Способ определения сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов Российский патент 2024 года по МПК G01L1/22 G01L5/00 G01N3/58 G01N1/42 E21C39/00 

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.

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).

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 t_{окр. 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).

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.

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.

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 F_Г, боковой F_Б и вертикальной F_В 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 t_{окр. 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.

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.

Согласно изобретению, дополнительно проводят измерения составляющих сопротивления резанию в зависимости от изменения частоты вращения дискового срезающего устройства.

Согласно изобретению, дополнительно проводят измерение крутящего момента М на приводном валу дискового срезающего устройства.

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 F_Г, боковой F_Б и вертикальной F_В 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 t_{окp.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.

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 F_Г, боковой F_Б и вертикальной F_В 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 t_{окр. 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.

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 t_{окр. возд.}, влажности воздуха ϕ, гранулометрического состава образца, а по графическим зависимостям определяют влияние этих параметров на значения крутящего момента М.

Для пояснения способа представлены двухмерные графические зависимости составляющих сопротивление резания (горизонтальная F_Г, боковая F_Б, вертикальная F_В) 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:

фиг.1 - зависимость горизонтальной составляющей усилия резания F_Г 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 t_{окр. возд.}=-7°; влажность воздуха ϕ=80%; гранулометрический составе - однородный (без инородных включений).

фиг. 2 - зависимость боковой составляющей усилия резания F_Б 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 t_{окр. возд.}=-7°; влажность воздуха ϕ - 80%; гранулометрический составе - однородный (без инородных включений).

фиг. 3 - зависимость вертикальной составляющей усилия резания F_В 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 t_{окр. возд.}=-7°; влажность воздуха ϕ=80%; гранулометрический составе - однородный (без инородных включений).

Способ определения сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов осуществляют следующим образом.

Предварительно осуществляют вырезание образцов из естественной среды, в качестве которых могут быть: уплотненный снег, находящийся на дорожном покрытии, природный лед из водоема, мерзлый грунт.

Также предварительно может быть подготовлен образец снежно-ледяных образований определенного гранулометрического состава за счет добавления гравия, грунта, песка и т.д.

Образец помещают в морозильную камеру, в которой установлено стендовое оборудование.

В морозильной камере выставляют требуемую для исследования температура.

Подготовленные образцы выдерживают в морозильной камере в течение 48 ч, с целью стабилизации температуры образца.

Перед проведением эксперимента определяют плотность, твердость с использованием твердомера и температура образца.

Перед проведением эксперимента определяют влажность окружающего воздуха.

Перед проведением эксперимента определяют температуру в морозильной камере, которая принимается за температуру окружающего воздуха.

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.

При исследовании влияния схемы резания образца (блокированная, полублокированная) дисковым срезающим устройством, поочередно изменяют положение срезающего устройства по отношению к образцу

При исследовании влияния угла заострения диска или дисков срезающего устройства α, поочередно использую диски с разными углами заострения.

При исследовании влияния диаметра диска поочередно устанавливают диски разного диаметра.

При исследовании влияния диаметра дискового срезающего устройства поочередно устанавливают на срезающее устройство диски разного диаметра.

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.

При исследовании влияния радиуса r закругления режущей кромки диска, поочередно устанавливают диски с разным радиусом закругления режущей кромки.

При исследовании влияния заднего угла диска γ, поочередно диски устанавливают с разным задним углом.

При исследовании влияния толщины диска b, поочередно устанавливают диски разной толщины.

При исследовании влияния формы поверхности диска, поочередно устанавливают диски с различной формой поверхности.

При исследовании влияния формы режущей кромки диска, поочередно устанавливают диски с различной формой режущей кромки.

При исследовании влияния шага резания t, поочередно происходит резание 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 для эксперимента используют образцы различной прочности Т.

При исследовании влияния плотности образца ρ, поочередно для эксперимента используют образцы различной плотности ρ.

При исследовании влияния температуры окружающего воздуха t_окр. _возд., поочередно при эксперименте задают различные значения температуры окружающего воздуха.

При исследовании влияния влажности воздуха ϕ, поочередно при эксперименте задают различные значения влажности воздуха ϕ.

При исследовании влияния гранулометрического состава образца, поочередно при эксперименте используют образцы разного гранулометрического состава.

При исследовании влияния частоты вращения ω диска и/или дискового срезающего устройства, поочередно изменяют частоту вращения ω.

При исследовании схемы расстановки дисков на рабочем органе строительно-дорожной машины поочередно изменяют схемы расстановки дисков на срезающем устройстве.

На стационарно установленный стенд для измерения сопротивлений резанию закрепляют диск или дисковое срезающее устройство с группой дисков.

Образец закрепляют на столе второго стенда, обеспечивающего перемещение образца в направлении диска или дискового срезающего устройства.

Устанавливают необходимое расположение (горизонтально/вертикально) диска или дискового срезающего устройства относительно разрушаемой поверхности образца

Устанавливают необходимый задний угол диска или дисков срезающего устройства.

С помощью поднятия стола стенда выставляют необходимый шаг резания.

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.

На стенде для измерения сопротивлений резанию включают привод вращения диска или дискового срезающего устройства, устанавливают необходимую частоту вращения.

На стенде, осуществляющем перемещение образца, задают необходимую скорость перемещения (резания) образца.

Запускают программу «LGraph2» в режиме регистрации данных.

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.

По окончании процесса резания стенд, осуществляющий перемещение образца, отключают, зарегистрированные данные сохраняют на ПК.

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.

Обработку данных проводят при помощи программного обеспечения PowerGraph и Matlab. Компьютерные осциллограммы обрабатывают 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.

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.

Изобретение относится к технологии измерений, в частности к определению сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов дисковым срезающим устройством. Способ включает в себя подготовку образцов из естественной среды, которые выдерживают в морозильной камере. Проведение измерений горизонтальной, вертикальной, боковой составляющих сопротивления резанию и крутящего момента осуществляют в морозильной камере с использованием двух стендов. Один из них измерительный находится в статическом положении, снабжен диском, приводом вращения и тензодатчиками, фиксирующими составляющие сопротивления резанию образцов, а второй стенд обеспечивает перемещение жестко закрепленного на нем образца навстречу вращающемуся диску. Регистрацию и обработку значений составляющих сопротивления резанию и крутящего момента проводят с помощью программного обеспечения, а по построенным на основании полученных данных графическим зависимостям определяют оптимальные параметры процесса резания. Технический результат: расширение функциональных возможностей и повышение информативности способа определения составляющих сопротивления резанию снежно-ледяных образований и мерзлых грунтов. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

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 F_Г, боковой F_Б и вертикальной F_В 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 t_{окр. 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.

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.

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.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно проводят измерение крутящего момента на приводном валу дискового срезающего устройства.

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 F_Г, боковой F_Б и вертикальной F_В 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 t_{окр. 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.

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 F_Г, боковой F_Б и вертикальной F_В 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 t_{окр. 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.

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 t_{окp.возд.}, влажности воздуха ϕ, гранулометрического состава образца, а по графическим зависимостям определяют влияние этих параметров на значения крутящего момента М.