ соя со ■ і + Я ■ ю , (6)

ь _ В

р Z

(7)

со*Уо

т-^+7-0-, 4 2 2

^+Р__ 7о_ 4 2 2

2 -п ■ Я ■ сові

42

(8)

где у0 - является фактическим углом фрезерования режущего зуба, градусы; р - угол трения передней поверхности зуба, градусы; Г - количество зубьев вдоль ширины фрезерования В, шт.

Некоторые из этих параметров показаны на рис. 2.

р

+

Фрезеруемый материал Резец

Рис. 2. Параметры барабана и режущего зуба фрезы

Подставляя уравнения (5), (6) и (7) в уравнение (8), выражение для мощности потребления фрезерного барабана становится:

Pm =

B • Ts • He- -\JuT2 + 2 • uT3 • R• ю- coso}-t + uT2 •R2 • ю2

Z-R-ra-cos| ^-Й^-Та 4 2 2

,(9)

\

cosYo

sin/3

■ ( Л P To

sin|----------— + —

I 4 2 2

(

(o cos| — + — - —

14 2 2

Мощность P, кВт преобразуется в крутящий момент М, Н м и угловую скорость W, с-1, что может быть выражено уравнением.

^ P

M = —, (10)

ю

Для фактической холодной фрезы /? = 10 °, у0 = 12 ° иг; = 0,6. Результаты показывают,

что угол между результирующей сопротивления фрезерного барабана и горизонтальной составляющей силы 56-60 ° [7] и волнообразное (нелинейное) результирующие сопротивления значительно меньше, чем его среднее значение, а это означает, что результирующая сопротивления фрезерного барабана почти постоянная величина. Влиянием части высокой частоты в уравнение (9) cos wt, поэтому можно пренебречь.

В соответствии с указанными выше условиями, уравнения (4) и (9) может быть отнесено к уравнениям (11) и (12), соответственно:

М, = 1,6• |Ff •R

kG BH •т, RG •cor

; (11)

2^4 •t-Rg

oV (R0 «0 )2 +(R0 «0 )2

2 ,(12)

Я • ю

где R0 - радиус приводного колеса, м; ш0 -угловая скорость вращения приводного колеса, с-1; М1 - крутящий момент рабочего колеса, Н м; Мв - крутящий момент фрезерного барабана, Нм.

В ходе проделанной работы получены формулы основных расчетных положений проектирования холодных фрез, базируясь на расчетных положениях отечественных дорожных машин с похожим рабочим процессом или частично похожим, а также с учетом конструк-

тивных особенностей и опыта эксплуатации дорожных фрез за рубежом и в России.

Полученные расчетные положения могут иметь практическое применение в процессе проектирования как самоходных, так и навесных фрез, а так же в процессе ремонта и модернизации.

Библиографический список

1. Зеленин А. Н. Машины для земляных работ / A. Н. Зеленин, В. И. Баловнев, И. П. Керов - М.: Машиностроение, 1975 - 422 с.

2. Ветров Ю. А. Расчеты сил резания и копания грунтов / Ю. А. Ветров - К.: Киевский инженерностроительный университет, 1965 - 167 с.

3. Мартынов Д. П. Строительные машины и монтажное оборудование / В. Д. Мартынов, Н. И. Алешин, Б. П. Морозов - М.: Машиностроение, 1990 - 352 с.

4. Раннев А. В. Устройство и эксплуатация дорожно-строительных машин / А. В. Раннев, М. Д. Посолин -М.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000 - 488 с.

5. Wong J.Y. Theory of ground Vehicles / J.Y. Wong. - New York.: John Wiley & Sons, 2001. - C. 453, 301-309.

6. Yao H. X. The Theory of Chassis and Hydrostatic Transmissions on Construction Machinery/ H. X. Yao. - China Communications Press: Beijing, 2002. -C.358, 28-126.

7. Sun, Z.-W. Theory and Calculation of Soil Stabilization Machine. Road Machinery and Construction Mechanization 29. - China Journal, 1990. - C.226, 31-37.

DETERMINATION OF EFFECTIVE PARAMETERS WORKS OF COLD MILLS

V. N. Kuznetsova , A. N. Shaymardanov

The article describes the main parameters of the effective operation of cold milling machines. The received formulas for calculating them.

Кузнецова Виктория Николаевна - д-р технических наук, профессор, декан факультета МПП СибАДИ. Основные направления научной деятельности - Оптимизация рабочих органов землеройных и землеройно транспортных машин. Общее количество опубликованных работ: 90. email: nis@sibadi.org

Шаймарданов А. Н. «СибАДИ».

аспирант ФГБОУ ВПО