Моделирование процесса сцепления движителя с почвогрунтом с учетом шага грунтозацепов. С. 147-159

УДК

630*372/375

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-6-147-159

Аннотация

Для эксплуатационных и защитных лесных массивов Российской Федерации характерно очень большое разнообразие природно-производственных условий, включая рельефные и почвенно-грунтовые. Эффективность работы лесных машин в различных природно-производственных условиях во многом зависит от их проходимости, которая является одним из важнейших эксплуатационных показателей. Прогнозированию опорной проходимости лесных машин под воздействием условий эксплуатации посвящено значительное количество теоретических и экспериментальных исследований, выполненных отечественными и зарубежными учеными. Анализ работ предшественников позволяет утверждать, что известные прогнозные модели либо не учитывают такой важный показатель движителей лесных машин, как шаг грунтозацепов, либо не раскрывают его влияние на сцепление движителя с почвогрунтом. Настоящая работа посвящена теоретическому решению данного вопроса. Предложены уточнения к оценке коэффициента сцепления движителя лесной машины с почвогрунтом. Описан механизм затухания касательных напряжений, вызванных воздействием движителя лесной машины, причем затухание описывается нелинейными зависимостями. Рассмотрена оценка коэффициента сцепления, получаемая с учетом и без учета затухания сдвиговых деформаций вдоль пятна контакта. Расчеты показали, что оба этих варианта числовой оценки коэффициента сцепления согласуются и их относительные различия невелики. Важным нюансом является то, что по мере увеличения шага грунтозацепа оценки сцепления без учета затухания монотонно возрастают. Таким образом, для шага грунтозацепа последовала бы противоречивая рекомендация о его максимально возможном увеличении. Результаты, полученные с использованием предлагаемых формул, учитывающих затухание сдвиговых деформаций в почвогрунте, позволяют выделить диапазоны изменения шага, в которых отмечаются максимальные расчетные значения сцепления. Например, при коэффициенте буксования 0,05 максимум наблюдается при шаге в пределах 0,15–0,25 м. Таким образом, введение в математическую модель выражения, учитывающего затухание, дает возможность выявить качественно иной характер функции сцепления от шага и отметить оптимальную область его значений.

Сведения об авторах

Е.Г. Хитров¹, д-р техн. наук, доц.; ResearcherID: R-8199-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4569-9508
И.С. Должиков^2*, канд. техн. наук; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2738-0483
О.А. Куницкая³, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAC-9568-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8542-9380
В.П. Друзьянова⁴, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAG-2463-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5409-3837
Д.В. Болотин⁵, аспирант; ORCID: https://orcid.org/0009-0008-4015-9661
А.В. Андронов⁵, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAE-1491-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1035-9231
¹Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая, д. 29, Санкт-Петербург, Россия, 195251; hitrov_eg@spbstu.ru
²Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ул. 2-я Красноармейская, д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 190005; idolzhikov222@mail.ru*
³Арктический государственный агротехнологический университет, ш. Сергеляхское, 3-й км, д. 3, г. Якутск, Россия, 677007; ola.ola07@mail.ru
⁴Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, ул. Белинского, д. 58, г. Якутск, Россия, 677000; druzvar@mail.ru
⁵Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 191014; bolotin97@internet.ru, andronovalexandr@gmail.com

Ключевые слова

лесные машины, опорная проходимость, сдвиговые деформации, затухание деформаций, грунтозацепы, коэффициент сцепления движителя, буксование

Для цитирования

Хитров Е.Г., Должиков И.С., Куницкая О.А., Друзьянова В.П., Болотин Д.В., Андронов А.В. Моделирование процесса сцепления движителя с почвогрунтом с учетом шага грунтозацепов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 6. С. 147–159. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-6-147-159

Литература

1. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. М.: Машиностроение, 1981. 231 с.
2. Базаров С.М., Григорьев И.В., Киселев Д.С., Никифорова А.И., Иванов А.В. Влияние деформации движителей колесно-гусеничных машин на их проходимость по лесосеке // Системы. Методы. Технологии. 2012. No 4 (16). С. 36–40.
   
3. Герц Э.Ф., Куницкая О.А., Макуев В.А., Дмитриев А.С., Тихонов Е.А., Григорьева О.И. Средощадящие технологии разработки лесосек в условиях Свердловской области // Деревообраб. пром-сть. 2023. No 1. С. 52–63.
   
4. Григорьев И.В. Снижение отрицательного воздействия на почву колесных трелевочных тракторов обоснованием режимов их движения и технологического оборудования. СПб.: СПбГЛТА, 2006. 235 с.
5. Григорьев И.В., Жукова А.И., Григорьева О.И., Иванов А.В. Средощадящие технологии разработки лесосек в условиях Северо-Западного региона Российской Федерации. СПб.: ЛТА, 2008. 174 с.
   
6. Луценко Е.В., Рябухин П.Б. К определению применимости систем лесосечных машин // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2006. No 16. С. 23–26.
   
7. Луценко Е.В., Рябухин П.Б. Динамика эффективности систем лесосечных машин в условиях Дальнего Востока // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2006. No 16. С. 26–28.
   
8. Луценко Е.В., Рябухин П.Б. К определению путей перемещения трелевочных тракторов, работающих в комплексе с валочно-пакетирующей машиной // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2006. No 16. С. 28–31.
9. Луценко Е.В., Рябухин П.Б., Абраменко А.С. К решению вопроса повышения эффективности работы современных лесосечных машин // Вестн. ТОГУ. 2008. No 1 (8). С. 183–188.
   
10. Майорова Л.П., Рябухин П.Б. Оценка ущерба от загрязнения атмосферного воздуха при лесозаготовках // Лесн. хоз-во. 2007. No 3. С. 33–34.
    
11. Майорова Л.П., Рябухин П.Б., Мелешко М.А. Оценка загрязнения атмосферного воздуха в процессе лесозаготовок // Вестн. КрасГАУ. 2007. No 4. С. 86–91.
    
12. Рябухин П.Б. Обоснование выбора основных показателей качества функционирования систем лесозаготовительных машин в условиях Дальнего Востока // Вестн. МГУЛ – Лесн. вестн. 2007. No 1. С. 129–131.
    
13. Рябухин П.Б., Казаков Н.В. Комплексная модель для решения задачи структурно-параметрического синтеза систем лесозаготовительных машин // Системы. Методы. Технологии. 2009. No 2 (2). С. 42–44.
    
14. Рябухин П.Б., Казаков Н.В., Бурлов А.Н. Метод лесопромышленной типизации лесосек по природно-производственным условиям на примере ельников Дальневосточного федерального округа // Системы. Методы. Технологии. 2010. No 2 (6). С. 52–57.
    
15. Рябухин П.Б., Ковалев А.П. Лесохозяйственная оценка лесосечных машин по критерию сохранности подроста // Вестн. КрасГАУ. 2008. No 1. С. 216–222.
    
16. Шапиро В.Я. Инвариантность принципов механики контактного разрушения при математическом моделировании процессов лесопромышленного комплекса // Наукосфера. 2022. No 2-1. С. 121–124.
17. Шапиро В.Я. Влияние анизотропии свойств оттаивающего почвогрунта на устойчивость трелевочного волока на склоне // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2023. No 63. С. 339–342.
    
18. Шапиро В.Я. Влияние анизотропии свойств массива грунта на особенности разрушения его краевой части от нагрузки трелевочной системы // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2023. No 64. С. 285–290.
    
19. Cuong D.M., Zhu S., Ngoc N.T. Study on the Variation Characteristics of Vertical Equivalent Damping Ratio of Tire–Soil System Using Semi-Empirical Model. Journal of Terramechanics, 2014, vol. 51, pp. 67–80. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2013.10.002
20. Ding L., Yang H., Gao H., Li N., Deng Z., Guo J., Li N. Terramechanics-Based Modeling of Sinkage and Moment for in-situ Steering Wheels of Mobile Robots on Deformable Terrain. Mechanism and Machine Theory, 2017, vol. 116, pp. 14–33. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.05.011
21. Grigorev I., Kunickaya O., Burgonutdinov A., Burmistrova O., Druzyanova V., Dolmatov N., Voronova A., Kotov A. Assessment the Effect of Skidding Techniques on the Ecological Efficiency of the Skidding Tractor. Diagnostyka, 2020, vol. 21, no. 3, pp. 67–75. https://doi.org/10.29354/diag/125311
22. Grigorev I., Kunickaya O., Burgonutdinov A., Ivanov V., Shuvalova S., Shvetsova V., Stepanishcheva M., Tikhonov E. Theoretical Studies of Dynamic Soil Compaction by Wheeled Forestry Machines. Diagnostyka, 2020, vol. 2, no. 4, pp. 3–13. https://doi.org/10.29354/diag/127650
23. Khakhina A., Grigorev I., Dolmatov N., Makuev V., Kruchinin I., Storodubtseva T., Burgonutdinov A., Markov O. Predicting the Passability of Wheeled Tractors. Mathematical Modelling of Engineering Problems, 2022, vol. 9, no. 5, pp. 1233–1242. https://doi.org/10.18280/mmep.090510
24. Rego G.E., Grigoreva O.I., Voronov R.V. Algorithms for Calculating Schemes of Transport Routes in a Felling Area. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 806, art. no. 012025. https://doi.org/10.1088/1755-1315/806/1/012025
25. Rudov S.E., Voronova A.M., Chemshikova J.M., Teterevleva E.V., Kruchinin I.N., Dondokov Yu.Zh., Khaldeeva M.N., Burtseva I.A., Danilov V.V., Grigorev I.V. Theoretical Approaches to Logging Trail Network Planning: Increasing Efficiency of Forest Machines and Reducing Their Negative Impact on Soil and Terrain. Asian Journal of Water, Environment and Pollution, 2019, vol. 16, iss. 4, pp. 61–75. https://doi.org/10.3233/AJW190049
26. Rudov S., Kunickaya O., Grigorev I., Burgonutdinov A., Kruchinin I., Prosuzhih A., Dolmatov N., Dmitrieva N. The Mathematical Model of Forestry Machines Impact on Cryolitozone Forest Soils. Asian Journal of Water, Environment and Pollution, 2020, vol. 17, iss. 4, pp. 89–95. https://doi.org/10.3233/AJW200055