Инженерная модель ножевого катка для осветления лесных культур. С. 132-144

УДК

630*24:004.94

DOI:

10.37482/0536-1036-2025-3-132-144

Аннотация

Для выполнения осветления лесных культур необходимо применять механизированные средства, такие как ножевые катки. Обзор научной литературы показал, что отсутствие отечественных ножевых катков – значительная проблема при искусственном лесовосстановлении. Цель данного исследования заключается в обосновании технологических параметров ножевых катков с учетом их положения относительно поверхности почвы, а также уровня жесткости предохранительных пружин. Для разработки параметров новых типов орудий требуется использование современных программных средств, позволяющих учитывать все действующие на конструкцию факторы. С помощью систем автоматизированного проектирования создана 3-мерная твердотельная модель ножевого катка, которая стала объектом изучения. Обзор методов моделирования показал, что наиболее широко сегодня применяются подходы, базирующиеся на численных расчетах. Для осуществления расчетов применялся комплекс «Универсальный механизм 9.1», предназначенный для моделирования динамических и кинематических процессов в механических системах. С помощью названного программного комплекса была создана виртуальная модель ножевого катка, учитывающая взаимодействие звеньев машины и силы трения катка при контакте с грунтом. Проведен вычислительный эксперимент по установлению кинематических и динамических характеристик катка при разных уровнях жесткости предохранительных пружин и изменении высоты установки навески относительно поверхности почвы. Определены такие параметры, как траектория движения навески, тяговое усилие трактора и силы, возникающие в процессе взаимодействия катка с грунтом. На основе разработанных параметров был изготовлен опытный образец ножевого катка, который прошел лабораторные испытания в почвенном канале. В ходе экспериментов с использованием тензометрического оборудования измерены тяговые усилия, необходимые для работы орудия. Полученные данные подтвердили точность предлагаемой имитационной модели, ее эффективность для дальнейшего проектирования и применения на практике.

Сведения об авторах

Л.Д. Бухтояров*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAO-5129-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7428-0821
С.В. Малюков, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: N-2656-2016,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2098-154X
М.Н. Лысыч, канд. техн. наук; ResearcherID: N-3089-2016,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3764-3873

Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж, Россия, 394087; vglta-mlx@yandex.ru*, malyukovsergey@yandex.ru, miklynea@yandex.ru

Ключевые слова

ножевой каток, кинематика, динамика, имитационное моделирование, UMlab, САПР

Для цитирования

Для цитирования: Бухтояров Л.Д., Малюков С.В., Лысыч М.Н. Инженерная модель ножевого катка для осветления лесных культур // Изв. вузов. Лесн. журн. 2025. № 3. С. 132–144. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-3-132-144

Литература

1. Бартенев И.М., Драпалюк М.В. Совершенствование технологии лесовосстановления на вырубках с применением энергонасыщенных тракторов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. No 5. С.117–133. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-5-117-133
2. Бухтояров Л.Д., Малюков С.В., Лысыч М.Н. Имитационная модель для анализа кинематики лесопосадочного аппарата с двумя роторами // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 2023. No 243. С. 197–209. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.243.197-209
3. Каляшов В.А., До Туан А., Хитров Е.Г., Григорьева О.И., Гурьев А.Ю., Новгородов Д.В. Современные системы машин и технологии заготовки древесины и лесовосстановления в условиях горных лесосек // Resources and Technology. 2022. Т. 19, No 2. С. 1–47. https://doi.org/10.15393/j2.art.2022.6163
4. Клубничкин В.Е., Клубничкин Е.Е., Горбунов А.Ю., Дручинин Д.Ю. Разработка узла сочленения лесной погрузочно-транспортной машины // Лесотехн. журн. 2020. Т. 10, No 4 (40). С. 217–226. https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2020.4/18
5. Клубничкин Е.Е. Моделирование мобильности колесных транспортных средств, оснащенных средствами повышения проходимости // Тр. НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2023. No 1 (140). С. 84–96. https://doi.org/10.46960/1816-210X_2023_1_84
6. Посметьев В.И., Никонов В.О., Мануковский А.Ю., Посметьев В.В. Компьютерное моделирование работы рекуперативного поворотного коникового устройства лесовозного тягача с прицепом-роспуском // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. No 5. С. 85–99. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-5-85-99
7. Хитров Е.Г., Должиков И.С., Дмитриев А.С., Каляшов В.А., Григорьев И.В., Григорьева О.И. Расчет коэффициента сцепления колесного движителя лесной машины с почвогрунтом // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. No 5. С. 126–134. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-5-126-134
8. Bivainis V., Jotautienė E., Lekavičienė K., Mieldazys R., Juodišius G. Theoretical and Experimental Verification of Organic Granular Fertilizer Spreading. Agriculture, 2023, vol. 13, no. 6, art. no. 1135. https://doi.org/10.3390/agriculture13061135
9. Bukhtoyarov L.D., Drapalyuk M.V., Pridvorova A.V. Simulation of the Movement of Hedge Cutter Links in the Simulink Application of the Matlab Package. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 875, art. no. 012004. https://doi.org/10.1088/1755-1315/875/1/012004
10. Bukhtoyarov L., Kunickaya O., Urazova A., Perfiliev P., Druzyanova V., Egipko S., Burgonutdinov A., Tikhonov E. Substantiating Optimum Parameters and Efficiency of Rotary Brush Cutters. Journal of Applied Engineering Science, 2022, vol. 20, no. 3, pp. 788–797. https://doi.org/10.5937/jaes0-36513
11. Kim W.-S., Kim Y.-J., Baek S.-Y., Baek S.-M., Kim Y.-S., Choi Y., Kim Y.-K., Choi I.-S. Traction Performance Evaluation of a 78-kW-Class Agricultural Tractor Using Cone Index Map in a Korean Paddy Field. Journal of Terramechanics, 2020, vol. 91, pp. 285–296. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2020.08.005
12. Kim Y.-S., Kim W.-S., Baek S.-Y., Baek S.-M., Kim Y.-J., Lee S.-D., Kim Y.-J. Analysis of Tillage Depth and Gear Selection for Mechanical Load and Fuel Efficiency of an Agricultural Tractor Using an Agricultural Field Measuring System. Sensors, 2020, vol. 20, no. 9, art. no. 2450. https://doi.org/10.3390/s20092450
13. Kim Y.-S., Kim T.-J., Kim Y.-J., Lee S.-D., Park S.-U., Kim W.-S. Development of a Real-Time Tillage Depth Measurement System for Agricultural Tractors: Application to the Effect Analysis of Tillage Depth on Draft Force during Plow Tillage. Sensors, 2020, vol. 20, no. 3, art. no. 912. https://doi.org/10.3390/s20030912
14. Ma H., Lu Y., Wu Z., Tai X., Li H., Wen B. A New Dynamic Model of Rotor–Blade Systems. Journal of Sound and Vibration, 2015, vol. 357, pp. 168–194. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2015.07.036
15. Musabbir A.A., Rahman A.M., Anjum N., Ali M. Performance Evaluation of New Rotary Blades and Roller Cutter of Versatile Multi-Crop Planter on Residue Management. Sarhad Journal of Agriculture, 2022, vol. 38, iss. 5, pp. 211–221. https://doi.org/10.17582/journal.sja/2022/38.5.211.221
16. Ucgul M., Fielke J.M., Saunders C. 3D DEM Tillage Simulation: Validation of a Hysteretic Spring (Plastic) Contact Model for a Sweep Tool Operating in a Cohesionless Soil. Soil and Tillage Research, 2014, vol. 144, pp. 220–227. https://doi.org/10.1016/j.still.2013.10.003
17. Ucgul M., Saunders C., Fielke J.M. Discrete Element Modelling of Tillage Forces and Soil Movement of a One-Third Scale Mouldboard Plough. Biosystems Engineering, 2017, vol. 155, pp. 44–54. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2016.12.002
18. Ucgul M., Saunders C., Fielke J.M. Discrete Element Modelling of Top Soil Burial Using a Full Scale Mouldboard Plough under Field Conditions. Biosystems Engineering, 2017, vol. 160, pp. 140–153. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.06.008
19. Ucgul M., Saunders C., Li P., Lee S.-H., Desbiolles J. Analyzing the Mixing Performance of a Rotary Spader Using Digital Image Processing and Discrete Element Modelling (DEM). Computers and Electronics in Agriculture, 2018, vol. 151, pp. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.05.028
20. Ye S., Wang X., Zhang C., Zhang J., Wang J., Zheng D. Design and Experiments of a Roll-Knife Pickup for a Buckwheat Pickup Harvester. Agronomy, 2024, vol. 14, no. 9, art. no. 1944. https://doi.org/10.3390/agronomy14091944