Моделирование взаимодействия рабочих органов дорожных фрез с неоднородными слоями асфальтобетонного покрытия

Abstract

Снятие изношенного покрытия холодным фрезерованием ведётся на толще, сложенной слоями разного состава и разной степени старения, при этом нагрузки на рабочий орган рассчитывают по осреднённому сопротивлению срезаемого материала. Расхождение между осреднённой и стратифицированной постановками задачи количественно не оценено, что оставляет открытым вопрос о допустимости осреднения при подборе режима фрезерования и при прочностном расчёте крепления инструмента. Цель работы состоит в количественной оценке влияния слоистой неоднородности покрытия и локальных зон упрочнения на силовые, энергетические и динамические показатели фрезерного барабана. Построена авторская расчётная модель, связывающая мгновенную толщину стружки, глубину залегания срезаемого материала и прочность при непрямом растяжении с тангенциальной силой на резце, крутящим моментом и удельной энергоёмкостью; стохастическая часть реализована на 20 000 реализациях. Осреднение прочности по толще занижает пиковую нагрузку на резец на 6,9-18,9% при глубинах 70-130 мм и почти не искажает энергоёмкость, расхождение по которой не выходит за 1,4%. Локальные зоны упрочнения увеличивают пиковую силу в 2,1-2,5 раза и поднимают коэффициент динамичности момента с 1,09-1,16 до 1,28-1,43 с максимумом на глубине 70 мм. Энергоёмкость фрезерования определяется температурой покрытия и площадкой износа резцов, нагруженность отдельного резца – пространственной неоднородностью материала, и объединение этих задач в одном осреднённом расчёте некорректно. Cold milling of worn pavement is performed on a mass composed of layers differing in composition and in the degree of ageing, while the loads on the working element are calculated from the averaged cutting resistance of the removed material. The discrepancy between the averaged and the stratified formulations has not been quantified, which leaves open the question of whether averaging is admissible when selecting the milling regime and when calculating the strength of the pick mounting. The aim of the work is a quantitative assessment of how the layered heterogeneity of asphalt concrete pavement and local hardened zones affect the force, energy and dynamic characteristics of the milling drum. An author's computational model relates the instantaneous chip thickness, the depth of the removed material and the indirect tensile strength to the tangential force on the pick, the torque and the specific energy consumption; the stochastic part rests on 20 000 realisations. Averaging the strength over the milled thickness underestimates the peak load on the pick by 6.9-18,9% at depths of 70-130 mm and hardly distorts the energy consumption, where the discrepancy stays within 1,4%. Local hardened zones increase the peak force by a factor of 2,1-2,5 and raise the dynamic factor of the torque from 1,09-1,16 to 1,28-1,43, with the maximum at a depth of 70 mm. Energy consumption is governed by pavement temperature and pick wear flat, the loading of an individual pick by the spatial heterogeneity of the material, and merging these tasks within one averaged calculation is incorrect.