RU2815529C1 - Method of determining cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils - Google Patents

Method of determining cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils Download PDF

Info

Publication number
RU2815529C1
RU2815529C1 RU2023112456A RU2023112456A RU2815529C1 RU 2815529 C1 RU2815529 C1 RU 2815529C1 RU 2023112456 A RU2023112456 A RU 2023112456A RU 2023112456 A RU2023112456 A RU 2023112456A RU 2815529 C1 RU2815529 C1 RU 2815529C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
disk
const
disks
shearing device
Prior art date
Application number
RU2023112456A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Васильевич Лысянников
Рышард Борисович Желукевич
Денис Максимович Теслин
Юрий Филиппович Кайзер
Наталья Николаевна Лысянникова
Никита Андреевич Слипченко
Николай Евгеньевич Сергиенко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2815529C1 publication Critical patent/RU2815529C1/en

Links

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to measurement technology, in particular to determination of resistance to cutting of snow-ice formations and frozen soils with a disk cutting device. Method includes preparation of samples from natural environment, which are held in freezing chamber. Measurements of horizontal, vertical, lateral components of cutting resistance and torque are carried out in a freezing chamber using two test benches. One of them is measuring in static position, equipped with disk, drive of rotation and strain gauges, fixing components of resistance to cutting of samples, and the second test bench provides movement of specimen rigidly fixed on it towards rotating disk. Recording and processing of values of components of resistance to cutting and torque is carried out using software, optimum parameters of the cutting process are determined based on the graphical relationships constructed on the basis of the obtained data.
EFFECT: broader functional capabilities and high information content of the method for determining components of resistance to cutting of snow-ice formations and frozen soils.
7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии измерений, в частности к определению сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов дисковым срезающим устройством и может быть использовано для определения оптимальных геометрических параметров вращающегося дискового срезающего устройства, параметров установки дискового срезающего устройства и процесса резания.The invention relates to measurement technology, in particular to determining the cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils with a disk shearing device and can be used to determine the optimal geometric parameters of a rotating disk shearing device, installation parameters of the disk shearing device and the cutting process.

Известен способ проведения измерений составляющих сопротивления снега резанию, осуществляемый в соответствии с планом полного факторного эксперимента. При этом эксперимент проводится с использованием предварительно вырезанных образцов из естественной среды, в качестве которых могут быть: снежно-ледяные образования, находящиеся на дорожном покрытии, природный лед из водоема, мерзлый грунт. Образец помещается в морозильную камеру, в которой установлено стендовое оборудование. В морозильной камере выставляется требуемая для исследования температура. Подготовленные образцы выдерживаются в морозильной камере в течении 48 ч, с целью стабилизации температуры образца. Перед проведением эксперимента определяется плотность образца и его твердость с использованием твердомера. Температура в морозильной камере принимается за температуру окружающего воздуха. На стационарно установленный стенд для измерения сопротивлений резанию закрепляется срезающее устройство, устанавливаются необходимые угол установки и угол резания срезающего устройства. Образец закрепляется на столе второго стенда, обеспечивающего перемещение образца в направлении срезающего устройства. С помощью поднятия стола стенда выставляется необходимая толщина срезаемой стружки. С помощью перемещения стола стенда вправо, влево выбирается схема резания (блокированная, полублокированная). На стенде, осуществляющем перемещение образца, задается необходимая скорость перемещения (резания) образца. Запускается программа «LGraph2» в режиме регистрации данных. В процессе резания образца регистрируются горизонтальная, вертикальная и боковая составляющие сопротивления образца резанию в виде осциллограмм с показаниями от каждой тензометрической балки стационарного стенда. По окончании процесса резания стенд, осуществляющий перемещение образца, отключается, зарегистрированные данные сохраняются на ПК. На следующем этапе измерений сопротивления резанию снова задаются необходимые угол установки срезающего устройства, угол резания, толщина срезаемой стружки и скорость перемещения, процесс резания повторяется. Обработка данных проводится при помощи программного обеспечения PowerGraph и Matlab. Компьютерные осциллограммы обрабатываются по пиковым и средним значениям в момент скола материала образца. На основании полученных данных строят указанные графические зависимости, по которым определяют влияние параметров на значения составляющих сопротивления резанию. При этом повышается точность определения оптимальных углов установки срезающего устройства и углов резания, скорости (резания) перемещения срезающего устройства, толщины срезаемого слоя с учетом прочности образца, плотности образца и температуры окружающего воздуха, обеспечивающих повышение эффективности и снижение энергоемкости процесса резания (Патент РФ №2755591 С1, дата приоритета 11.01.2021, дата публикации 17.09.2021, авторы: Лысянников А.В. и др., RU).There is a known method for measuring the components of snow cutting resistance, carried out in accordance with the plan of a full factorial experiment. In this case, the experiment is carried out using pre-cut samples from the natural environment, which can be: snow and ice formations located on the road surface, natural ice from a reservoir, frozen soil. The sample is placed in a freezer in which bench equipment is installed. The temperature required for the study is set in the freezer. The prepared samples are kept in a freezer for 48 hours in order to stabilize the sample temperature. Before the experiment, the density of the sample and its hardness are determined using a hardness tester. The temperature in the freezer is taken as the ambient temperature. A shearing device is attached to a permanently installed stand for measuring cutting resistance, and the required installation angle and cutting angle of the shearing device are set. The sample is fixed on the table of the second stand, which ensures movement of the sample in the direction of the cutting device. By raising the stand table, the required thickness of the cutting chips is set. By moving the stand table to the right or left, the cutting pattern (blocked, semi-blocked) is selected. On the stand that moves the sample, the required speed of movement (cutting) of the sample is set. The “LGraph2” program is launched in data logging mode. During the cutting process of the sample, the horizontal, vertical and lateral components of the sample's cutting resistance are recorded in the form of oscillograms with readings from each strain gauge beam of the stationary stand. At the end of the cutting process, the stand that moves the sample is turned off, and the recorded data is saved on the PC. At the next stage of measuring the cutting resistance, the required installation angle of the cutting device, the cutting angle, the thickness of the cut chips and the moving speed are again set, and the cutting process is repeated. Data processing is carried out using PowerGraph and Matlab software. Computer oscillograms are processed based on peak and average values at the moment of cleavage of the sample material. Based on the data obtained, the indicated graphical dependencies are constructed, from which the influence of the parameters on the values of the cutting resistance components is determined. At the same time, the accuracy of determining the optimal installation angles of the shearing device and cutting angles, the speed (cutting) of movement of the shearing device, the thickness of the cut layer, taking into account the strength of the sample, the density of the sample and the ambient temperature, are increased, ensuring increased efficiency and a reduction in the energy intensity of the cutting process (RF Patent No. 2755591 C1, priority date 01/11/2021, publication date 09/17/2021, authors: Lysyannikov A.V. et al., RU).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов, принятый в качестве прототипа, осуществляемый в соответствии с планом полного факторного эксперимента, включающий подготовку образцов из естественной среды или имитирующих ее, в качестве которых могут быть: снежные и ледяные образования, находящиеся на дорожном покрытии, природный лед из водоема, мерзлый грунт, а также предварительно приготовленные образцы снежно-ледяных образований определенного гранулометрического состава за счет добавления включений из гравия, грунта или песка. Образцы помещают в морозильную камеру, в которой установлено стендовое оборудование, и выдерживают в морозильной камере до начала измерений для стабилизации их температуры, причем в морозильной камере выставляется требуемая для исследования температура с возможностью ее сохранения и обеспечения широкого диапазона температур для приближения к возможным естественным условиям. Перед проведением измерений определяют плотность, твердость и температуру образца, влажность окружающего воздуха, температуру в морозильной камере, которую принимают за температуру окружающего воздуха. Проведение измерений горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих сопротивления резанию осуществляют в морозильной камере с использованием двух стендов, один из которых находится в статическом положении, при этом снабжен дисковым срезающим устройством, содержащим, по меньшей мере, один диск, закрепленный с возможностью изменения его положения, и тензозвеном с тензодатчиками, фиксирующими составляющие сопротивления резанию образцов с выровненной поверхностью, а второй стенд обеспечивает перемещение жестко закрепленного на нем образца навстречу дисковому срезающему устройству для их взаимодействия и осуществления процесса срезания по блокированной и/или полублокированной схемам резания, с горизонтальным или вертикальным разрушением поверхности образца при соответствующем расположении диска срезающего устройства по отношению к разрушаемой поверхности. При этом измерения горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих сопротивления резанию образцов проводят с учетом схемы резания и расположения диска срезающего устройства по отношению к разрушаемой поверхности при изменении скорости резания, шага резания, заднего угла диска срезающего устройства, геометрических параметров диска и гранулометрического состава образцов. При исследовании влияния положения диска срезающего устройства по отношению к разрушаемой поверхности образца поочередно изменяют положение диска, и эксперимент проводится сериями. При исследовании влияния блокированной и полублокированной схем резания образца диском срезающего устройства поочередно изменяют положение диска по отношению к образцу. При исследовании влияния угла заострения диска срезающего устройства а на стенд поочередно устанавливают диски с разными углами заострения. При исследовании влияния диаметра диска срезающего устройства поочередно устанавливают диски разного диаметра. При исследовании влияния глубины внедрения диска в разрабатываемый массив h поочередно устанавливают различную глубину внедрения диска в разрабатываемый массив. При исследовании влияния радиуса r закругления режущей кромки диска срезающего устройства поочередно устанавливают диски срезающего устройства с разным радиусом закругления режущей кромки. При исследовании влияния заднего угла диска срезающего устройства γ поочередно диск срезающего устройства устанавливают с разным задним углом. При исследовании влияния толщины диска срезающего устройства b поочередно устанавливают диски срезающего устройства разной толщины. При исследовании влияния формы поверхности диска срезающего устройства поочередно устанавливают диски с различной формой поверхности диска срезающего устройства. При исследовании влияния формы режущей кромки диска срезающего устройства поочередно устанавливают диски с различной формой режущей кромки диска срезающего устройства. При исследовании влияния шага резания t поочередно производят срезание с различными значениями шага резания t. При исследовании влияния скорости перемещения (резания) образца V поочередно задают различные скорости перемещения (резания) образца V. При исследовании влияния прочности образца Т поочередно используют образцы различной прочности Т. При исследовании влияния плотности образца ρ поочередно используют образцы различной плотности ρ. При исследовании влияния температуры окружающего воздуха tокр. возд. поочередно задают различные значения температуры окружающего воздуха. При исследовании влияния влажности воздуха ϕ поочередно задают различные значения влажности воздуха ϕ. При исследовании влияния гранулометрического состава образца поочередно используют образцы разного гранулометрического состава. При этом исследование влияния одного из параметров проводят при сохранении остальных параметров постоянными. Регистрацию и обработку составляющих сопротивления резанию проводят при помощи программного обеспечения, причем компьютерные осциллограммы обрабатываются по пиковым и средним значениям в момент скола материала образца. На основании полученных данных строят графические зависимости, по которым определяют влияние параметров на значения составляющих сопротивления резанию и определяют оптимальные параметры процесса резания, обеспечивающие повышение эффективности и снижение энергоемкости процесса резания (Патент РФ №2789469 С1, дата приоритета 30.06.2022, дата публикации 03.02.2023, авторы: Лысянников А.В. и др., RU, прототип).The closest in technical essence and achieved result is a method for determining the cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils, adopted as a prototype, carried out in accordance with the plan of a full factorial experiment, including the preparation of samples from the natural environment or simulating it, which can be : snow and ice formations located on the road surface, natural ice from a reservoir, frozen soil, as well as pre-prepared samples of snow and ice formations of a certain granulometric composition by adding inclusions of gravel, soil or sand. The samples are placed in the freezer in which the bench equipment is installed and kept in the freezer until measurements begin to stabilize their temperature, and in the freezer the temperature required for the study is set with the ability to preserve it and provide a wide range of temperatures to approach possible natural conditions. Before taking measurements, determine the density, hardness and temperature of the sample, the humidity of the surrounding air, and the temperature in the freezer, which is taken as the ambient temperature. Measurements of the horizontal, vertical and lateral components of cutting resistance are carried out in a freezer using two stands, one of which is in a static position, and is equipped with a disk cutting device containing at least one disk, fixed with the possibility of changing its position, and a strain gauge with strain gauges that record the cutting resistance components of samples with a leveled surface, and the second stand ensures the movement of the sample rigidly fixed on it towards the disk shearing device for their interaction and implementation of the cutting process according to blocked and/or semi-blocked cutting patterns, with horizontal or vertical destruction of the surface sample with the appropriate location of the shearing device disk in relation to the destroyed surface. In this case, measurements of the horizontal, vertical and lateral components of the cutting resistance of samples are carried out taking into account the cutting pattern and the location of the shearing device disk in relation to the destroyed surface when changing the cutting speed, cutting pitch, rear angle of the shearing device disk, geometric parameters of the disk and particle size distribution of the samples. When studying the influence of the position of the disk of the shearing device in relation to the destroyed surface of the sample, the position of the disk is alternately changed, and the experiment is carried out in series. When studying the influence of blocked and semi-blocked schemes for cutting a sample with a cutting device disk, the position of the disk relative to the sample is alternately changed. When studying the influence of the sharpening angle of the disk of the cutting device a, disks with different sharpening angles are alternately installed on the stand. When studying the influence of the diameter of the cutting device disk, disks of different diameters are installed one by one. When studying the influence of the depth of disk penetration into the array being developed, h, different depths of disk penetration into the array being developed are set one by one. When studying the influence of the radius r of curvature of the cutting edge of the shearing device disk, the disks of the shearing device with different radii of curvature of the cutting edge are installed one by one. When studying the influence of the rear angle of the shearing device disk γ, the shearing device disk is alternately installed with different rear angles. When studying the influence of the thickness of the shearing device disk b, shearing device disks of different thicknesses are installed one by one. When studying the influence of the shape of the surface of the shearing device disk, disks with different shapes of the surface of the shearing device disk are installed one by one. When studying the influence of the shape of the cutting edge of the shearing device disk, disks with different shapes of the cutting edge of the shearing device disk are installed one by one. When studying the influence of the cutting step t, cutting is performed alternately with different values of the cutting step t. When studying the influence of the movement (cutting) speed of sample V, different speeds of movement (cutting) of sample V are alternately set. When studying the influence of sample strength T, samples of different strengths T are used alternately. When studying the influence of sample density ρ, samples of different densities ρ are alternately used. When studying the influence of ambient temperature t amb. air alternately set different values of the ambient air temperature. When studying the influence of air humidity ϕ, different values of air humidity ϕ are set one by one. When studying the influence of the particle size distribution of a sample, samples of different particle size distributions are used in turn. In this case, the study of the influence of one of the parameters is carried out while keeping the other parameters constant. The recording and processing of cutting resistance components is carried out using software, and computer oscillograms are processed based on peak and average values at the moment of chipping of the sample material. Based on the data obtained, graphical dependencies are constructed to determine the influence of the parameters on the values of the cutting resistance components and determine the optimal parameters of the cutting process, ensuring increased efficiency and reduced energy intensity of the cutting process (RF Patent No. 2789469 C1, priority date 06/30/2022, publication date 02/03. 2023, authors: Lysyannikov A.V. et al., RU, prototype).

Общим недостатком аналога и прототипа является низкая эффективность, обусловленная, во-первых, ограниченными возможностями известных способов из-за использования в них жестко фиксированных срезающих устройств в виде плуга, отвала, или дискового резца; во-вторых, недостаточной информативностью из-за отсутствия в стендовом оборудовании вращающегося срезающего устройства, что позволило бы определить оптимальные геометрические параметры дискового срезающего устройства при его вращении и параметры процесса резания.A common disadvantage of the analogue and the prototype is low efficiency, due, firstly, to the limited capabilities of the known methods due to the use of rigidly fixed cutting devices in them in the form of a plow, blade, or disk cutter; secondly, insufficient information content due to the absence of a rotating shearing device in the bench equipment, which would make it possible to determine the optimal geometric parameters of the disk shearing device during its rotation and the parameters of the cutting process.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение информативности способа определения сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов при использовании диска или дискового срезающего устройства, установленных с возможностью вращения, а также определение оптимальных геометрических параметров диска или дискового срезающего устройства, скорости вращения диска или дискового срезающего устройства, схем расстановки дисков на вращающихся рабочих органах строительно-дорожных машин.The technical result of the invention is to expand the functionality and increase the information content of the method for determining the cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils when using a disk or disk shearing device installed with the possibility of rotation, as well as determining the optimal geometric parameters of the disk or disk shearing device, the rotation speed of the disk or disk shearing device, disk arrangement schemes on rotating working bodies of road construction machines.

Технический результат достигается тем, что в способе определения сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов, включающим подготовку образцов из естественной среды или имитирующих ее, или с разным гранулометрическим составом, при этом образцы выдерживают в морозильной камере до начала измерений для стабилизации их температуры, проведение измерений горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих сопротивления резанию осуществляют в морозильной камере с возможностью сохранения постоянной температуры и обеспечения широкого диапазона температур и влажности воздуха для приближения к возможным естественным условиям, в соответствии с планом факторного исследования, с использованием двух стендов, один из них, являющийся измерительным, установлен стационарно и снабжен дисковым срезающим устройством с режущим инструментом в виде или одного диска, или группы дисков и тензодатчиками, фиксирующими составляющие сопротивления резанию образцов с выровненной поверхностью, причем диск срезающего устройства используется с различными геометрическими параметрами, такими как угол заострения, форма поверхности, форма режущей кромки, радиус закругления режущей кромки, диаметр и толщина, а второй стенд обеспечивает перемещение жестко закрепленного на нем образца навстречу срезающему устройству для их взаимодействия и осуществления процесса резания, при каждом испытании определяют температуру и влажность окружающего воздуха и температуру образца, а также прочность и плотность образца, регистрацию и обработку составляющих сопротивления резанию проводят с помощью программного обеспечения, на основании полученных компьютерных данных в зависимости от схемы резания блокированной или полублокированной, от расположения срезающего устройства по отношению к разрушаемой горизонтальной или вертикальной поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости горизонтальной FГ, боковой FБ и вертикальной FВ составляющих сопротивления резанию от угла заострения диска срезающего устройства α, диаметра диска d, радиуса закругления r режущей кромки диска, заднего угла диска γ, толщины диска b, формы поверхности диска, формы режущей кромки, глубины внедрения диска в разрабатываемый массив h, шага резания t, скорости резания V, прочности образца Т, плотности образца ρ, температуры окружающего воздуха tокр. возд., влажности воздуха ϕ, гранулометрического состава, причем, исследование влияния одного из параметров проводят при сохранении остальных параметров постоянными, а по построенным на основании полученных данных графическим зависимостям определяют влияние каждого из указанных параметров на значения составляющих сопротивления резанию, определяют оптимальные геометрические параметры дискового срезающего устройства и процесса резания, новым является то, что используют дисковое срезающее устройство, установленное на приводном валу с возможностью вращения, а измерения горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих сопротивления резанию образцов проводят при одновременном вращении дискового срезающего устройства и поступательном движении образца, при этом используют измерительный стенд, который дополнительно снабжен приводом, обеспечивающим вращение дискового срезающего устройства, датчиком контроля скорости вращения, фиксирующим частоту вращения дискового срезающего устройства, и датчиком крутящего момента, фиксирующим крутящий момент на приводном валу.The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils, including the preparation of samples from the natural environment or simulating it, or with different particle size distributions, the samples are kept in a freezer before measurements begin to stabilize their temperature, Measurements of the horizontal, vertical and lateral components of cutting resistance are carried out in a freezer with the ability to maintain a constant temperature and provide a wide range of temperatures and air humidity to approach possible natural conditions, in accordance with the factorial study plan, using two stands, one of them, which is a measuring one, is installed permanently and is equipped with a disk shearing device with a cutting tool in the form of either a single disk or a group of disks and strain gauges that record the components of the cutting resistance of samples with a leveled surface, and the disk of the shearing device is used with various geometric parameters, such as sharpening angle, shape surface, the shape of the cutting edge, the radius of curvature of the cutting edge, diameter and thickness, and the second stand ensures the movement of the sample rigidly fixed on it towards the cutting device for their interaction and implementation of the cutting process, during each test the temperature and humidity of the surrounding air and the temperature of the sample are determined, and also, the strength and density of the sample, registration and processing of cutting resistance components are carried out using software; based on the obtained computer data, depending on the cutting pattern, blocked or semi-blocked, on the location of the cutting device in relation to the destroyed horizontal or vertical surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependences of the horizontal F G , lateral F B and vertical F B components of cutting resistance on the sharpening angle of the cutting device disk α, disk diameter d, radius of curvature r of the cutting edge of the disk, rear angle of the disk γ, disk thickness b, shape of the disk surface, shape cutting edge, depth of penetration of the disk into the mass being developed h, cutting step t, cutting speed V, sample strength T, sample density ρ, ambient air temperature t ambient. air , air humidity ϕ, granulometric composition, moreover, the study of the influence of one of the parameters is carried out while keeping the other parameters constant, and from the graphical dependencies constructed on the basis of the data obtained, the influence of each of the specified parameters on the values of the cutting resistance components is determined, and the optimal geometric parameters of the disk shearing device are determined and the cutting process, what is new is that they use a disk shearing device installed on the drive shaft with the possibility of rotation, and measurements of the horizontal, vertical and lateral components of the cutting resistance of samples are carried out with simultaneous rotation of the disk shearing device and translational movement of the sample, while using a measuring stand , which is additionally equipped with a drive that ensures rotation of the disk shearing device, a rotation speed control sensor that records the rotation speed of the disk shear device, and a torque sensor that records the torque on the drive shaft.

Согласно изобретению, дополнительно используют дисковое срезающее устройство, содержащее установленное на приводном валу центральное основание с равномерно расположенными по периметру свободно вращающимися на осях дисками, образующими наружный диаметр срезающего устройства D и расположенными с определенным задним углом γ, при этом дополнительно проводят измерения составляющих сопротивления резанию в зависимости от изменения схемы расстановки дисков и заднего угла установки дисков.According to the invention, a disk shearing device is additionally used, containing a central base mounted on the drive shaft with disks evenly spaced along the perimeter, freely rotating on axes, forming the outer diameter of the shearing device D and located with a certain rear angle γ, while additionally measuring the components of the cutting resistance in depending on changes in the disk arrangement pattern and the rear angle of disk installation.

Согласно изобретению, дополнительно проводят измерения составляющих сопротивления резанию в зависимости от изменения частоты вращения дискового срезающего устройства.According to the invention, the components of cutting resistance are additionally measured depending on changes in the rotation speed of the disk shearing device.

Согласно изобретению, дополнительно проводят измерение крутящего момента М на приводном валу дискового срезающего устройства.According to the invention, the torque M on the drive shaft of the disk shearing device is additionally measured.

Согласно изобретению, на основании полученных компьютерных данных для блокированной или полублокированной схем резания, при горизонтальном или вертикальном расположении дискового срезающего устройства к разрушаемой поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости горизонтальной FГ, боковой FБ и вертикальной FВ составляющих сопротивления резанию от частоты вращения со дискового срезающего устройства, при этом угол заострения диска или дисков срезающего устройства α=const, диаметр диска или дисков срезающего устройства d=const, диаметр срезающего устройства D=const, радиус закругления режущей кромки диска или дисков срезающего устройства r=const, задний угол дисков срезающего устройства γ=const, толщина диска или дисков срезающего устройства b=const, форма поверхности диска или дисков срезающего устройства const, форма режущей кромки диска или дисков срезающего устройства const, глубина внедрения диска или дисков срезающего устройства в разрабатываемый массив h=const, шаг резания t=const, скорость резания образца V=const, прочность образца Т=const, плотность образца ρ=const, температура окружающего воздуха tокp.возд.=const, влажность воздуха ϕ=const, гранулометрический состав const, схема расстановки дисков срезающего устройства=const, а по графическим зависимостям определяют влияние частоты вращения ω дискового срезающего устройства на значения составляющих сопротивления резанию.According to the invention, based on the obtained computer data for blocked or semi-blocked cutting schemes, with a horizontal or vertical arrangement of the disk shearing device to the destroyed surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependences of the horizontal F G , lateral F B and vertical F B components of cutting resistance are constructed from rotation speed from the disk shearing device, while the sharpening angle of the disk or disks of the shearing device is α=const, the diameter of the disk or disks of the shearing device is d=const, the diameter of the shearing device is D=const, the radius of curvature of the cutting edge of the disk or disks of the shearing device is r=const, rear angle of the cutting device disks γ=const, thickness of the cutting device disk or disks b=const, surface shape of the cutting device disk or disks const, shape of the cutting edge of the cutting device disk or disks const, depth of penetration of the cutting device disk or disks into the array being developed h= const, cutting step t=const, sample cutting speed V=const, sample strength T=const, sample density ρ=const, ambient air temperature t ambient. =const, air humidity ϕ=const, granulometric composition const, arrangement of disks of the cutting device=const, and the influence of the rotation speed ω of the disk cutting device on the values of the cutting resistance components is determined using graphical dependencies.

Согласно изобретению, на основании полученных компьютерных данных для блокированной или полублокированной схем резания, при горизонтальном или вертикальном расположении дискового срезающего устройства к разрушаемой поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости горизонтальной FГ, боковой FБ и вертикальной FВ составляющих сопротивления резанию от схемы расстановки дисков срезающего устройства, при этом частота вращения дискового срезающего устройства ω=const, угол заострения дисков срезающего устройства α=const, диаметр дисков срезающего устройства d=const, диаметр срезающего устройства D=const, радиус закругления режущей кромки дисков срезающего устройства r=const, задний угол дисков срезающего устройства γ=const, толщина дисков срезающего устройства b=const, форма поверхности дисков срезающего устройства const, форма режущей кромки дисков const, глубина внедрения срезающего устройства в разрабатываемый массив h=const, шаг резания t=const, скорость резания образца V=const, прочность образца Т=const, плотность образца ρ=const, температура окружающего воздуха tокр. возд.=const, влажность воздуха ϕ=const, гранулометрический состав const, а по графическим зависимостям определяют влияние схемы расстановки дисков, имитирующих их расположение на рабочем органе строительно-дорожной машины, на значения составляющих сопротивления резанию.According to the invention, based on the obtained computer data for blocked or semi-blocked cutting schemes, with a horizontal or vertical arrangement of the disk shearing device to the destroyed surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependences of the horizontal F G , lateral F B and vertical F B components of cutting resistance are constructed from diagrams for arranging the disks of the shearing device, with the rotational speed of the disk shearing device ω=const, the sharpening angle of the disks of the shearing device α=const, the diameter of the disks of the shearing device d=const, the diameter of the shearing device D=const, the radius of curvature of the cutting edge of the disks of the shearing device r= const, rear angle of the cutting device disks γ=const, thickness of the cutting device disks b=const, shape of the surface of the cutting device disks const, shape of the cutting edge of the disks const, depth of penetration of the cutting device into the developed array h=const, cutting step t=const, speed sample cutting V=const, sample strength T=const, sample density ρ=const, ambient air temperature t ambient. air =const, air humidity ϕ=const, granulometric composition const, and from graphical dependencies the influence of the arrangement of disks, simulating their location on the working body of a road construction machine, on the values of cutting resistance components is determined.

Согласно изобретению, на основании полученных компьютерных данных для блокированной или полублокированной схем резания, при горизонтальном или вертикальном расположении дискового срезающего устройства к разрушаемой поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости крутящего момента М от схемы расстановки дисков срезающего устройства, частоты вращения дискового срезающего устройства ω, угла заострения диска или дисков срезающего устройства α, диаметра диска или дисков срезающего устройства d, диаметра срезающего устройства D, радиуса закругления режущей кромки диска или дисков срезающего устройства r, заднего угла дисков срезающего устройства γ, толщины диска или дисков срезающего устройства b, формы поверхности диска или дисков срезающего устройства, формы режущей кромки диска или дисков срезающего устройства, глубины внедрения диска или срезающего устройства в разрабатываемый массив h, шага резания t, скорости резания образца V, прочности образца Т, плотности образца ρ, температуры окружающего воздуха tокр. возд., влажности воздуха ϕ, гранулометрического состава образца, а по графическим зависимостям определяют влияние этих параметров на значения крутящего момента М.According to the invention, based on the obtained computer data for blocked or semi-blocked cutting patterns, with a horizontal or vertical arrangement of the disk shearing device to the fractured surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependences of the torque M on the arrangement of the disks of the shearing device and the rotational speed of the disk shearing device are constructed ω, angle of sharpening of the disk or disks of the shearing device α, diameter of the disk or disks of the shearing device d, diameter of the shearing device D, radius of curvature of the cutting edge of the disk or disks of the shearing device r, rear angle of the disks of the shearing device γ, thickness of the disk or disks of the shearing device b, the shape of the surface of the disk or disks of the cutting device, the shape of the cutting edge of the disk or disks of the cutting device, the depth of penetration of the disk or cutting device into the array being developed h, the cutting step t, the cutting speed of the sample V, the strength of the sample T, the density of the sample ρ, the ambient air temperature t ambient . air , air humidity ϕ, particle size distribution of the sample, and the influence of these parameters on the values of torque M is determined using graphical dependencies.

Для пояснения способа представлены двухмерные графические зависимости составляющих сопротивление резания (горизонтальная FГ, боковая FБ, вертикальная FВ) от шага резания t и глубины внедрения h дискового срезающего устройства в разрабатываемый массив, полученные при полублокированной схеме резания при горизонтальном расположении дискового срезающего устройства по отношению к разрабатываемой поверхности образца изо льда, где:To explain the method, two-dimensional graphical dependences of the components of cutting resistance (horizontal FG , lateral FB , vertical FB ) on the cutting step t and the depth of penetration h of the disk shearing device into the developed array are presented, obtained with a semi-blocked cutting pattern with a horizontal arrangement of the disk shearing device along in relation to the developed surface of the ice sample, where:

фиг.1 - зависимость горизонтальной составляющей усилия резания FГ от шага резания t и глубины внедрения h дискового срезающего устройства в разрабатываемый массив: скорость резания V=315 мм/мин; частота вращения дискового срезающего устройства ω=200 об/мин; диаметр дискового срезающего устройства D=300 мм.; диаметр дисков срезающего устройства d=50 мм.; радиус закругления режущей кромки дисков срезающего устройства r=0°; задний угол дисков срезающего устройства γ=5°; толщина дисков срезающего устройства b=10 мм.; форма поверхности дисков срезающего устройства - усеченный конус, прямой спуск; форма режущей кромки дисковых резцов срезающего устройства - гладкая; прочность образца льда Т=3,35 МПа; плотность образца ρ=0,9 г/см3; температура окружающего воздуха tокр. возд.=-7°; влажность воздуха ϕ=80%; гранулометрический составе - однородный (без инородных включений).Fig.1 - dependence of the horizontal component of the cutting force F Г on the cutting step t and the depth of penetration h of the disk shearing device into the array being developed: cutting speed V=315 mm/min; rotation speed of the disk shearing device ω=200 rpm; diameter of the disk shearing device D=300 mm; diameter of cutting device disks d=50 mm; radius of curvature of the cutting edge of the cutting device disks r=0°; rear angle of the cutting device disks γ=5°; thickness of the cutting device discs b=10 mm; the shape of the surface of the cutting device disks is a truncated cone, straight descent; the shape of the cutting edge of the disc cutters of the cutting device is smooth; ice sample strength T=3.35 MPa; sample density ρ=0.9 g/cm 3 ; ambient air temperature t amb. air =-7°; air humidity ϕ=80%; granulometric composition - homogeneous (without foreign inclusions).

фиг. 2 - зависимость боковой составляющей усилия резания FБ от шага резания t и глубины внедрения h дискового срезающего устройства в разрабатываемый массив: скорость резания V=315 мм/мин; частота вращения дискового срезающего устройства ω=200 об/мин; диаметр дискового срезающего устройства D=300 мм.; диаметр дисков срезающего устройства d=50 мм.; радиус закругления режущей кромки дисков срезающего устройства r=0°; задний угол дисков срезающего устройства γ=5°; толщина дисков срезающего устройства b=10 мм.; форма поверхности дисков срезающего устройства - усеченный конус, прямой спуск; форма режущей кромки дисков срезающего устройства - гладкая; прочность образца льда Т=3,35 МПа; плотность образца ρ=0,9 г/см3; температура окружающего воздуха tокр. возд.=-7°; влажность воздуха ϕ - 80%; гранулометрический составе - однородный (без инородных включений).fig. 2 - dependence of the lateral component of the cutting force F B on the cutting step t and the penetration depth h of the disk shearing device into the mass being developed: cutting speed V = 315 mm/min; rotation speed of the disk shearing device ω=200 rpm; diameter of the disk shearing device D=300 mm; diameter of cutting device disks d=50 mm; radius of curvature of the cutting edge of the cutting device disks r=0°; rear angle of the cutting device disks γ=5°; thickness of the cutting device discs b=10 mm; the shape of the surface of the cutting device disks is a truncated cone, straight descent; the shape of the cutting edge of the cutting device discs is smooth; ice sample strength T=3.35 MPa; sample density ρ=0.9 g/cm 3 ; ambient air temperature t amb. air =-7°; air humidity ϕ - 80%; granulometric composition - homogeneous (without foreign inclusions).

фиг. 3 - зависимость вертикальной составляющей усилия резания FВ от шага резания t и глубины внедрения h дискового срезающего устройства в разрабатываемый массив: скорость резания V=315 мм/мин; частота вращения дискового срезающего устройства ЭЦ=200 об/мин; диаметр дискового срезающего устройства D=300 мм.; диаметр дисков срезающего устройства d=50 мм; радиус закругления режущей кромки дисков срезающего устройства r=0°; задний угол дисков срезающего устройства γ=5°; толщина дисков срезающего устройства b=10 мм.; форма поверхности дисков срезающего устройства - усеченный конус, прямой спуск; форма режущей кромки дисков срезающего устройства - гладкая; прочность образца льда Т=3,35 МПа; плотность образца ρ=0,9 г/см3; температура окружающего воздуха tокр. возд.=-7°; влажность воздуха ϕ=80%; гранулометрический составе - однородный (без инородных включений).fig. 3 - dependence of the vertical component of the cutting force F B on the cutting step t and the penetration depth h of the disk shearing device into the mass being developed: cutting speed V = 315 mm/min; rotation speed of the disk shearing device EC=200 rpm; diameter of the disk shearing device D=300 mm; diameter of cutting device disks d=50 mm; radius of curvature of the cutting edge of the cutting device disks r=0°; rear angle of the cutting device disks γ=5°; thickness of the cutting device discs b=10 mm; the shape of the surface of the cutting device disks is a truncated cone, straight descent; the shape of the cutting edge of the cutting device discs is smooth; ice sample strength T=3.35 MPa; sample density ρ=0.9 g/cm 3 ; ambient air temperature t amb. air =-7°; air humidity ϕ=80%; granulometric composition - homogeneous (without foreign inclusions).

Способ определения сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов осуществляют следующим образом.The method for determining the cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils is carried out as follows.

Предварительно осуществляют вырезание образцов из естественной среды, в качестве которых могут быть: уплотненный снег, находящийся на дорожном покрытии, природный лед из водоема, мерзлый грунт.First, samples are cut out from the natural environment, which can be: compacted snow on the road surface, natural ice from a reservoir, frozen soil.

Также предварительно может быть подготовлен образец снежно-ледяных образований определенного гранулометрического состава за счет добавления гравия, грунта, песка и т.д.A sample of snow and ice formations of a certain granulometric composition can also be preliminarily prepared by adding gravel, soil, sand, etc.

Образец помещают в морозильную камеру, в которой установлено стендовое оборудование.The sample is placed in a freezer in which bench equipment is installed.

В морозильной камере выставляют требуемую для исследования температура.The temperature required for the study is set in the freezer.

Подготовленные образцы выдерживают в морозильной камере в течение 48 ч, с целью стабилизации температуры образца.The prepared samples are kept in a freezer for 48 hours in order to stabilize the sample temperature.

Перед проведением эксперимента определяют плотность, твердость с использованием твердомера и температура образца.Before the experiment, the density, hardness using a hardness meter and the temperature of the sample are determined.

Перед проведением эксперимента определяют влажность окружающего воздуха.Before the experiment, determine the humidity of the surrounding air.

Перед проведением эксперимента определяют температуру в морозильной камере, которая принимается за температуру окружающего воздуха.Before conducting the experiment, determine the temperature in the freezer, which is taken as the ambient temperature.

При исследовании влияния положения (горизонтально, вертикально) дискового срезающего устройства по отношению к обрабатываемой поверхности образца, поочередно изменяют положение дискового срезающего устройства, и эксперимент проводят сериями.When studying the influence of the position (horizontally, vertically) of the disk shearing device in relation to the processed surface of the sample, the position of the disk shearing device is alternately changed, and the experiment is carried out in series.

При исследовании влияния схемы резания образца (блокированная, полублокированная) дисковым срезающим устройством, поочередно изменяют положение срезающего устройства по отношению к образцуWhen studying the influence of the sample cutting pattern (blocked, semi-blocked) with a disk shearing device, alternately change the position of the shearing device in relation to the sample

При исследовании влияния угла заострения диска или дисков срезающего устройства α, поочередно использую диски с разными углами заострения.When studying the influence of the sharpening angle of the disk or disks of the cutting device α, I alternately use disks with different sharpening angles.

При исследовании влияния диаметра диска поочередно устанавливают диски разного диаметра.When studying the influence of disk diameter, disks of different diameters are installed one by one.

При исследовании влияния диаметра дискового срезающего устройства поочередно устанавливают на срезающее устройство диски разного диаметра.When studying the effect of the diameter of a disk shearing device, disks of different diameters are alternately installed on the shearing device.

При исследовании влияния глубины внедрения диска и/или дискового срезающего устройства в разрабатываемый массив h поочередно устанавливают различную глубину внедрения диска и/или дискового срезающего устройства в разрабатываемый массив.When studying the influence of the depth of penetration of the disk and/or disk cutting device into the array under development h, different depths of penetration of the disk and/or disk cutting device into the array under development are alternately set.

При исследовании влияния радиуса r закругления режущей кромки диска, поочередно устанавливают диски с разным радиусом закругления режущей кромки.When studying the influence of the radius r of curvature of the cutting edge of a disk, disks with different radii of curvature of the cutting edge are installed one by one.

При исследовании влияния заднего угла диска γ, поочередно диски устанавливают с разным задним углом.When studying the influence of the rear angle of the disk γ, the disks are installed alternately with different rear angles.

При исследовании влияния толщины диска b, поочередно устанавливают диски разной толщины.When studying the influence of disk thickness b, disks of different thicknesses are installed alternately.

При исследовании влияния формы поверхности диска, поочередно устанавливают диски с различной формой поверхности.When studying the influence of the disk surface shape, disks with different surface shapes are installed one by one.

При исследовании влияния формы режущей кромки диска, поочередно устанавливают диски с различной формой режущей кромки.When studying the influence of the shape of the cutting edge of a disk, discs with different cutting edge shapes are installed one by one.

При исследовании влияния шага резания t, поочередно происходит резание с различными значениями шага резания t.When studying the influence of the cutting step t, cutting occurs alternately with different values of the cutting step t.

При исследовании влияния скорости перемещения (резания) образца V, поочередно задают различные скорости перемещения (резания) образца V.When studying the influence of the movement (cutting) speed of sample V, different speeds of movement (cutting) of sample V are set one by one.

При исследовании влияния прочности образца Т, поочередно для эксперимента используют образцы различной прочности Т.When studying the influence of sample strength T, samples of different strength T are used alternately for the experiment.

При исследовании влияния плотности образца ρ, поочередно для эксперимента используют образцы различной плотности ρ.When studying the influence of sample density ρ, samples of different densities ρ are used alternately for the experiment.

При исследовании влияния температуры окружающего воздуха tокр. возд., поочередно при эксперименте задают различные значения температуры окружающего воздуха.When studying the influence of ambient temperature t av . air , alternately during the experiment, different values of the ambient air temperature are set.

При исследовании влияния влажности воздуха ϕ, поочередно при эксперименте задают различные значения влажности воздуха ϕ.When studying the influence of air humidity ϕ, different values of air humidity ϕ are set alternately during the experiment.

При исследовании влияния гранулометрического состава образца, поочередно при эксперименте используют образцы разного гранулометрического состава.When studying the influence of the particle size distribution of a sample, samples of different particle size distributions are used alternately during the experiment.

При исследовании влияния частоты вращения ω диска и/или дискового срезающего устройства, поочередно изменяют частоту вращения ω.When studying the influence of the rotation speed ω of the disk and/or the disk shearing device, the rotation speed ω is alternately changed.

При исследовании схемы расстановки дисков на рабочем органе строительно-дорожной машины поочередно изменяют схемы расстановки дисков на срезающем устройстве.When studying the arrangement of disks on the working body of a road construction machine, the arrangement of disks on the cutting device is alternately changed.

На стационарно установленный стенд для измерения сопротивлений резанию закрепляют диск или дисковое срезающее устройство с группой дисков.A disk or disk shearing device with a group of disks is attached to a permanently installed stand for measuring cutting resistance.

Образец закрепляют на столе второго стенда, обеспечивающего перемещение образца в направлении диска или дискового срезающего устройства.The sample is fixed on the table of the second stand, which ensures movement of the sample in the direction of the disk or disk shearing device.

Устанавливают необходимое расположение (горизонтально/вертикально) диска или дискового срезающего устройства относительно разрушаемой поверхности образцаSet the required location (horizontally/vertically) of the disk or disk shearing device relative to the sample surface being destroyed

Устанавливают необходимый задний угол диска или дисков срезающего устройства.Set the required rear angle of the cutting device disk or disks.

С помощью поднятия стола стенда выставляют необходимый шаг резания.By raising the stand table, the required cutting step is set.

Перемещением стола стенда вправо/влево выставляют необходимую схему резания (блокированная/полублокированная), перемещением вверх/вниз выставляют необходимую глубину внедрения диска или дискового срезающего устройства в образец.By moving the stand table to the right/left, the required cutting pattern (blocked/semi-blocked) is set; by moving up/down, the required depth of insertion of the disk or disk cutting device into the sample is set.

На стенде для измерения сопротивлений резанию включают привод вращения диска или дискового срезающего устройства, устанавливают необходимую частоту вращения.At the stand for measuring cutting resistance, the rotation drive of the disk or disk shearing device is turned on, and the required rotation speed is set.

На стенде, осуществляющем перемещение образца, задают необходимую скорость перемещения (резания) образца.On the stand that moves the sample, the required speed of movement (cutting) of the sample is set.

Запускают программу «LGraph2» в режиме регистрации данных.Launch the “LGraph2” program in data recording mode.

В процессе резания образца регистрируют горизонтальную, вертикальную и боковую составляющие сопротивление резанию образца, в виде осциллограмм с показаниями от каждой тензометрической балки стационарного измерительного стенда, а также частота вращения и крутящий момент.During the cutting process of the sample, the horizontal, vertical and lateral components of the cutting resistance of the sample are recorded in the form of oscillograms with readings from each strain gauge beam of a stationary measuring stand, as well as rotational speed and torque.

По окончании процесса резания стенд, осуществляющий перемещение образца, отключают, зарегистрированные данные сохраняют на ПК.At the end of the cutting process, the stand that moves the sample is turned off, and the recorded data is saved on a PC.

На следующем этапе измерений сопротивления резанию снова определяют плотность, прочность, температура образца, влажность и температура окружающего воздуха, выбирают диск или диски срезающего устройства с необходимым диаметром, углом заострения, толщиной, радиусом закругления режущей кромки, формой поверхности режущей кромки, задаются задний угол диска или дисков срезающего устройства, глубина внедрения диска или дискового срезающего устройства в образец, шаг резания, скорость резания, частота вращения диска или дискового срезающего устройства, схема расстановки дисков на дисковом срезающем устройстве, процесс резания повторяют.At the next stage of measuring cutting resistance, the density, strength, temperature of the sample, humidity and ambient temperature are again determined, the disk or disks of the cutting device with the required diameter, point angle, thickness, radius of curvature of the cutting edge, shape of the cutting edge surface are selected, and the clearance angle of the disk is set or disks of the shearing device, the depth of penetration of the disk or disk shearing device into the sample, cutting step, cutting speed, rotation speed of the disk or disk shearing device, arrangement of disks on the disk shearing device, the cutting process is repeated.

Обработку данных проводят при помощи программного обеспечения PowerGraph и Matlab. Компьютерные осциллограммы обрабатывают по пиковым и средним значениям в момент скола материала образца.Data processing is carried out using PowerGraph and Matlab software. Computer oscillograms are processed based on peak and average values at the moment of cleavage of the sample material.

На основании полученных данных строят указанные графические зависимости, по которым определяют влияние параметров на значения составляющих сопротивления резанию.Based on the data obtained, the indicated graphical dependencies are constructed, from which the influence of the parameters on the values of the cutting resistance components is determined.

Полученные данные могут быть использованы в автоматических системах управления рабочими органами строительно-дорожных машин, при эксплуатации существующих рабочих органов строительно-дорожных машин и проектировании новых.The obtained data can be used in automatic control systems for the working bodies of road construction machines, during the operation of existing working bodies of road construction machines and in the design of new ones.

Claims (7)

1. Способ определения сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов, включающий подготовку образцов из естественной среды или имитирующих ее, или с разным гранулометрическим составом, при этом образцы выдерживают в морозильной камере до начала измерений для стабилизации их температуры, проведение измерений горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих сопротивления резанию осуществляют в морозильной камере с возможностью сохранения постоянной температуры и обеспечения широкого диапазона температур и влажности воздуха для приближения к возможным естественным условиям, в соответствии с планом факторного исследования, с использованием двух стендов, один из них, являющийся измерительным, установлен стационарно и снабжен дисковым срезающим устройством с режущим инструментом в виде или одного диска, или группы дисков и тензодатчиками, фиксирующими составляющие сопротивления резанию образцов с выровненной поверхностью, причем диск срезающего устройства используется с различными геометрическими параметрами, такими как угол заострения, форма поверхности, форма режущей кромки, радиус закругления режущей кромки, диаметр и толщина, а второй стенд обеспечивает перемещение жестко закрепленного на нем образца навстречу срезающему устройству для их взаимодействия и осуществления процесса резания, при каждом испытании определяют температуру и влажность окружающего воздуха и температуру образца, а также прочность и плотность образца, регистрацию и обработку составляющих сопротивления резанию проводят с помощью программного обеспечения, на основании полученных компьютерных данных в зависимости от схемы резания блокированной или полублокированной, от расположения срезающего устройства по отношению к разрушаемой горизонтальной или вертикальной поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости горизонтальной FГ, боковой FБ и вертикальной FВ составляющих сопротивления резанию от угла заострения диска срезающего устройства α, диаметра диска d, радиуса закругления r режущей кромки диска, заднего угла диска γ, толщины диска b, формы поверхности диска, формы режущей кромки, глубины внедрения диска в разрабатываемый массив h, шага резания t, скорости резания V, прочности образца Т, плотности образца ρ, температуры окружающего воздуха tокр. возд., влажности воздуха ϕ, гранулометрического состава, причем исследование влияния одного из параметров проводят при сохранении остальных параметров постоянными, а по построенным на основании полученных данных графическим зависимостям определяют влияние каждого из указанных параметров на значения составляющих сопротивления резанию, определяют оптимальные геометрические параметры дискового срезающего устройства и процесса резания, отличающийся тем, что используют дисковое срезающее устройство, установленное на приводном валу с возможностью вращения, а измерения горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих сопротивления резанию образцов проводят при одновременном вращении дискового срезающего устройства и поступательном движении образца, при этом используют измерительный стенд, который дополнительно снабжен приводом, обеспечивающим вращение дискового срезающего устройства, датчиком контроля скорости вращения, фиксирующим частоту вращения дискового срезающего устройства, и датчиком крутящего момента, фиксирующим крутящий момент на приводном валу.1. A method for determining the cutting resistance of snow and ice formations and frozen soils, including preparing samples from the natural environment or simulating it, or with different particle size distributions, while the samples are kept in a freezer before starting measurements to stabilize their temperature, taking measurements of horizontal, vertical and lateral components of cutting resistance are carried out in a freezer with the ability to maintain a constant temperature and provide a wide range of temperatures and air humidity to approach possible natural conditions, in accordance with the factorial study plan, using two stands, one of them, which is a measuring stand, is installed permanently and is equipped with a disk shearing device with a cutting tool in the form of either a single disk or a group of disks and strain gauges that record the components of the cutting resistance of samples with a leveled surface, and the disk of the shearing device is used with various geometric parameters, such as the sharpening angle, the shape of the surface, the shape of the cutting edge , radius of curvature of the cutting edge, diameter and thickness, and the second stand ensures the movement of the sample rigidly fixed on it towards the cutting device for their interaction and implementation of the cutting process; during each test, the temperature and humidity of the ambient air and the temperature of the sample are determined, as well as the strength and density of the sample , registration and processing of cutting resistance components is carried out using software; based on the obtained computer data, depending on the cutting pattern, blocked or semi-blocked, on the location of the cutting device in relation to the destroyed horizontal or vertical surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependences of the horizontal F are constructed G , lateral F B and vertical F B components of cutting resistance from the sharpening angle of the cutting device disk α, disk diameter d, radius of curvature r of the cutting edge of the disk, rear angle of the disk γ, disk thickness b, disk surface shape, cutting edge shape, penetration depth disk into the array being developed h, cutting step t, cutting speed V, sample strength T, sample density ρ, ambient air temperature t ambient. air , air humidity ϕ, granulometric composition, and the study of the influence of one of the parameters is carried out while keeping the other parameters constant, and from the graphical dependencies constructed on the basis of the obtained data, the influence of each of these parameters on the values of the cutting resistance components is determined, the optimal geometric parameters of the disk shearing device are determined and cutting process, characterized in that they use a disk shearing device installed on the drive shaft with the possibility of rotation, and measurements of the horizontal, vertical and lateral components of the cutting resistance of the samples are carried out with simultaneous rotation of the disk shearing device and the translational movement of the sample, using a measuring stand that additionally equipped with a drive that ensures rotation of the disk shearing device, a rotation speed control sensor that records the rotation speed of the disk shear device, and a torque sensor that records the torque on the drive shaft. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно используют дисковое срезающее устройство, содержащее установленное на приводном валу центральное основание с равномерно расположенными по периметру свободно вращающимися на осях дисками, образующими наружный диаметр срезающего устройства D и расположенными с определенным задним углом γ, при этом дополнительно проводят измерения составляющих сопротивления резанию в зависимости от изменения схемы расстановки дисков и заднего угла установки дисков.2. The method according to claim 1, characterized in that they additionally use a disk shearing device containing a central base mounted on the drive shaft with disks evenly spaced along the perimeter, freely rotating on axes, forming the outer diameter of the shearing device D and located with a certain rear angle γ, in this case, additional measurements of the components of cutting resistance are carried out depending on changes in the arrangement of disks and the rear angle of installation of disks. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно проводят измерения составляющих сопротивления резанию в зависимости от изменения частоты вращения дискового срезающего устройства.3. Method according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that they additionally measure the components of cutting resistance depending on changes in the rotation speed of the disk shearing device. 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно проводят измерение крутящего момента на приводном валу дискового срезающего устройства.4. Method according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that they additionally measure the torque on the drive shaft of the disk shearing device. 5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на основании полученных компьютерных данных для блокированной или полублокированной схем резания, при горизонтальном или вертикальном расположении дискового срезающего устройства к разрушаемой поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости горизонтальной FГ, боковой FБ и вертикальной FВ составляющих сопротивления резанию от частоты вращения ω дискового срезающего устройства, при этом угол заострения диска или дисков срезающего устройства α=const, диаметр диска или дисков срезающего устройства d=const, диаметр срезающего устройства D=const, радиус закругления режущей кромки диска или дисков срезающего устройства r=const, задний угол дисков срезающего устройства γ=const, толщина диска или дисков срезающего устройства b=const, форма поверхности диска или дисков срезающего устройства const, форма режущей кромки диска или дисков срезающего устройства const, глубина внедрения диска или дисков срезающего устройства в разрабатываемый массив h=const, шаг резания t=const, скорость резания образца V=const, прочность образца Т=const, плотность образца ρ=const, температура окружающего воздуха tокр. возд.=const, влажность воздуха ϕ=const, гранулометрический состав const, схема расстановки дисков срезающего устройства=const, а по графическим зависимостям определяют влияние частоты вращения ω дискового срезающего устройства на значения составляющих сопротивления резанию.5. Method according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that, based on the obtained computer data for blocked or semi-blocked cutting schemes, with a horizontal or vertical arrangement of the disk shearing device to the destroyed surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependencies of horizontal F G , lateral F B and vertical F are constructed In the components of cutting resistance from the rotational speed ω of the disk shearing device, while the sharpening angle of the disk or disks of the shearing device is α=const, the diameter of the disk or disks of the shearing device is d=const, the diameter of the shearing device is D=const, the radius of curvature of the cutting edge of the disk or disks of the shearing device device r=const, rear angle of the cutting device disks γ=const, thickness of the cutting device disk or disks b=const, surface shape of the cutting device disk or disks const, shape of the cutting edge of the cutting device disk or disks const, penetration depth of the cutting device disk or disks into the array under development h=const, cutting step t=const, sample cutting speed V=const, sample strength T=const, sample density ρ=const, ambient air temperature t ambient. air =const, air humidity ϕ=const, granulometric composition const, arrangement of disks of the cutting device=const, and the influence of the rotation speed ω of the disk cutting device on the values of the cutting resistance components is determined using graphical dependencies. 6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что на основании полученных компьютерных данных для блокированной или полублокированной схем резания, при горизонтальном или вертикальном расположении дискового срезающего устройства к разрушаемой поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости горизонтальной FГ, боковой FБ и вертикальной FВ составляющих сопротивления резанию от схемы расстановки дисков срезающего устройства, при этом частота вращения дискового срезающего устройства ω=const, угол заострения дисков срезающего устройства α=const, диаметр дисков срезающего устройства d=const, диаметр срезающего устройства D=const, радиус закругления режущей кромки дисков срезающего устройства r=const, задний угол дисков срезающего устройства γ=const, толщина дисков срезающего устройства b=const, форма поверхности дисков срезающего устройства const, форма режущей кромки дисков const, глубина внедрения срезающего устройства в разрабатываемый массив h=const, шаг резания t=const, скорость резания образца V=const, прочность образца Т=const, плотность образца ρ=const, температура окружающего воздуха tокр. возд.=const, влажность воздуха ϕ=const, гранулометрический состав const, а по графическим зависимостям определяют влияние схемы расстановки дисков, имитирующих их расположение на рабочем органе строительно-дорожной машины, на значения составляющих сопротивления резанию.6. The method according to claim 2, characterized in that, based on the obtained computer data for blocked or semi-blocked cutting patterns, with a horizontal or vertical arrangement of the disk shearing device to the destroyed surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependences of horizontal F Г , lateral F B and vertical F B components of cutting resistance from the arrangement of the disks of the shearing device, with the rotational speed of the disk shearing device ω=const, the sharpening angle of the disks of the shearing device α=const, the diameter of the disks of the shearing device d=const, the diameter of the shearing device D=const, radius of curvature of the cutting edge of the cutting device disks r=const, rear angle of the cutting device disks γ=const, thickness of the cutting device disks b=const, surface shape of the cutting device disks const, shape of the cutting edge of the disks const, depth of penetration of the shearing device into the developed array h= const, cutting step t=const, sample cutting speed V=const, sample strength T=const, sample density ρ=const, ambient temperature t ambient. air =const, air humidity ϕ=const, granulometric composition const, and from graphical dependencies the influence of the arrangement of disks, simulating their location on the working body of a road construction machine, on the values of cutting resistance components is determined. 7. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на основании полученных компьютерных данных для блокированной или полублокированной схем резания, при горизонтальном или вертикальном расположении дискового срезающего устройства к разрушаемой поверхности образца строят двумерные и/или трехмерные графические зависимости крутящего момента М от схемы расстановки дисков срезающего устройства, частоты вращения дискового срезающего устройства ω, угла заострения диска или дисков срезающего устройства α, диаметра диска или дисков срезающего устройства d, диаметра срезающего устройства D, радиуса закругления режущей кромки диска или дисков срезающего устройства r, заднего угла дисков срезающего устройства γ, толщины диска или дисков срезающего устройства b, формы поверхности диска или дисков срезающего устройства, формы режущей кромки диска или дисков срезающего устройства, глубины внедрения диска или срезающего устройства в разрабатываемый массив h, шага резания t, скорости резания образца V, прочности образца Т, плотности образца ρ, температуры окружающего воздуха tокp.возд., влажности воздуха ϕ, гранулометрического состава образца, а по графическим зависимостям определяют влияние этих параметров на значения крутящего момента М.7. Method according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that, based on the obtained computer data for blocked or semi-blocked cutting patterns, with a horizontal or vertical arrangement of the disk shearing device to the destroyed surface of the sample, two-dimensional and/or three-dimensional graphical dependences of the torque M on the arrangement of the disks of the shearing device are constructed, rotational speed of the disk shearing device ω, the sharpening angle of the disk or disks of the shearing device α, the diameter of the disk or disks of the shearing device d, the diameter of the shearing device D, the radius of curvature of the cutting edge of the disk or disks of the shearing device r, the rear angle of the disks of the shearing device γ, the thickness of the disk or disks of the shearing device b, surface shape of the disk or disks of the shearing device, shape of the cutting edge of the disk or disks of the shearing device, depth of penetration of the disk or shearing device into the array being developed h, cutting step t, cutting speed of the sample V, strength of the sample T, density of the sample ρ, ambient air temperature t okp.air. , air humidity ϕ, particle size distribution of the sample, and the influence of these parameters on the values of torque M is determined using graphical dependencies.
RU2023112456A 2023-05-11 Method of determining cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils RU2815529C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2815529C1 true RU2815529C1 (en) 2024-03-18

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU518686A1 (en) * 1974-03-11 1976-06-25 Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Красноярский Промстройниипроект" Wear Tester
SU879397A1 (en) * 1980-02-22 1981-11-07 Брянский технологический институт Method of tool wear degree determination
SU1696697A1 (en) * 1989-06-05 1991-12-07 Ленинградский горный институт им.Г.В.Плеханова Method for determining rock cutting resistance
DE9305794U1 (en) * 1993-04-17 1993-06-17 DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH, 4630 Bochum Measuring device for the cutting force of notched chisels
CN204085754U (en) * 2014-06-16 2015-01-07 合肥晶弘电器有限公司 A kind of universal testing machine measuring cutting dynamics
RU2540444C2 (en) * 2012-08-31 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide tool durability
RU2556141C1 (en) * 2014-04-23 2015-07-10 Виктор Федорович Кулепов Device for cleaning of paving from ice and condensed snow

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU518686A1 (en) * 1974-03-11 1976-06-25 Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Красноярский Промстройниипроект" Wear Tester
SU879397A1 (en) * 1980-02-22 1981-11-07 Брянский технологический институт Method of tool wear degree determination
SU1696697A1 (en) * 1989-06-05 1991-12-07 Ленинградский горный институт им.Г.В.Плеханова Method for determining rock cutting resistance
DE9305794U1 (en) * 1993-04-17 1993-06-17 DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH, 4630 Bochum Measuring device for the cutting force of notched chisels
RU2540444C2 (en) * 2012-08-31 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide tool durability
RU2556141C1 (en) * 2014-04-23 2015-07-10 Виктор Федорович Кулепов Device for cleaning of paving from ice and condensed snow
CN204085754U (en) * 2014-06-16 2015-01-07 合肥晶弘电器有限公司 A kind of universal testing machine measuring cutting dynamics

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Effects of joints on the cutting behavior of disc cutter running on the jointed rock mass
US5670711A (en) Portable rock strength evaluation device
Entacher et al. Rock failure and crack propagation beneath disc cutters
CN104833556B (en) The preparation method and its sampling die of rock mass of fracture network sample
Adachi et al. Determination of rock strength parameters from cutting tests
EP2639569A1 (en) Acoustic emission toughness testing for pdc, pcbn, or other hard or superhard materials
AU2013246743A1 (en) Method for determining geomechanical parameters of a rock sample
KR20170039799A (en) Apparatus and method for evaluating wear and abrasion of slurry type TBM disc cutter
CN116029159A (en) Rotary-cut drilling in-situ detection method for surrounding rock of underground engineering
CN106918552A (en) Rock frictional test experimental provision and method
JP2003294601A (en) Indoor shear testing apparatus for brittle rock
RU2815529C1 (en) Method of determining cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils
Shukla et al. Nanoindentation measurements on rocks
Ghorbani et al. A review on rock hardness testing methods and their applications in rock engineering
CN109086502B (en) Rock mass mechanical parameter rapid determination method based on rotary cutting penetration sounding technology
CN106644633A (en) Multifunctional geo-technical testing sample cutting device
Song et al. Mechanical behavior and fracture evolution mechanism of composite rock under triaxial compression: insights from three-dimensional DEM modeling
RU2789469C1 (en) Method for determining cutting resistance of snow and ice formations and frozen soils
Ghasemi Study of CERCHAR abrasivity index and potential modifications for more consistent measurement of rock abrasion
CN110514535A (en) A kind of shear box device and its measuring method of the experiment of measurement intact rock any direction shear strength
RU2755591C1 (en) Method for determining cutting resistance of snow-ice formations and frozen soils
CN107764666B (en) Testing method for in-situ testing of anisotropic strength of soil body
RU2375693C1 (en) Method for single abrasive grain performance rating
CN108038280B (en) Milling operation parameter optimization method based on actual characteristics of old asphalt pavement
Whittaker et al. Rock cutting by impact action