Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
БАРАШКОВ Игорь Александрович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
КОЛЕСНЫХ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН НА
ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ПОЧВОГРУНТАХ
05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2012
Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова
Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент
Никифорова Антонина Ивановна
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор
Овчинников Михаил Михайлович
кандидат технических наук, доцент
Досмаев Владимир Николаевич
Ведущая организация - Государственное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
Московский государственный
университет леса
Защита диссертации состоится 29 марта 2012 г. в 11 часов на заседании диссертационного Совета диссертационного Совета Д.212.220.03 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С.М. Кирова /194021, Санкт-Петербург, Институтский пер. д. 5/
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СПбГЛТУ.
Автореферат разослан л28 февраля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного Совета А.Р. Бирман
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В большинстве субъектов СЗФО РФ преобладают почвогрунты третьей и четвертой категории, заготовка древесины на которых, в теплый период, крайне затруднена или невозможна. Вместе с тем, достаточно часто, те или иные обстоятельства вынуждаю лесозаготовительные предприятия идти на разработку лесосек на таких почвогрунтах в теплый период года. Кроме этого, практика показывает, что зачастую и зима не является гарантией успеха разработки таких лесосек. Во-первых, ряд зим последнего времени (20072010 гг.) наглядно показал, что разговоры о грядущем глобальном потеплении имеют под собой определенную почву. Во-вторых, даже при снежной и морозной зиме возможно, что сначала выпадает глубокий снег, и только затем приходит мороз. В результате почвогрунты не промерзают, и, как только трактор снимает снежный покров, он начинает работать на непромерзшем переувлажненном почвогрунте.
По данным Федерального агентства по лесному хозяйству на 2009 год, на территории СЗФО запас спелых и перестойных лесонасаждений, возможных для эксплуатации, составляет 3936,49 млн. м3. Значительная часть этого запаса находится на территориях неудобных для проведения лесосечных работ по почвенно-грунтовым условиям.
Традиционная система машин лесозаготовительных предприятий, базирующаяся на тяжелых лесопромышленных тракторах и машинах на их базе, не может обеспечить эффективного освоения таких труднодоступных лесосек, что, наряду со слаборазвитой дорожной сетью, приводит к тому, что использование расчетной лесосеки за 2009 год по СЗФО составляет в среднем 40,56%. Причем, наиболее низкие показатели приходятся на области, имеющие наибольший процент заболоченных и переувлажненных участков - это Республика Коми - 27,2%, Мурманская область - 12,5%; Псковская область - 31,7%. Известно, что недоиспользование расчетной лесосеки приводит к накоплению перестойных древостоев, являющихся повышенным источником опасности лесных пожаров, а также возникновения очагов поражения вредителями и болезнями.
Вместе с тем, далеко не каждое лесозаготовительное предприятие может приобрести систему машин для разработки заболоченных и переувлажненных лесосек, базирующуюся, например, на мобильной канатной трелевочной установке (МКТУ). Поэтому возникает необходимость модификации машин и технологического процесса лесосечных работ для наиболее эффективного использования в рассматриваемых условиях.
Можно рассматривать следующие пути такой модификации: совершенствование путей первичного транспорта леса (трелевочных волоков) и мероприятия по повышению совместимости лесозаготовительных машин с почвогрунтами лесосек.
Цель работы. Разработка методологических основ выбора параметров, позволяющих повысить экологическую и эксплуатационную эффективность лесозаготовительных машин с колесным движителем, на переувлажненных почвогрунтах.
Объект исследований. Почвогрунты переувлажненных лесосек.
Предмет исследования. Процесс деформации переувлажненных почвогрунтов лесосек под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин.
Научная новизна. Разработанные математические модели процесса деформации переувлажненных почвогрунтов лесосек под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин, отличающиеся учетом реологии и несущей способности опорного основания, времени и характера действующих на него нагрузок, позволяют определять возможную работоспособность волоков, углубляют теорию взаимодействия лесозаготовительных машин с поверхностью движения.
Практическая значимость. Результаты исследования позволяют организационно-технологическими мероприятиями повысить работоспособность волоков и уменьшить экологический ущерб при разработке лесосек с переувлажненными почвогрунтами.
Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет хорошей сходимости экспериментальных и теоретических данных.
На защиту выносятся следующие положения:
- Математическая модель процесса деформации переувлажненных почвогрунтов лесосек под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин в зависимости от параметров трактора и характеристик почвогрунта.
- Закономерности колееобразования в переувлажненных почвогрунтах под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин.
- Технологические рекомендации, повышающие эффективность работы колесных лесозаготовительных машин на переувлажненных почвогрунтах.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции Актуальные проблемы развития лесного комплекса (Вологда, 2011 г.); Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка (СПб, 2011 г.); XIII международной молодежной научной конференции Севергеоэкотех-2012 (Ухта, 2012 г.); Научно-технической конференции Наука и образование для лесопромышленного комплекса России (Москва, 2012 г.); и ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТА в 20092012 гг.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 173 с. Диссертационная работа содержит 50 рисунков, 17 таблиц. Список литературы содержит 131 источник.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении сформулированы актуальность темы диссертации, цель исследований, изложены научная новизна и практическая ценность работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
1. Состояние вопроса и задачи исследования
Рассмотрено состояние проблемы, включая перспективные технологии и машины лесозаготовок, история развития механизации лесозаготовок, современные тенденции и средства механизации технологических процессов лесозаготовок, эффективная, экологически адаптированная технология заготовки древесины, пути повышения эффективности эксплуатации колесных лесозаготовительных машин в условиях переувлажненных почвогрунтов, конструктивные особенности и технические решения колесных и колесно-гусеничных ходовых систем, основные параметры, характеристики и технические решения отечественных колесных лесопромышленных тракторов, современные технические решения колесно-гусеничных ходовых систем, особенности работы колесно-гусеничного движителя, показатели и методы оценки физико-механических свойств грунтов и почв, методы определения характеристик прочности и деформируемости грунтов, воздействие лесосечных машин и древесины на почву.
Большой вклад в решение технических, экологических и технологических проблем лесозаготовительного производства, оптимизации состава технологических процессов, систем машин и режимов их работы внесли отечественные ученые Г.М. Анисимов, В.И. Патякин, В.Н. Меньшиков, В.Г. Кочегаров, А.К. Редькин, В.К. Курьянов, А.М. Кочнев, М.М. Овчинников, В.С. Сюнев, И.Р. Шегельман, С.М. Базаров, Э.Ф. Герц, П.Б. Рябухин, О.Н. Бурмистрова, Ю.А. Ширнин, И.В. Григорьев, А.В. Жуков, В.А. Макуев, В.А. Иванов, В.М. Котиков, В.П. Немцов, В.П. Корпачев, В.Н. Андреев, Ю.Ю. Герасимов, Ю.А. Добрынин, М.Н. Лясько, И.М. Бартеньев, А.И. Никифорова, ученые МГУЛ, СПбГЛТУ, ВГЛТА, УГЛТУ, ПетрГУ, САФУ, БрГУ, ЦНИИМЭ, ГСКБ ОТЗ, КарНИИЛПКа, и др.
Анализ работ показал, что в настоящее время математические модели с использованием реологических основ механики почвогрунта весьма сложны, связаны с его показателями, определяемыми в лабораторных условиях, в этой связи необходимо разрабатывать упрощенные математические модели воздействия движителя на почвогрунты.
Колесные тракторы являются перспективной базой для лесозаготовительных машин поскольку, по сравнению с гусеничными, имеют большую производительность за счет более высоких транспортных скоростей. Для широкого внедрения новых машин в практику лесозаготовок необходимо иметь возможность их круглогодичного использования, поскольку сезонность работы техники существенно удлиняет срок ее окупаемости и делает ее приобретение нерентабельным. Для повышения эффективности эксплуатации колесных лесозаготовительных машин на переувлажненных почвогрунтах в теплое время года ведущие фирмы производители лесной техники выпускают моногусеницы. Колеса с гусеницами имеют большее сцепление с почвогрунтом, оказывая на него меньшее давление. Особенно хорошо видно преимущество использования гусениц при работе на мягких и болотистых грунтах.
До настоящего времени не разработаны методики и модели, позволяющие прогнозировать изменения глубины колеи, особенно в переувлажненных почвогрунтах, под воздействием колесно-гусеничного движителя лесозаготовительной машины.
На основании анализа исследования сформулированы выводы и следующие задачи исследования:
- Разработать математические модели процесса деформации переувлажненных почвогрунтов лесосек под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин в зависимости от параметров трактора и характеристик почвогрунта.
- Получить закономерности колееобразования в переувлажненных почвогрунтах под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин.
- Разработать методику экспериментальных исследований и обосновать необходимое число измерений для проведения экспериментальных исследований.
- Экспериментальным путем исследовать деформации переувлажненных почвогрунтов лесосек под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин в зависимости от параметров трактора и характеристик почвогрунта.
- Получить данные об адекватности разработанных математических моделей.
- Разработать технологические рекомендации, повышающие эффективность работы колесных лесозаготовительных машин на переувлажненных почвогрунтах.
2. Математическая модель колееобразования в почвогрунтах колесными и колесно-гусеничными лесозаготовительными машинами
В механике сплошных сред дифференциальные законы связи напряжения и деформации описывают реальные процессы деформирования во времени и допускают их интерпретацию в виде суперпозиции простых механических моделей. С позиции реологической теории почвогрунты в общем случае можно рассматривать как упруго-вязко-пластическую среду, у которой нелинейность обусловлена изменением интенсивности нарастания деформаций с увеличением напряжения, упругость проявляется в наличии восстанавливающих деформаций, вязкость характеризует развитие деформаций во времени, а пластичность определяет развитие необратимой деформации.
Для построения динамической картины состояния почвогрунтов под нагрузкой от движителей лесозаготовительных машин записаны уравнения движения деформируемой среды, тензор напряжений в которых представляется соответствующим тензором деформаций.
инейной упруго-вязко-пластической деформации соответствует уравнение
, (1)
здесь - напряжение, Е - модуль упругости, - вязкость; время релаксации , Т - предельное напряжение, начиная с которого происходят упруго-вязкие деформации, - деформация, t - время.
Придав функциональное представление параметрам в линейной модели, уравнение нелинейной упруго-вязко-пластической деформации записано в виде
. (2)
На основании (2) можно построить уравнение для осадки почвогрунта при действии на него давления со стороны движителя машины
, (3)
здесь р - давление на почвогрунт, х - осадка почвогрунта, Ех , х , рТ - параметры, характеризующие соответственно упругие, вязкие и пластические свойства почвогрунта.
Для лесозаготовительных машин можно принять условие ,
тогда (3) примет вид
. (4)
Введением линейного характера изменения коэффициента вязкости от осадки по мере ее увеличения
, (5)
нелинейное уравнение (4) представляется в виде
, (6)
здесь Ех(х)=С - постоянная Герстнера.
Для лесных почвогрунтов интерес представляет интерес рассмотрение вязкоупругих и вязкопластических моделей, которые можно получить из (6).
Вязкоупругие почвогрунты исследованы на основании решения дифференциального уравнения
, (7)
которое можно записать в виде
, (8)
и после разделения переменных
(9)
и интегрирования получить решение
, (10)
которое можно привести к виду
, (11)
здесь: , , .
Рассматриваемая модель является трех параметрической.
На рис. 1 показан график зависимости x* от t* при а=0.
В начале процесса образования осадки почвогрунта при малых х и t
, (12)
поэтому имеет место линейная связь между временем действия нагрузки и осадкой , которой соответствует уравнение вязкой деформации
. (13)
Рис. 1. Зависимость обобщенной осадки х* от обобщенного времени t* |
Уравнение (13) позволяет определить значение параметра 0. При t, x*=1, из этого становится возможным определение параметра
. (14)
При известных значениях параметров С и 0 параметр определяется по информации о промежуточной осадке.
Колееобразование колесом с жестким ободом. Исследование выполнено при следующих допущениях: обод колеса представляет собой жесткий цилиндр, который не деформируется при нагрузке; повторные движения колеса происходят по той же колее; время восстановления деформаций существенно превышает время между проходами машин.
На рис. 2 показана принципиальная схема образования осадки при n-кратном прохождении колеса машины по одной и той же колее. Длина горизонтальной проекции соприкосновения колеса с почвогрунтом после n-кратного прохода может быть определена на основании выражения
, (15)
в свою очередь осадке соответствует
. (16)
С учетом того, что
, (17)
скорость образования осадки равна
. (18)
Рис. 2. Принципиальная схема образования осадки почвогрунта после n -кратного прохождения по колее: R - радиус колеса, v - скорость движения лесной машины, Р - сила, hn - осадка после n-кратного прохода, - расстояние oт точки контакта колеса с поверхностью почвогрунта |
Уравнение дискретного характера образования осадки колеи для вязкоупругих почвогрунтов при n-кратном проходе принимает вид
. (19)
Из представления силы
, 0a, (20)
следует значение давления
. (21)
После интегрирования (19) по с учетом (21) получена формула для расчета осадки колеи после n-ого прохода колесных лесозаготовительных машин с жестким ободом:
. (22)
Выражение (15) можно записать в виде
. (23)
тогда (22) и (23) позволяют производить последовательные вычисления осадки колеи после каждого прохода, принимая , , , и т.д.
При линейной вязкоупругой реологической модели почвогрунта, уравнение формирование колеи (23) принимает вид
. (24)
Уравнение (24), с учетом (23), может быть приведено к виду
(25)
Здесь , .
Для вязкой реологии параметр С равен нулю, поэтому из (25) следует линейный характер образования осадки от числа проходов
, . (26)
При отсутствии вязкой составляющей 0=0 и (25) принимает вид
. (27)
Колееобразование для упругих почвогрунтов. Для упругих почвогрунтов параметры, характеризующие вязкие свойства, 0==0 , поэтому из (24) следует уравнение для колееобразования в виде
, (28)
с учетом (24), обозначая
, (29)
уравнение (28) принимает вид
. (30)
Введением безразмерных переменных un и n
, (31)
, (32)
, (33)
, (34)
уравнение (30) приводится к виду
. (35)
При n=1 и 0=0, получаем , и .
Далее становится возможным определить u2, 1 и т.д. Вид зависимости обобщенной глубины от числа проходов показан на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость обобщенной глубины колеи от числа проходов |
Эмпирическим обобщением зависимости, представленной на рис. 3, является формула
(36)
или
hn = h1 n1/2 . (37)
Деформирование вязкопластических почвогрунтов. Для вязкопластических почвогрунтов согласно (6) получено уравнение деформативности в виде
, (38)
после его интегрирования получаем связь между временем воздействия лесозаготовительной машины на почвогрунт и осадкой в виде параболы
, (39)
из которого следует, что в начале процесса образования осадки
, (40)
что соответствует линейному уравнению
. (41)
Таким образом, параметр 0 можно определить по развитию начального процесса образования осадки, а по последующей информации.
Колееобразование в вязкопластических почвогрунтах. Исследование картины колееобразования для вязкопластических почвогрунтов можно выполнить на основании уравнения
, (42)
или после интегрирования по получаем уравнение
, (43)
которое с учетом (25) принимает вид уравнения
, (44)
которое позволяет исследовать последовательное увеличение осадки при последовательном проходе по колее колесных лесозаготовительных машин. При =0 уравнение (44) принимает вид квадратного уравнения относительно величины .
При больших скоростях (44) перейдет в
, (45)
и (45) принимает вид квадратного уравнения относительно .
Колееобразование колесно-гусеничными машини. При анализе деформации почвогрунтов колесно-гусеничными машинами приняты допущения: гусеница представляется в виде тонкой ленты, жесткость которой при изгибе вокруг оси, параллельной движению, бесконечно большая; жесткость вокруг другой оси, перпендикулярной первой и лежащей в плоскости ленты, исчезающе мала; ширина ленты равна ширине обода колеса; время восстановления деформации почвогрунта после прохода лесозаготовительной машины много больше времени последующего прохода; прохождение лесозаготовительной машины происходит по одной и той же колее.
Принципиальная схема деформации почвогрунта под колесно-гусеничным движителем лесозаготовительной машины после n-ого числа проходов показана на рис. 4.
Длина проекции области соприкосновения гусеницы с почвогрунтом на горизонтальную плоскость равна
, (46)
здесь горизонтальная проекция деформации колесом равна
. (47)
Рис. 4. Принципиальная схема деформации почвогрунта под гусеницей машины: R - радиус колеса; v - скорость движения лесной машины; Р - сила, hn - осадка после n-кратного прохода; - расстояние oт точки контакта колеса с поверхностью почвогрунта; l - расстояние между колесами тандемной тележки |
Осадка почвогрунта может быть представлена выражением
. (48)
После дифференцирования по времени получено представление
, (49)
и скорость образования осадки
. (50)
Сила деформации, согласно (46), равна
, (51)
где b - ширина гусеницы.
Для вязкоупругой модели получено выражение
.(52)
Тогда (51) принимает вид
. (53)
Из (23) следует
, (54)
и формула (52) примет вид
. (55)
из которой следует выражение для определения давления на почвогрунт
. (56)
На основании (53) и (56) получаем
. (57)
При l=0, что соответствует условию движения колесных лесных машин с жестким диском, формула (57) переходит в
. (58)
В том случае, когда выполняется условие l>>а (57) принимает вид
. (59)
Полученные формулы позволяют по заданной реологии почвогрунта последовательно определять осадку при известной осадке от предшествующего прохода. Приняв начальное условие h0=0, можно последовательными решениями построенных уравнений определять глубину образующейся колеи в результате очередного прохода лесозаготовительной машины. Для первого прохода получаем осадку , и согласно (59) получаем уравнение
, (60)
решение которого позволяет определить глубину колеи после первого прохода. Далее
, Е, , (61)
При малых скоростях движения машины (59) переходит в
, (62)
поэтому для глубины колеи после первого прохода лесозаготовительной машины получаем формулу
. (63)
Сравним образование колеи в почвогрунтах колесно-гусеничными и колесными машинами. Согласно динамическим испытаниям грунтов, реологические свойства которых описываются уравнением (6) при 0=0, зависимость осадки от числа ударов постоянной силы имеет вид
, (64)
такая одно параметрическая зависимость позволяет по глубине первого прохода определять все последующие.
Согласно (61)(63) получаем
. (65)
Тогда . (66)
После первого прохода глубина колеи равна после второго , после третьего , после четвертого и т.д. Отметим, что условие малости скорости движения лесозаготовительной машины эквивалентно условию =0, которое характеризует почвогрунты как упруго деформируемые.
3. Методика и аппаратура экспериментальных исследований. Для проверки адекватности теоретических положений были проведены лабораторные и производственные экспериментальные исследования, в ходе которых использовался почвогрунт, отобранный на лесосеках в Киришском лесничестве Ленинградской области. Исходная плотность составляла 0=750-850 кг/м3, которую принимали в качестве начальной плотности. Для формирования образцов и придания грунту разной плотности использовался прибор стандартного уплотнения и с его помощью создавались опытные образцы трех категорий плотности: I =1,351,45, II =1,451,55 и III =1,551,65 т/м3. Пределы пластичности почвогрунта определялись с использованием стандартного балансирного конуса А.М. Васильева. Модули упругости и деформации грунта определялись с помощью настольного рычажного пресса. Опытным путем были определены влажность на границе текучести WТ=44% и влажность на границе раскатывания Wр=32%. Было установлено число пластичности для данного почвогрунта Wпл=12 и в дальнейшем он был классифицирован по влажности с выделением категорий влажный и переувлажненный.
Для лабораторных испытаний почвогрунта использовался метрологически поверенный электронный динамометр сжатия ДОС-3-И, включающий тензодатчик 101ВН и индикаторный терминал R320 с обработкой результатов с помощью специального программного обеспечения и ретрансляцией данных в приложениях Excel. В ходе испытаний фиксировались: а) эпюры вертикальных напряжений в зависимости от соответствующих относительных деформаций образцов; б) предельная нагрузка, при которой образец разрушался и соответствующие этому значению предельных величин относительной вертикальной деформаций.
На следующем этапе испытаний оценивалось влияние цикличности вертикальных нагрузок на процесс деформации почвогрунта. В качестве постоянной (фиксированной) принималась нагрузка, равная 7080% от предельной разрушающей нагрузки. Принимая во внимание, что диапазон изменения плотности образцов (=1,371,65 т/м3) в 1,82 раза превышает начальную плотность 0=0,750,85 т/м3, были приняты следующие допущения: основная фаза уплотнения почвогрунта реализована в процессе формирования образцов и в ходе циклической нагрузки восстановленная (упругая) деформация суммируется с остаточной (вязкопластической) деформацией, после чего определяют истинную деформацию.
Экспериментальные исследования в производственных условиях, с целью получения закономерностей колееобразования в переувлажненных почвогрунтах под воздействием лесозаготовительных машин с различными движителями, проводились в октябре 2011 г в условиях Пчевжинского участкового лесничества Киришского лесничества филиала ЛОГБУ Леноблес. Эксперимент проводился на лесосеке, находящейся в 161 квартале, включающей в себя 6 выделов: 4, 6, 7, 8, 15, 19. Общая площадь лесосеки - 13,4 га. Вид рубки - сплошная санитарная. Целевое назначение лесов: эксплуатационные леса. Объем заготовки древесины - 2927 м3. Состав насаждения: 5Е3Ос2Б. Средний объем хлыста: 0,35 м3. Запас леса на гектаре: 218 м3. Рельеф - равнинный.
В производственных условиях проводился пассивный эксперимент, заключающийся в измерении глубин колеи, образующейся после каждого прохода форвардера Джон Дир 1110 D с колесным движителем, а затем этого же форвардера с моногусеницей.
4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований. Основными задачами, решаемыми при помощи экспериментальных исследований, являлись: получение сведений об адекватности разработанной математической модели оценки процессов деформирования переувлажненного почвогрунта под воздействием лесозаготовительных машин с колесными и колесно-гусеничными движителями, а также получении закономерностей колееобразования в переувлажненных почвогрунтах под воздействием машин с колесным и колесно-гусеничным движителем.
Образование колеи от прохода техники по волоку рассматривается как негативный экологический фактор и как фактор, лимитирующий работоспособность волока. Под работоспособностью волока понимается количество грузовой работы, после которой он уже не может обеспечить нормальную работу (проезд) машины. Это связано с тем, что при превышении глубины колеи на волоке клиренса лесозаготовительной машины она уже не может по нему передвигаться.
Для установления закона распределения была выполнена статистическая обработка данных. Статистический анализ и обработка данных выполнены на ПЭВМ, с использованием специальных пакетов прикладных программ (Excel, Statistica и Mathcad). Результаты статистической обработки показали, что сначала наблюдается интенсивный рост глубины колеи с увеличением количества проходов лесозаготовительной машины, вызванный разрушением верхнего и уплотнением нижнего слоя. В дальнейшем интенсивность колееобразования либо уменьшается (машина с колесно-гусеничным движителем), либо увеличивается (машина с колесным движителем).
Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических данных показал, что расхождение опытных и расчетных величин колееобразования не превышает 8,5%. Таким образом, выполненные исследования подтверждают правильность теоретических положений при реализации математической модели циклического колееобразования в переувлажненном почвогрунте.
Технологический анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал, что в условиях работы лесозаготовительных машин на переувлажненных почвогрунтах в теплый период необходимо использовать специальные схемы размещения трелевочных волоков, или принимать меры по модификации машин путем оснащения их моногусеницами. Однако, эти мероприятия существенно увеличивают трудоемкость подготовительных и вспомогательных работ, поэтому перед принятием решения об использовании специальных схем разработки лесосеки или оснащении машин гусеницами необходимо выполнить расчет грузовой работы и грузонапряженности волоков, а также прогнозный расчет конечной величины колеи. Это позволит не увеличивать, без необходимости, трудозатраты на прокладку лишних волоков или монтаж и демонтаж гусениц.
Полученные результаты дают основание использовать результаты математического моделирования при прогнозах развития процессов деформации почвогрунта под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин.
Основные выводы и рекомендации:
- Колесные тракторы являются перспективной базой для лесозаготовительных машин поскольку, по сравнению с гусеничными, имеют большую производительность за счет более высоких транспортных скоростей. Для широкого внедрения новых машин в практику лесоэксплуатации необходимо иметь возможность их круглогодичной эффективной эксплуатации, поскольку сезонность работы техники существенно удлиняет срок ее окупаемости и делает ее приобретение нерентабельным.
- Динамическая картина деформирования почвогрунтов под нагрузкой может быть получена на основании решения уравнений движения деформируемого материала, записанных с позиции механики сплошных сред и замыкаемых соответствующей ему феноменологической реологической моделью.
- Колееобразование в почвогрунтах наследует их реологию, поэтому с феноменологических позиций связь напряжение - деформация можно представить в виде давление - глубина осадки. Такой подход позволяет исследовать динамику деформируемости почвогрунтов и проходимость в зависимости от числа проходов.
- Для упругого и вязкоупругого деформирования получена одно параметрическая формула для расчета глубины колеи от числа проходов колесных машин в виде степенной зависимости.
- Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических данных показал, что расхождение опытных и расчетных данных не превышает 8,5%. Таким образом, выполненные исследования подтверждают правильность теоретических положений при реализации математической модели циклического колееобразования в переувлажненном почвогрунте.
- При составлении технологической карты на разработку лесосеки в условиях работы лесозаготовительных машин на переувлажненных почвогрунтах в теплый период необходимо использовать специальные схемы размещения трелевочных волоков, например, радиальную, или принимать меры по модификации машин путем оснащения их моногусеницами. Однако, эти мероприятия существенно увеличивают трудоемкость подготовительных и вспомогательных работ, поэтому перед принятием решения об использовании специальных схем разработки лесосеки или оснащении машин гусеницами необходимо выполнить расчет грузовой работы и грузонапряженности волоков, а также сравнительный прогнозный расчет конечной величины колеи для колесного движителя, по выражению (23), и для колесно-гусеничного движителя, по выражениям (63) и (64). Это позволит не увеличивать, без необходимости, трудозатраты на прокладку лишних волоков или монтаж и демонтаж гусениц.
- Полученные результаты дают основание использовать результаты математического моделирования при прогнозах развития процессов деформации почвогрунта под воздействием колесных и колесно-гусеничных лесозаготовительных машин.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
- Базаров С.М., Барашков И.А., Никифорова А.И., Хахина А.М. Математическая модель колееобразования в почвогрунтах под воздействием лесных машин // Известия СПбГЛТА, 2011. № 197, С. 54-65. (доля участия 35%)
- Базаров С.М., Барашков И.А., Никифорова А.И., Хахина А.М. Теория колееобразования в почво-грунтах под воздействием гусеничных лесных машин // Известия СПбГЛТА, 2012. № 198, С. 59-70. (доля участия 35%)
- Никифорова А.И., Язов В.Н., Барашков И.А., Хахина А.М. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния почвогрунта при его уплотнении в процессе маневрирования трелевочной системы // Научное обозрение, 2012. № (доля участия 35%)
- Григорьев И.В., Лепилин Д.В., Барашков И.А. Обоснование расчетных схем при теоретических исследованиях динамического уплотнения почвогрунта трелевочной системой // Технология и оборудование лесопромышленного комплекса Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 1. СПб.: ЛТА 2008 г. С. 1120. (доля участия 35%)
- Вовченко Н.Д, Лепилин Д.В., Барашков И.А. Сравнительный анализ эффективности ручных приборов для определения плотности почвы / Технология и оборудование лесопромышленного комплекса Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 4. СПб.: ЛТА 2009 г. С. 5761. (доля участия 35%)
- Барашков И.А. Особенности разработки заболоченных и переувлажненных лесосек / Материалы международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка. СПб.: СПбГЛТУ, 2011. С. 256260.
- Григорьев И.В., Жукова А.И., Барашков И.А., Свойкин Ф.В. Разработка лесосек на заболоченных участках // Дерево.ру, 2011. № 6, С. 7884. (доля участия 30%)
Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д.212.220.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер. д. 5.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям