Особенности контактного взаимодействия трелевочной системы с мерзлым почвогрунтом

УДК

634.037.4

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.1.106

Аннотация

Проведение лесозаготовительных работ в районах Крайнего Севера происходит в крайне сложных климатических условиях. В традиционный для заготовки древесины зимний период лесная техника в этих районах работать не может из-за экстремально низких температур, которые не выдерживают металл и гидравлика машин. Поэтому период устойчивого проведения лесосечных работ и вывозки заготовленной древесины сравнительно невелик. Переходы температуры окружающего воздуха от отрицательных к положительным значениям, характерные для резко континентального климата, например в Республике Саха (Якутия), останавливают лесозаготовительный процесс на большей части лесосек из-за оттаивания мерзлых почвогрунтов. В процессе эксплуатации трелевочных систем необходимо считаться с тем, что мерзлый почвогрунт представляет собой сложную многокомпонентную среду. На основании результатов исследований установлено, что на определенных глубинах при условии податливости формируется так называемое первичное ядро уплотнения почвогрунта. В случае, если компоненты поля напряжений на больших глубинах обеспечат выполнение принятых критериев разрушения мерзлого почвогрунта, то ядро уплотнения будет перемещаться вниз, и под действием трелевочной системы почвогрунт получит дополнительное уплотнение. Процесс погружения ядра уплотнения сопровождается понижением температуры, что в свою очередь обусловливает рост прочности и модуля упругости. Таким образом, установленные закономерности влияния температуры и влажности мерзлых грунтов на их физико-механические свойства позволяют более точно оценить величину начальных контактных параметров в процессе трелевки пачки лесоматериалов с заранее заданными статическими нагрузками. Полученные результаты являются основой для формирования начальных условий при расчетах параметров разрушения напряженно-деформированного массива мерзлого почвогрунта и его уплотнения под действием статических нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации различных лесных машин и трелевочных систем.

Сведения об авторах

Рудов С.Е.¹, канд. техн. наук
Шапиро В.Я.², д-р техн. наук, проф.
Григорьев И.В.³, д-р техн. наук, проф.
Куницкая О.А.³, д-р техн. наук, проф.
Григорьева О.И.², канд. с.-х. наук, доц.
¹Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного, Тихорецкий просп., д. 3, К-64, Санкт-Петербург, Россия, 194064; e-mail: 89213093250@mail.ru
²Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; e-mail: shapiro54vlad@mail.ru, grigoreva_o@list.ru
³Якутская государственная сельскохозяйственная академия, 3-й км, д. 3, ш. Сергеляхское, г. Якутск, Республика Саха (Якутия), Россия, 677007; e-mail: silver73@inbox.ru, ola.ola07@mail.ru

Ключевые слова

мерзлый почвогрунт, лесозаготовка, трелевочная система, уплотнение и деформация почвогрунта

Для цитирования

Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Особенности контактного взаимодействия трелевочной системы с мерзлым почвогрунтом // Лесн. журн. 2019. № 1. С. 106–119. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.1.106

Литература

1. Велли Ю.Я., Докучаев В.В., Федоров Н.Ф. Здания и сооружения на Крайнем Севере: справ. пособие. Л.: Госстройиздат, 1963. 492 с.
2. Вялов С.С. Реология мерзлых грунтов. М.: Стройиздат, 2000. 464 с.
3. Газизов А.М., Шапиро В.Я., Григорьев И.В. Влияние влажности на развитие процесса разрушения коры при роторной окорке // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2008. № 6. С. 129–133.
4. Газизов А.М., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Гумерова О.М. Моделирование процесса разрушения коры при окорке резанием // Изв. СПбЛТА. 2010. № 193. С. 211–221.
5. Григорьев И.В. Снижение отрицательного воздействия на почву колесных трелевочных тракторов обоснованием режимов их движения и технологического оборудования: науч. изд. СПб.: СПбГЛТА. 2006. 236 с.
6. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. Л.: Стройиздат, 1988. 415 с.
7. Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. М.: Изд-во ЛКИ, 2010. 224 с.
8. СП 287.1325800.2016. Сооружения морские причальные. Правила проектирования и строительства. М., 2016. 204 с.
9. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высш. шк., 1983. 288 с.
10. Шапиро В.Я., Григорьев И.В. Деформация и циклическое уплотнение почвогрунта между грунтозацепами крупногабаритных лесных шин // Техника и технология. 2006. № 2. С. 94–100.
11. Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Жукова А.И. Влияние сдвиговых деформаций на процесс циклического уплотнения почвы // Естеств. и техн. науки. 2006. № 1. С. 174–180.
12. Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Жукова А.И. Оценка процессов деформирования почвы при циклическом уплотнении // Лесн. журн. 2008. № 4. С. 44–51. (Изв. высш. учеб. заведений).
13. Antoniade C., Şlincu C., Stan C., Ciobanu V., Ştefan V. Maximum Loading Heights for Heavy Vehicles Used in Timber Transportation C // Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood Industry. Agricultural Food Engineering. 2012. Vol. 5(54), no. 1. Pp. 7–12.
14. Bereziuc R., Alexandru V., Ciobanu V., Antoniade C. The Analysis of the Unrigid Road Systems Bearing Capacity from the Forest Roads through the Actual Dimensioning Methods // Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood In-dustry. Agricultural Food Engineering. 2011. Vol. 4(53), no. 1. Pp. 1–6.
15. Grigorev I., Burmistrova O., Stepanishcheva M., Gasparian G. The Way to Re-duce Ecological Impact on Forest Soils Caused by Wood Skidding // Proceedings of the 14th SGEM GeoConference on Water Resources. Forest, Marine and Ocean Ecosystems, June 19–25, 2014. Albena, Bulgaria, 2014. Vol. 2, no. SGEM2014. Pp. 501–508. DOI: 10.5593/SGEM2014/B32/S14.067
16. Sparchez Gh., Derczeni R., Iordache E., Drosos V. The Impact of Different Carriages on Soil and Trees during Skidding in the Romanian Forests // Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood Industry. Agricultural Food Engineering. 2009. Vol. 2(51). Pp. 35–44.
17. Ticu S., Alexandru V. Aspects Regarding Forest Pollution with Dust Provoked by Timber Road Transportation // Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood Industry. Agricultural Food Engineering. 2012. Vol. 5(54), no. 1. Pp. 115–122.

Поступила 03.07.18

Ссылка на английскую версию:

Features of Contact Interaction between the Skidding System and Frozen Soils

UDC 634.037.4
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.1.106

Features of Contact Interaction between the Skidding System and Frozen Soils

S.E. Rudov¹, Candidate of Engineering Sciences
V.Ya. Shapiro², Doctor of Engineering Sciences, Professor
I.V. Grigor’ev³, Doctor of Engineering Sciences, Professor
O.A. Kunitskaya³, Doctor of Engineering Sciences, Professor
O.I. Grigor’eva², Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
¹Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny, Tikhoretskiy prosp., 3, K-64, Saint Petersburg, 194064, Russian Federation; e-mail: 89213093250@mail.ru
²Saint-Petersburg State Forest Technical University, Institutskiy per., 5, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation; e-mail: shapiro54vlad@mail.ru, grigoreva_o@list.ru
³Yakut State Agricultural Academy, sh. Sergelyakhskoye, 3 km, 3, Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia), 677007, Russian Federation; e-mail: silver73@inbox.ru, ola.ola07@mail.ru

Logging in the Far North is carried out under extremely difficult climatic conditions. In the traditional for timber harvesting winter period, forestry equipment in these areas cannot operate due to the extremely low temperatures which vehicle metal and hydraulics do not withstand. Therefore, the period of sustainable logging operations and removal of harvested wood is relatively short. Changes of ambient air temperature from negative to positive values are common to sharp continental climate, for example, to the Republic of Sakha (Yakutia). This stops logging in the most part of the cutting areas due to thawing of frozen soils. In operation of skidding systems it is important to take into account that frozen soil is a complex multicomponent environment. Based on the research results, it has been found that at certain depths, under the pliability condition, the socalled primary bulb of pressure is formed. If the stress field components at deep depths implement the accepted standards of frozen soil destruction, the bulb of pressure will move down and receive additional compaction under the weight of the skidding system. The immersing of bulb of pressure is accompanied by decrease in temperature followed by strength enhancement and modulus of elas-ticity increase. Thus, the established patterns of temperature and humidity influence of frozen soils on their physical and mechanical properties allow us to estimate more accurately the value of initial contact parameters during the skidding of a timber bundle with predetermined static loads. The obtained results provide a basis for the formation of initial conditions at calculations of destruction parameters of the stress-strain block of frozen soils and their compaction under the action of static loads arising from the operation of various forest machines and skidding systems.

Keywords: frozen soils, logging, skidding system, compaction and deformation of soils.

REFERENCES

1. Velli Yu.Ya., Dokuchayev V.V., Fedorov N.F. Zdaniya i sooruzheniya na Kraynem Severe: sprav. posobiye [Buildings and Structures in the Far North: A Reference Book]. Leningrad, Gosstroyizdat Publ., 1963. 492 p. (In Russ.)
2. Vyalov S.S. Reologiya merzlykh gruntov [Rheology of the Frozen Soils]. Moscow, Stroyizdat Publ., 2000. 464 p. (In Russ.)
3. Gazizov A.M., Shapiro V.YA., Grigor’yev I.V. Vliyaniye vlazhnosti na razvitiye protsessa razrusheniya kory pri rotornoy okorke [Influence of Humidity on Development of Bark Destruction in Rotary Debarking]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universi-teta lesa – Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2008, no. 6, pp. 129–133.
4. Gazizov A.M., Shapiro V.Ya., Grigor’yev I.V., Gumerova O.M. Modelirovaniye protsessa razrusheniya kory pri okorke rezaniyem [Modeling of Bark Destruction during Barking by Cutting]. Izvestiya SPbLTA [Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akad-emii], 2010, no. 193, pp. 211–221.
5. Grigor’yev I.V. Snizheniye otritsatel’nogo vozdeystviya na pochvu kolesnykh trelevochnykh traktorov obosnovaniyem rezhimov ikh dvizheniya i tekhnologicheskogo oborudovaniya: nauch. izdaniye [Reduction of the Negative Effect from Wheeled Skidders on Soils by Substantiation of Modes of Their Movement and Technological Equipment: Scien-tific Publication]. Saint Petersburg, SPbSFTU Publ., 2006. 236 p. (In Russ.)
6. Dalmatov B.I. Mekhanika gruntov, osnovaniya i fundamenty: ucheb. [Soil Mechanics, Subsrtustures and Foundations: Textbook]. Leningrad, Stroyizdat Publ., 1988. 415 p. (In Russ.)
7. Kolesnikov Yu.V., Morozov E.M. Mekhanika kontaktnogo razrusheniya [Mechanics of Contact Destruction]. Moscow, LKI Publ., 2010. 224 p. (In Russ.)
8. SP 287.1325800.2016. Sooruzheniya morskiye prichal’nyye. Pravila proyektirovaniya i stroitel’stva [Marine Berthing Facilities. Rules for Design and Construction]. Moscow, 2016. 204 p.
9. Tsytovich N.A. Mekhanika gruntov [Soil Mechanics]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1983. 288 p. (In Russ.)
10. Shapiro V.Ya., Grigor’yev I.V. Deformatsiya i tsiklicheskoye uplotneniye pochvogrunta mezhdu gruntozatsepami krupnogabaritnykh lesnykh shin [Deformation and Cyclic Compaction of Soils between the Cleats of Giant Forest Tires]. Tekhnika i tekhnologiya, 2006, no. 2, pp. 94–100.
11. Shapiro V.Ya., Grigor’yev I.V., Zhukova A.I. Vliyaniye sdvigovykh deformatsiy na protsess tsiklicheskogo uplotneniya pochvy [Influence of Shearing Deformation on Soil Cyclic Compaction]. Estestvennyye i tekhnicheskiye nauki, 2006, no. 1, pp. 174–180.
12. Shapiro V.Ya., Grigor’yev I.V., Zhukova A.I. Otsenka protsessov deformirovaniya pochvy pri tsiklicheskom uplotnenii [Assessment of Soil Deformation under Cyclic Compaction]. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2008, no 4, pp. 44–51.
13. Antoniade C., Şlincu C., Stan C., Ciobanu V., Ştefan V. Maximum Loading Heights for Heavy Vehicles Used in Timber Transportation C. Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood Industry. Agricultural Food Engineering, 2012, vol. 5(54), no. 1, pp. 7–12.
14. Bereziuc R., Alexandru V., Ciobanu V., Antoniade C. The Analysis of the Unrigid Road Systems Bearing Capacity from the Forest Roads through the Actual Dimensioning Methods. Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood Industry. Agricultural Food Engineering, 2011, vol. 4(53), no. 1, pp. 1–6.
15. Grigorev I., Burmistrova O., Stepanishcheva M., Gasparian G. The Way to Reduce Ecological Impact on Forest Soils Caused by Wood Skidding. Proceedings of the 14th SGEM GeoConference on Water Resources. Forest, Marine and Ocean Ecosystems, June 19–25, 2014, Albena, Bulgaria. 2014, vol. 2, no. SGEM2014, pp. 501–508. DOI: 10.5593/SGEM2014/B32/S14.067
16. Sparchez Gh., Derczeni R., Iordache E., Drosos V. The Impact of Different Carriages on Soil and Trees during Skidding in the Romanian Forests. Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood Industry. Agricultural Food Engineering, 2009, vol. 2(51), pp. 35–44.
17. Ticu S., Alexandru V. Aspects Regarding Forest Pollution with Dust Provoked by Timber Road Transportation. Bulletin of the Transilvania University of Braşov. Series II: Forestry. Wood Industry. Agricultural Food Engineering, 2012, vol. 5(54), no. 1, pp. 115–122.

Received on July 03, 2018

---

For citation: Rudov S.E., Shapiro V.Ya., Grigor’ev I.V., Kunitskaya O.A., Grigor’eva O.I. Features of Contact Interaction between the Skidding System and Frozen Soils. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 1, pp. 106–119. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.1.106