Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ПРОХОДИМОСТЬ КОМПЛЕКСНЫХ ТРЕЛЕВОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ НА ТРЕЛЕВОЧНЫХ ВОЛОКАХ

Бурмистров Д.В. 1 Арутюнян А.Ю. 2 Бурмистрова О.Н. 3
1 АО «Транснефть – Север»
2 ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»
3 ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»
В данной статье указаны ограничения проходимости трелевочно-транспортных систем, что, в свою очередь, позволяет рассматривать систему: машина – естественная (грунтовая) ездовая поверхность. Разработаны вопросы оценки проходимости колесных трелевочно-транспортных машин по грунтам и проезжаемости трелевочных волоков. Получены расчетные формулы, позволяющие установить оптимальное значение величины удельного давления колесных машин на ездовую поверхность и диаметра колеса. Расчеты демонстрируют, что, зная оптимальное значение удельного давления на ездовую поверхность, можно определить основные параметры комплексных трелевочно-транспортных систем, при которых можно получать наибольшую величину удельной свободной силы тяги на каждый квадратный сантиметр опорной поверхности. При этом предельная величина вертикальной деформации колеса позволяет определить диаметр колеса комплексных трелевочно-транспортных систем.
лес
древесина
трелевка
волок
масса
дорога
грунт
1. Барахтанов Л.В. Проходимость автомобиля / Л.В. Барахтанов, В.В. Беляков, В.Н. Кравец. – Н. Новгород: НГТУ, 1996. – 200 с.
2. Бит Ю.А. К вопросу о колееобразовании и уплотнении трелевочного волока: межвуз. сб. науч. тр. / И.А. Бит, И.В. Григорьев, О.И. Григорьева // Лесосеч., лесосклад. работы и трансп. леса. – СПб.: ЛТА, –2002. – С. 38–45.
3. Галактионов О.Н. Исследование взаимосвязи технологической проходимости лесозаготовительных машин с параметрами лесной среды [Электронный ресурс] / О.Н. Галактионов, А.В. Кузнецов // Инженерный вестн. Дона: Электрон. журнал. – 2012. – Т. 22. – № 4–1. URL: http://ivdon.ru/magazine/archive/ n4t1y2012/ 1145.
4. Герц Э.Ф. Обоснование и разработка методов определения напряжений и деформаций в поперечном сечении многослойного хворостяного настила трелевочного волока / Э.Ф. Герц, А.Ф. Кулиничев, А.В. Мехренцев // Лесосеч., лесосклад. работы и трансп. леса: Межвуз. сб. науч. тр. – СПб.: ЛТА, – 2002. – С. 69–76.
5. Цыпук А.М. Определение глубины колеи лесных машин / А.М. Цыпук, А.В. Родионов // Лес. пром–ть. – 2004. – № 2. – С. 21–22.
6. Скрыпник В.И. Имитационные испытания и моделирование работы валочно-трелевочно-процессорной машины в реальных природных условиях / В.И. Скрыпник, А.В.Кузнецов, О.Э. Степанищев // Трактора и сельхозмашины. – 2013. – Вып. 3. – C. 26–28.
7. Шегельман И.Р. Состояние нагруженности волоков при функционировании комплексных лесосечных систем / И.Р. Шегельман, О.Н. Галактионов, А.В. Кузнецов // Вестник МАНЭБ. – 2009. – № 14(1). – С. 68– 72.
8. Шегельман И.Р. Работа лесных машин в трудных природнопроизводственных условиях / И.Р. Шегельман, В.И. Скрыпник, А.В. Кузнецов // Известия СПбГЛТА. – 2010. – Вып. 190. – C. 87–97.

Повысить производительность лесотранспортных машин можно методом активного увеличения проходимости за счет управления несущей способностью путей первичного транспорта леса. В свою очередь, ресурсы для увеличения несущей возможности путей ограничиваются способностями древостоя, биопродуктивность которого определяется режимом увлажнения и рельефом местности, другими словами, категорией местности. Проходимость рассматриваем как способность лесозаготовительной машины совершать технологическую работу без нарушения (в допустимых границах) плодородия лесной земли и возможностью преодоления разных препятствий (пней, валунов, валежника) [2, 3, 7, 8]. В работах ученых [1–3, 5–6], приведены зависимости проходимости гусеничных и колесных машин в меняющихся грунтовых критериях. Тут проходимость машин первичного транспорта леса определяется коэффициентами: сопротивления качению, сопротивления от наклона, сцепления и буксования, также удельным давлением на грунт и несущей способностью грунта. В главном исследователи уделяли внимание технической проходимости, т.е. возможности лесозаготовительных и лесотранспортных машин передвигаться по лесосеке с определенной силой тяги [4, 5]. Но эти зависимости не позволяют оценить воздействие на производительность лесных машин. Проходимость комплексных трелевочно-транспортных систем (КТТС) ограничивается [1, 2, 3, 4]:

– особенностями конструкции ходовой части, величиной массы и ее распределением на опорные части;

– путевыми условиями или, при работе без дорог, особенностями местности и другими природными факторами, в первую очередь:

1) почвенно-грунтовыми условиями;

2) рельефом местности;

3) наличием естественных непреодолимых препятствий.

С учетом этого при оценке проходимости машины следует рассматривать систему: машина – естественная (грунтовая) ездовая поверхность.

Взаимодействие этой системы описывается уравнением

Fизб = Fсц – Wпол, (1)

где Fизб – избыточная (свободная) сила тяги, которая может быть использована на преодоление уклонов и перевозку сортиментов, Н; Fсц – максимальная сила тяги (по сцеплению), Н; Wпол – сопротивление движению машины (Н/т), величину которого можно принять равной

burmistr01.wmf (2)

Величина h, в свою очередь,

burmistr02.wmf (3)

Таким образом,

burmistr03.wmf (4)

Разделив Fизб на ω, получим

burmistr04.wmf (5)

где l – суммарная длина отпечатков колес КТТС, м.

В формуле (5) величина Δ зависит от удельного давления колеса – р (Н/см2).

Отношение Δp в известной мере характеризует конструкцию машин и ее пригодность для данной ездовой поверхности.

Оптимальное значение Δ:р может быть получено дифференцированием выражения (5).

Однако в правой части (5) имеется величина l, зависящая от р. Ее можно найти из равенства

ω = nεl2,

где ε – отношение средней ширины следа к его длине; n – количество колес у КТТС.

В то же время

burmistr05.wmf (6)

где m – масса КТТС, т.

С учетом этого

burmistr06.wmf

Таким образом,

burmistr07.wmf (7)

Дифференцируя, будем иметь

burmistr08.wmf

Приравняв burmistr09.wmf, получим

burmistr10.wmf (8)

где c – сцепление, Н/см2; k – коэффициент, характеризующий физико-механические свойства грунта; μ – коэффициент, характеризующий состояние грунта; φ – угол внутреннего трения грунта (коэффициент пропорциональности между максимальными касательными и нормальными напряжениями при разрушении грунта).

Приняв n = 4 м и μ = 0,5, будем иметь

burmistr11.wmf (9)

Например, при tgφ = 0,36, m = 8 т; k = 7; ε = 1

pопт = 0,7?0,87?7,34?4,7 = 16 Н/см2.

Зная оптимальное значение удельного давления на ездовую поверхность, можно определить основные параметры КТТС, при которых можно получать наибольшую величину удельной свободной силы тяги на каждый квадратный сантиметр опорной поверхности [5].

При с = 1,5 Н/см2 будем иметь по формуле (7), что

burmistr12.wmf

Величина опорной поверхности (суммарной площади всех отпечатков колес) равна

burmistr13.wmf

а свободная сила тяги по сцеплению

Fизб = 4900?5,94 = 29100 Н.

Соответственно, касательная сила тяги у такой машины должна быть равна

burmistr14.wmf

Сопротивление КТТС самопередвижению определится

Wкол = 36150 – 29100 = 7050 Н,

а удельное сопротивление движению

burmistr15.wmf

Коэффициент сцепления

burmistr16.wmf

Изложенная ниже методика позволяет подойти и к определению неизвестного показателя pD для КТТС. Диаметр эквивалентного круга

burmistr17.wmf

Таким образом, оптимальное значение

pD = 16?39,5 Н/см.

Задаваясь предельной величиной вертикальной деформации колеса, можно определить диаметр колеса КТТС. Пользуясь известной формулой Хедекеля, можно написать

burmistr18.wmf (10)

где ω1 – площадь следа одного колеса, см2; h – вертикальная деформация шины колеса, см; Dk – диаметр колеса, см; Bk – ширина беговой дорожки (0,85…0,9 ширины профиля шин), см.

В то же время

burmistr19.wmf (11)

У трелевочных тракторов величина h, зависящая от Dk, колеблется в узких пределах и может быть принята равной h = aDk, где a = 0,04…0,048.

Имея это в виду и приравняв друг другу правые части равенств (10) и (11), можно получить, что

burmistr20.wmf (12)

При m = 8 т; n = 4; a = 0,042; р = 16 Н/см2 и Bk = 45 см получим

burmistr21.wmf

Полученные зависимости характеризуют влияние физико-механических свойств грунта и его состояния (влажности) на величину сцепления ведущих колес машин с ездовой поверхностью и позволяют установить оптимальные значения среднего удельного давления колеса трелевочно-транспортной системы, диаметра колеса и, следовательно, величины pD, характеризующей воздействие системы на ездовую поверхность, а также минимальный радиус проходимости и другие характеристики.

Таким образом, получены расчетные формулы, которые позволяют установить оптимальное значение величины удельного давления колесных машин на ездовую поверхность и диаметра колеса.


Библиографическая ссылка

Бурмистров Д.В., Арутюнян А.Ю., Бурмистрова О.Н. ПРОХОДИМОСТЬ КОМПЛЕКСНЫХ ТРЕЛЕВОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ НА ТРЕЛЕВОЧНЫХ ВОЛОКАХ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-7. – С. 1304-1307;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39828 (дата обращения: 20.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252