Systems. Methods. Technologies 3 (39) 2018

Systems Methods Technologies. A.S. Satyshev et al. Methodology for processing … 2018 № 3 (39) p. 19-23 20 Введение Для выполнения программы «Социально-экономи- ческое развитие Арктической зоны Российской Феде- рации на период до 2020 года», утвержденной поста- новлением правительства [1], необходимо реализовать стратегию [2], согласно которой предусмотрена инте- грация Арктической зоны с основными районами Рос- сии посредством освоения и разработки месторожде- ний углеводородов, цветных и драгоценных металлов, формирования современных транспортно-логистичес- ких узлов и опорной сети автомобильных дорог, разви- тия, реконструкции и модернизации сети аэропортов. Это повлечет за собой необходимость содержания вновь построенных и реконструированных автомо- бильных дорог и аэродромов в зимний период, дли- тельность которого в некоторых северных районах превышает 140 дней в году. Самые сложные и ответст- венные мероприятия по содержанию дорожных покры- тий различного назначения направлены на разрушение и удаление снежно-ледяных образований (СЛО). Из- вестны несколько способов борьбы со СЛО: химико- механический, фрикционный, тепловой, механический. Последний способ позволяет разрушать и удалять СЛО с дорожных покрытий, не нанося вреда окружающей среде, а также экономить на химических реагентах, топливе, сохранять целостность дорожного полотна. Это закрепляет за механическим способом первенство в разработке и проектировании новых рабочих органов дорожных машин. Однако существует ниша, в которой данный способ является малоэффективным, а именно удаление проч- ных снежно-ледяных образований (ПСЛО). Это обу- словлено их физико-механическими свойствами: плот- ность ρ = 0 , 6 ÷ 0 , 9 г/см 3 ; предел прочности на сжатие σ = 2 , 5 ÷ 2 , 8 МПа; толщина слоя h ≤ 100 мм; темпера- тура исследуемой среды −2 ÷ −10 ◦ C . Существующие рабочие органы или не приспособлены для их разру- шения, или делают это с низкой эффективностью. Для повышения эффективности и снижения энергоемкости при удалении ПСЛО предложено применение дисково- го режущего инструмента [3–5]. Однако с применением дискового режущего инструмента встает вопрос созда- ния высокоэффективных рабочих органов. На стадии их проектирования необходимо знать силовые пара- метры, величина которых зависит от множества факто- ров, таких как скорость резания, геометрические пара- метры инструмента, температура окружающей среды и разрушаемого материала, степень износа, обусловлен- ная радиусом закругления рабочей кромки. Цель работы: выявление зависимости силовых па- раметров, а именно силы сопротивления резанию ПСЛО от таких факторов, как радиус закругления ра- бочей кромки дискового режущего инструмента и шаг резания. Для более объективного изучения процесса взаимо- действия дискового инструмента с ПСЛО предлагается контролировать три составляющие силы резания: гори- зонтальную, боковую и вертикальную. Контроль этих составляющих непосредственно на рабочем органе ма- лоэффективен, так как требует больших трудозатрат и дорогостоящего оборудования (датчики силы, оснастка для их монтажа), невозможно изолировать взаимо- влияние температуры окружающей среды, влажности, теплозапаса дорожного полотна и других факторов, постоянно меняются физико-механические свойства ПСЛО (прочность, плотность, наличие абразивного материала). Поэтому, опираясь на результаты работ по резанию мерзлых грунтов различными инструментами [6–9], целесообразно исследовать процесс взаимодей- ствия полноразмерного дискового режущего инстру- мента с различным радиусом закругления рабочей кромки и разрушаемого массива путем стендовых ис- пытаний в лабораторных условиях. В качестве режущего инструмента принят заострен- ный дисковый резец, изображенный на рис. 1. При прове- дении экспериментальных исследований использовались дисковые резцы с различным радиусом закругления рабо- чей кромки R = [0 , 5; 1 , 5; 2 , 5; 3 , 5; 4 , 5] мм. Данный диапа- зон значений обусловлен результатами исследований из- нашивания режущей кромки, проведенными в работе [7]. Остальные параметры дискового режущего инструмента приняты следующими: диаметр D = 200 мм, угол заостре- ния δ = 30 ° , глубина резания h = 60 мм, шаг резания t = [10; 20; 30; 40; 50] мм, задний угол γ = 3÷5 ° , темпера- тура окружающего воздуха −2 ÷ −7 ° C , скорость резания 0 , 51 м/с (1 , 84 км/ч). Для проведения эксперимента использовался меха- низированный лабораторный стенд, описанный в рабо- те [10] и защищенный патентом на изобретение № 2429459 [11]. Для фиксирования, сбора и записи информации применен измерительный комплекс, опи- санный в статье [12]. Рис. 1. Схема взаимодействия дискового режущего инстру- мента с разрушаемым массивом: t — шаг резания; D — диа- метр дискового резца; δ — угол заострения; h — глубина резания; γ — задний угол Обработка результатов эксперимента. После проведения экспериментальных лабораторных иссле- дований, выявления влияния радиуса закругления ра- бочей кромки дискового инструмента и шага резания на составляющие силы, возникающей при механиче- ском разрушении льда, получен набор файлов с запи- сью значений напряжений, снятых с АЦП. Каждый файл соответствует своему сочетанию исследуемых параметров R и t . Структура файла приведена на рис. 2.