автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров колесного трелевочного трактора с целью снижения циркуляции мощности в трансмиссии

СИВКОВ Евгений Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕСНОГО ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ

05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 АПР 2014

005547350

Санкт-Петербург — 2014

005547350

СИВКОВ Евгений Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕСНОГО ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ

05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

Работа выполнена на кафедре «Технология лесозаготовительных производств» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» (СПб ГЛТУ)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Кочнев Александр Михайлович, доктор технических наук, профессор

Павлов Александр Иванович доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет»

Васякин Евгений Алексеевич, кандидат технических наук НТЦ «Лесные технологии и машины»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»

Защита диссертации состоитя « 05 » июня 2014 г. в 11 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.220.03 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» (194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер. 5-1, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на '^еЬ-сайте СПбГЛТУ: ftacademy.ru

Автореферат разослан « 03 » апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

Алексей Романович Бирман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Научно-технический прогресс в лесозаготовительной промышленности нацелен во многом на повышение эффективности лесозаготовительного производства, которое определяется совершенствованием технологии работ, типом и техническим уровнем лесозаготовительных машин и эффективностью их использования. Известно, что технология лесозаготовок в Скандинавских странах в основном (на 80...90 %), а в странах Северной Америки на 60...70 % ориентируется на заготовку древесины с трелевкой колесными машинами различных типов, обладающих высокими рабочими скоростями движения, хорошей проходимостью, а также более комфортными условиями труда оператора.

Отличительной особенностью указанных машин является наличие жестко блокированной, т. е. бездифференциальной трансмиссии, применение которой в первую очередь продиктовано условиями их работы и отсюда стремлением повысить их проходимость. Однако, при указанном приводе, скорости вращения колес осей трактора одинаковы во всех случаях его движения, в связи с чем между колесами трактора и опорной поверхностью могут возникать значительные силы. При этом детали трансмиссии нагружаются дополнительным моментом, а через механизмы трансмиссии передается дополнительная «паразитная» мощность, увеличивающая их износ и нагрузку на двигатель, а также расход топлива. Все это приводит к снижению эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов и сокращению срока их службы. В этой связи тему диссертации можно считать актуальной.

Степень разработанности темы исследования. Теоретические аспекты возникновения циркулирующей «паразитной» мощности в механизмах бездифференциального автомобиля были подробно рассмотрены в трудах академика Чудакова Е.А и его учеников в середине прошлого столетия. Как показал анализ открытых литературных источников, глубоких научных исследований циркуляции «паразитной» мощности в трансмиссии мобильных транспортных машин сельскохозяйственного, промышленного и другого назначения не проводилось, а применительно к лесозаготовительным машинам на колесной базе они полностью отсутствуют.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов путем обоснования конструктивных параметров и режимов эксплуатации, позволяющих снизить величину «паразитной» мощности, циркулирующей в их трансмиссии.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Обосновать и составить эквивалентные расчетные схемы динамической системы «движитель - трактор — пачка древесины» с учетом конструктивных особенностей трактора и неголономных связей в точках контакта движителя и пачки с опорной поверхностью.

2. Разработать и исследовать математические модели взаимодействия трелевочного трактора колесной формулы 4К4 и 6К6 с пачкой древесины и воло-

ком, позволяющие определить статические и динамические составляющие нагрузки, приходящиеся на движитель трактора в различных режимах его эксплуатации.

3. Разработать и исследовать математические модели циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 в различных режимах его эксплуатации.

4. Разработать методику исследований, комплекс электроизмерительной аппаратуры и провести исследовательские испытания циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов.

5. Оценить адекватность разработанных математических моделей реальным процессам, происходящим в трансмиссии трактора при его взаимодействии с опорной поверхностью.

6. Теоретически и экспериментально обосновать наиболее рациональные конструктивные параметры трактора и режимы его эксплуатации, позволяющие снизить величину «паразитной» мощности, циркулирующей в его трансмиссии.

Научной новизной обладают:

1. Математические модели взаимодействия трелевочного трактора колесной формулы 4К4 и 6К6 с пачкой древесины и волоком с учетом общей динамики трелевочной системы и неголономных связей в точках контакта движителей и пачки с опорной поверхностью.

2. Математические модели циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 с учетом конструктивных особенностей трактора и специфики условий работы в лесу.

3. Методика и комплекс электроизмерительной аппаратуры для исследования циркуляции мощности в трансмиссии колесных трелевочных тракторов.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований наличия и величины «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии колесных трелевочных тракторов.

Теоретическая значимость. Заключается в создании математических моделей оптимизации параметров колесных трелевочных тракторов, определяющие критерии снижения циркуляцию «паразитной» мощности в их трансмиссии и таким образом повышать их эксплуатационную эффективность, углубляющих теорию движения трелевочной системы.

Практическая значимость. Разработанные математические модели, реализованные в виде готовых программ для ЭВМ, позволяют на стадии проектирования выбирать рациональные конструктивные параметры колесного трелевочного трактора, обеспечивающие уменьшение циркулирующей «паразитной мощности» в трансмиссии, снижая тем самым трудоемкость НИР и ОКР, а рекомендации по рациональным режимам эксплуатации - разрабатывать технико-технологические мероприятия при их эксплуатации.

Методология и методы исследования. Достижение результатов исследования получено на основе системного подхода, детерминистских методов анализа, математического моделирования, методов статистической динамики, использования программного обеспечения.

Положения, выносимые на защиту:

- Математические модели взаимодействия трелевочного трактора колесной формулы 4К4 и 6К6 с пачкой древесины и волоком, учитывающие общую динамику и неголономные связи в точках контакта движителей и пачки с опорной поверхностью;

- Математические модели циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 в различных режимах их эксплуатации;

- Методика проведения исследовательских испытаний циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 и средства измерения;

- Основные пути повышения эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов путем снижения величины «паразитной» мощности, циркулирующей в их трансмиссии.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается положениями теории дифференциальных исчислений, проведением экспериментальных исследований в производственных условиях и адекватностью полученных теоретических и экспериментальных результатов.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и получили одобрение и дипломы в номинации «Новизна» на научно-технических конференциях Сыктывкарского лесного института (20092014 гг.), Петрозаводского государственного университета (2011 г.) и Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (2012-2014 г.г.), X Международной научно-практической конференции «Перспективные научные исследования - 2014. Наука и технологии: шаг в будущее - 2014» (2014 г.).

Основные научные и практические результаты диссертационной работы апробированы и приняты к внедрению в ООО «ЛесМашЦентр Валмет» при разработке технологической документации лесопромышленных тракторов, в ООО «Лузалес», в ООО «Сыктывдинский ЛПК» при корректировке текущей технической документации по использованию существующей на предприятии техники, а также внедрены в учебный процесс кафедры «Машины и оборудование лесного комплекса» Сыктывкарского лесного института (филиал) ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 11 публикаций без соавторов, 1 монография, 4 работы опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Общий объем диссертации 173страницы, в том числе 45 рисунков, 20 таблиц. Список использованных источников составляет 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, раскрыта научная новизна работы, ее практическая и научная значимость. Содержатся сведения о структуре и объеме диссертации.

Первый раздел посвящен анализу условий эксплуатации колесных трелевочных тракторов и их конструктивных особенностей, особое внимание уделено конструктивным особенностям 1рансмиссии, приводящим к возникновению в ней циркулирующей «паразитной» мощности, оказывающей отрицательное воздействие на эксплуатационную эффективность трактора.

Выполнен анализ работ предшественников по исследованию циркуляции мощности в трансмиссии мобильных машин различного назначения, среди которых основополагающими следует считать труды акад. Чудакова Е.А. и его учеников.

Однако, несмотря на глубокие фундаментальные исследования Чудакова Е. А. в данной области, их результаты применимы только к автомобилям, так как не учитывают специфики работы машин в лесу, кроме того, в указанных работах рассматривается взаимодействие колес с опорной поверхностью только в статике, без учета динамической нагрузки на колесо, которая, как показывают проведенные целым рядом авторов исследования, может достигать значительных величин. Кроме того в трудах академика Чудакова Е. А. рассмотрена только тангенциальная (окружная) жесткость колеса машины, без учета его вертикальной жесткости. Вопросы влияния колебаний многоосной машины на нагруженность трансмиссии и потери энергии в ней затрагивались также в работах Смирнова Г. А. и Аксенова П. В. Как показал анализ опубликованных открытых литературных источников глубоких научных исследований в направлении оценки циркуляции мощности в трансмиссии мобильных машин не проводилось.

Значительный вклад в развитие теории взаимодействия лесных машин с предметом труда и волоком внесли Анисимов Г.М., Александров В.А., Жуков A.B., Котиков В.М., Кочнев А.М., Добрынин Ю.А., Провоторов Ю.И., Семенов В.М., их ученики, а также целый ряд других исследователей. Однако вопросы возникновения и циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов остались практически неисследованными. Поэтому повышение эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов путем обоснования конструктивных параметров и режимов эксплуатации, позволяющих снизить величину «паразитной» мощности, циркулирующей в их трансмиссии, является важной и актуальной задачей.

Во втором разделе с учетом поставленных задач исследования, а также опираясь на анализ динамических параметров и показателей рассматриваемого трелевочного трактора, его конструктивные особенности и проведенные расчеты, для исследования вопросов взаимодействия колесного трелевочного трактора 4К4 с волоком, предложена эквивалентная динамическая схема, рис. 1, и определены силы, действующие на систему.

Рис. 1. Эквивалентная динамическая схема системы «трактор 4К4 - пачка - волок»

В общем случае на рассматриваемую динамическую систему, действуют два рода сил и моментов - консервативные силы и моменты - Ре\ Р82, Р ' Рв*, Ре5, Р*, Р{, Рт Р/, Р*и неконсервативные силы и моменты - Р,1, р}, Ркр. При составлении уравнений движения рассматриваемой системы примем следующие допущения: трактор с пачкой древесины движется прямолинейно, равномерно, без спусков и подъемов; колеса совершают безотрывное движение; жесткости шин, пачки и гидрополиспаста технологического оборудования постоянны, демпфирующие сопротивления пропорциональны первой степени скорости деформации; трелевочная система симметрична относительно своей продольной плоскости; давления воздуха в шинах правого и левого борта равны, радиусом качения каждой оси является среднеарифметическое значение радиусов качения колес правого и левого бортов, деформация опорной поверхности отсутствует, колебания масс системы малые.

В основу получения уравнений (1), описывающих взаимодействие трелевочного трактора колесной формулы 4К4 с пачкой древесины и волоком с учетом неголономных связей положены уравнения Лагранжа второго рода с неопределенными множителями.

+ ахг2 + а„0- а14а + ¿13/?2 + Ь„а2 = 2>,х + ¿Х* + + + Ж + Ж + + Р'х + + Рк

апХ + а21Ё + аир + а»а - Ъггрг + Ь24а2 = + + + + 2>£ + Р* + ^ + + Кх + Рк

а31Х + а32г + апр + ама - Ьпрг + Ьма2 = 5>£ + + +

+ ^ + 2*5? + + + +Ре%+Р?р +Р<Х„ + + > а)

Яля Ргрй + К-ГПЙ + Ртл

п

Нр^' КГЦ 7" "га/г * гпр т ™ +

-аиХ + ап2 + а„р + а„а -Ьп0г — А„а2 + Ка +*та +Рп,а + Р£а + К^а +

«¿3 = + Р& з + ; = Р3| + РА\ + Р5| + Д* +

аЛ, = < + + + М» + М» + <

= М"г + М?г +Л//2 +м[2 + М?2 = 1...2,

г/аг

У

где: М%=С*{<рп/ы-<рк1-11^и - моменты в упругих и дис-

сипативных элементах на участках «полуось ведущего моста - ступица колеса» для передней и задней оси трактора.

Как показывает практика взаимодействия колес трактора 4К4 с опорной поверхностью он может иметь пять периодов движения:

1-й период. Колеса обеих осей пробуксовывают.

2-й период. Колеса большего радиуса пробуксовывают, а меньшего - имеют чистое качение.

3-й период. Колеса обеих осей имеют чистое качение.

4-й период. Колеса меньшего радиуса проскальзывают, а большего - имеют чистое качение.

5-й период. Колеса обеих осей проскальзывают.

Составлены схемы распределения мощности в трансмиссии трелевочного трактора колесной формулы 4К4 и выражения для определения ее величины для всех обозначенных выше периодов движения, одна из которых представлена на рис. 2, где: М и М2 - мощности, подведенные к колесам осей 1 и 2;

2 ! 1Л \ Мщ,

\ чХ/ / 1

\ vTv/ —*-ч к, У

К * к,' > '«Л /////

Рис. 2. Схема распределения мощности в трансмиссии трелевочного трактора колесной формулы 4К4. Ось 1 — ведущая, ось 2 - тормозящая, трактор - ведущий

ТУ], N2 - мощности, передаваемые через колеса осей 1 и 2 (мощности Л^ и Лу увеличенные или уменьшенные в связи с потерей на качение колес; N1, N2 — мощности, передаваемые через колеса осей 1 и 2 увеличенные или уменьшенные в связи с потерей на трение в главных передачах и колесных редукторах; и N¿1 — мощности, передаваемые от осей к трактору или от трактора к осям; - суммарная мощность, переданная от обеих осей к трактору или от трактора к обеим осям; Л^ и Л^ — мощности, затрачиваемые на преодоление сопротивления качению колес осей 1 и 2; Л^ и Л^ - мощности, затрачиваемые на трение в главных передачах и конечных редукторах осей 1 н2;Л^е- мощность, подведенная от трансмиссии к обеим осям или отведенная от осей к трактору; Ып — «паразитная» мощность.

Для рассматриваемого периода движения циркулирующая в трансмиссии мощность будет определяться следующими выражениями:

Л*,

\=Рк1-х\ м2=(-рК2 +/-г2)-х ; ы-2 = и2

Чгп\

N1 =0,5

С* .ч

N. = ЛГ, - М2 =

Л\

■//г

■2 +Nf

+ ЛГ, \Nn~N2.

где Ра - свободная сила тяги.

-У

В третьем разделе с учетом положений, изложенных в подразделе 3.1. диссертации, поставленных задач исследования, а также опираясь на анализ динамических параметров и показателей рассматриваемого сортиментовоза, его конструктивных особенностей и проведенные расчеты для исследования вопросов взаимодействия сортиментовоза колесной формулы 6К6 с волоком предложена эквивалентная динамическая схема, рис. 3, и определены силы, действующие на систему. При составлении уравнений движения (3) сортиментовоза по опорной поверхности приняты допущения, аналогичные допущениям, изложенным в разделе 2 диссертации и использованы уравнения Лагранжа второго рода с неопределенными множителями.

^X+aJ+^a+b^ +buá} = Ж+Ж + Ш + Ж + Ж + Ж* ^

a^Z + a^p + a^a+bvp1 +b2Aá2 = Ж+Ж + + P¿+P¿

а»Х + anZ + ап'р + b^fi2 = + !>,/ + + + + I>í + ZpJ + + Pf, + P3'f + />,? + P,¡ + M"f + M% l (3)

a<xX + aA2Z + aua + búa = Zfií + Жа + + H,P¿a + M"a + Mtá + Pía + PL + Pía + Рга + P3a + Rlá + téá + Ría + R?á

aA=<+<+<+<+aJ>n =M?2 +< +м{2 +л4

i = 1...3

На рис. 4 приведена схема распределения мощности по отдельным элементам ведущей балансирной тележки сортиментовоза 6К6 в случае, когда ось 2 является ведущей, ось 3 — тормозящей, а сортиментовоз в целом — ведущим.

Рис. 4. Схема распределения мощности в системе двухосной ведущей балансирной тележки сортиментовоза 6К6. Ось 2 — ведущая, ось 3 — тормозящая, сортиментовоз — ведущий

Рис. 3. Эквивалентная динамическая схема системы «сортиментовоз 6К6 - волок»

Для рассматриваемого периода движения циркулирующая в трансмиссии сортиментовоза 6К6 мощность будет определяться следующими выражениями:

-1 Л

~<ркг+ра + /-(г2+гъ) х.

N.

ГК2 ■

X = 0,5-

С$

м3=(-ркз + /-г3)-х = о,5

°3

■X,

N. =

N2 ЧГП2

>

(4)

-щ=ра-х\ лг/2=/.г2-х; ы/з =/-г3-х\

ыГП1=ы2-(^-т]ГП2у, Nгц3 = N3 -(1-7гяз); лг, = - = + ыШ2 + мпп+к/2 + м/}; лг„ =лг," ^

В четвертом разделе определены задачи исследовательских испытаний и круг измеряемых параметров. Основными задачами испытаний являлись:

— проверка адекватности разработанных математических моделей реальным динамическим системам;

— оценка условий возникновения и величины паразитной мощности, циркулирующей в трансмиссии колесного трелевочного трактора;

— исследование влияния ряда конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на величину паразитной мощности, циркулирующей в трансмиссии колесного трелевочного трактора.

В соответствии с поставленными задачами исследований было проведено многофакторное планирование эксперимента, где в качестве варьируемых параметров были выбраны: Мп - масса трелюемого (перевозимого) пакета древесины; Ркр - крюковая сила тяги трактора; о — поступательная скорость движения трактора; и разработан мобильный комплекс электроизмерительной аппаратуры. Применение указанных схемных решений комплекса позволило значительно повысить информационную емкость записи, упростить процесс записи, сократить общее время проведения испытаний. Объектом исследовательских испытаний являлся сортиментовоз ШЛК-6-04. Суммарная погрешность измерения исследуемых параметров находилась в пределах 2,5...3,5 %.

В пятом разделе даны результаты оценки адекватности разработанных математических моделей реальным динамическим процессам. Результаты проверки показывают, что расхождение величин времени корреляционной связи между ординатами процессов, полученных экспериментальным и расчетным путем, составляет порядка 12 %, а расхождение между спектрами дисперсии случайных процессов и их частотными составами не превышает 15%.

Результатом обработки экспериментального материала исследований циркуляции «паразитной» мощности в трансмиссии сортиментовоза ШЛК-6-04 явилось получение математической модели второго порядка, адекватно описывающей влияние исследуемых факторов на оценочный показатель ЫБъ

у = 0,0074 + 0,0153 Х\ + 0,0275 Х2 + 0,0394 Х3 + 0,0894 ХхХ2 + + 0,012 Х2ХЪ - 0,0023 Х,Х3 + 0,0457 Х22 + 0,0387 Х32

Интерпретационный анализ полученной математической модели показывает, что основными параметрами, влияющими на возникновение циркулирующей «паразитной» мощности в трансмиссии являются: поступательная скорость ее движения и сила тяги на крюке. Уравнение регрессии для натуральных значений факторов выглядят следующим образом:

Л'ьт = 0,34 +0,41Ф/П+ 1,71 • 10~2 -Рцр + 17,97-10Ч V + 7,78-10^ ■ МпР,р + + 0,132 Мп V- 4,50-10~3 Ркр У+ 22,56-Ю-5 Р2^ + 5,2-10~2 -V2 (6)

Графическое изображение поверхностей отклика для фиксированых значений массы перевозимого пакета древесины, Мп= 0 т представлено на рис. 5.

Результаты исследовательских испытаний циркуляции мощности в трансмиссии сортиментовоза ШЛК-6-04 представлены на рис. 6. Анализ полученных результатов исследований показывает, что «паразитная» мощность, циркулирующая в бапансирной тележке сортиментовоза ШЛК-6-04 существенно зависит от скорости его поступательного движения, увеличиваясь, например, с 3,0. ..8,2 кВт на скорости 4,3 км/ч до52,0...63,0 кВт на скорости 18,0 км/ч при практически близкой к постоянной нагрузке на крюке (Ркр = 8,9...9,4 кН). Увеличение Рщ, не оказывает такого, как поступательная скорость движения, влияния на величину «паразитной» мощности, циркулирующей в балансирной тележке, а в отдельных случаях даже приводит к снижению, достигая значений, близких к нулю при Ркр больших 3,5 кН.

Рис. 5. Влияние поступательной скорости движения сортиментовоза и усилия на его крюке на величину паразитной мощности, циркулирующей в трансмиссии при Мп = 0т

гада 60,00 • Й \

/ Т

/ /

/ /

/ И/

/

8» /

О.Ю «Я 1.1В ЩЯ 1М0 ЮЯ М.М

Рис. 6. Зависимость «паразитной» мощности, циркулирующей в балансирной тележке сортиментовоза ШЛК-6-04 от поступательной скорости его движения, Рф = 9,0 кН

Используя полученную в разделе 3 диссертации математическую модель взаимодействия трактора колесной формулы 6К6 с волоком был осуществлен расчет рациональных конструктивных параметров балансирных гележек перспективного колесного сортиментовоза ОАО «ОТЗ» ТКЛ-б-04. За основные условия эксплуатации указанной машины принимались: дорога с асфальтобетонным покрытием, лесная песчано-гравийная дорога и трелевочный волок при объеме трелюемой пачки древесины для трактора ТКЛ-6-04 - 20 м3.

Результаты проведенных исследований, рис. 7, показывают, что основное влияние на величину коэффициента перераспределения нагрузок по колесам тележки Кт как порожнего, так и груженого сортиментовоза оказывают: дорожные условия - величины коэффициентов сопротивления качению/и сцеплению <р\ тип привода в тележке; соотношение плеч балансиров - /2 / /з и радиус колеса Як. На величину Кт оказывают также влияние длина балансира /з; соотношение вертикальных жесткостей шин С?г /С^з; высота преодолеваемого препятствия /г„. Результаты исследований показывают также возможность унификации балансирных тележек колесных лесопромышленных тракторов ОТЗ класса тяги 40 кН - сортиментовоза ТКЛ-6-04 и трелевочного трактора ТКЛ-6-02 - по целому ряду конструктивных параметров. При этом их рациональные величины должны составлять: для блокированного привода: /2/ /3 = 1,0; Ь = 0,25...0,30 м; Як = 0,80...0,90 м и а = 15 град; для индивидуального (мотор - колесо): /2/ /3 = 0,25...0,40; Ь — 0; Як = 0,80...0,95 м и а = 0. Нижний предел радиуса колеса тележки следует устанавливать с учетом дорожного просвета трактора. Изменение Як в указанном диапазоне может быть осуществлено установкой шин с регулируемым давлением воздуха.

0,2 0,4 0,6 0,8 ЬДз 0,2 0,4 0,6 0,8 |2/|3

—---------------- -1---2

Рис. 7. Рациональные значения конструктивных параметров балансирной тележки: а) - сортиментовоза ТКЛ-6-04:1 - волок; II - лесная дорога; I - С>п = 0 м3, 2 - С>п = 20 м3; б) - трелевочного трактора ТКЛ-6-02:1 - волок; II - лесная дорога; 1 - СЬ = 0 м3, 2 - С2П = 16 м3

Полученные в результате теоретических исследований зависимости изменения величины коэффициента Кт от суммарных жесткостей шин переднего С2] и заднего С^ мостов для порожнего и груженого трактора колесной формулы 4К4 представлены на рис. 8.

Рис. 8. Зависимость коэффициента равномерности распределения нагрузок по осям трактора ТКЛ-4-01 от суммарной вертикальной жесткости шин переднего C\Z и заднего C2Z ведущих мостов: а - холостой ход; б - грузовой ход , Мп = 5000 кг

Анализ полученных зависимостей показывает, что в случае холостого хода значения Кт близкого к 1 можно добиться увеличением С2! до 1500 кН/м при одновременном снижении суммарной жесткости Cz2 до 900 кН/м, что объясняется неравномерной развесовкой трактора по передней и задней осям, заложенной в его конструкцию - 65 % веса на переднюю ось и 35 % - на заднюю. Наличие пачки древесины с точкой приложения ее веса, вынесенной за базу трактора, приводит к обратному перераспределению нагрузок по осям трактора и значительной догрузке колес задней оси. В указанном случае добиться значения Кт близкого к 1 можно увеличением CL2 до 1400 - 1500 кН/м при соответствующем уменьшении Сгi до 900 - 1000 кН/м.

Анализ влияния изменения массы трелюемой пачки древесины Мп на величину Кт показывает, что ее увеличение до Мп = 1950 кГ приводит к увеличению значения коэффициента Кт и для интервала 1950 - 2200 кГ к практически равномерному распределению нагрузок по осям трактора. Дальнейшее увеличение массы трелюемой пачки древесины ведет к увеличению нагрузки на заднюю ось трактора и как следствие - к возникновению кинематического рассогласования колес и росту склонности трактора к возникновению в его трансмиссии циркулирующей «паразитной» мощности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Отличительной особенностью колесных трелевочных тракторов является наличие жестко блокированной бездифференциальной трансмиссии. Наряду с повышением их проходимости это приводит к возникновению в трансмиссии циркулирующей дополнительной «паразитной» мощности, которая увеличивает износ ее деталей, нагрузку на двигатель, а также расход топлива и износ шин.

2. Существующие математические модели для оценки «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии, применимы только к автомобилям и не учитывают конструктивных особенностей и условий эксплуатации колесных трелевочных тракторов. Они также не учитывают вертикальную жесткость крупногабаритных шии низкого давления и наличие неголономных связей в точках контакта движителя с опорной поверхностью.

3. Исследования показали, что «паразитная» мощность циркулирующая в трансмиссии трелевочного трактора существенно зависит от скорости его поступательного движения и может достигать значений в 50...60 % от номинальной мощности его двигателя. Увеличение массы трелюемого пакета древесины и соответственно крюковой силы тяги трактора приводит при определенных режимах его движения к снижению «паразитной» мощности, достигая значений, близких к нулю при Рц, больших 3,5 кН.

4. Оценку наличия и величины «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии трелевочного трактора колесной формулы 4К4 и 6К6, рекомендуется проводить с использованием разработанных математических моделей их взаимодействия с пачкой древесины и волоком, учитывающих общую динамику и неголономные связи в точках контакта движителей с опорной поверхностью. Адекватность полученной математической модели подтверждена проведенными экспериментальными исследованиями, расхождение теоретических и экспериментальных данных не превышает в среднем 15%.

5. Разработанная методика и комплекс электроизмерительной аппаратуры обеспечивают автономность экспериментальных исследований при высокой достоверности полученных результатов и значительном снижении временных и материальных затрат на его проведение.

6. Распределение вертикальных нагрузок по осям трелевочного трактора оказывает существенное влияние на радиусы шин и соответственно на величину «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии. Установлено, что при холостом ходе трактора колесной формулы 4К4 значение коэффициента равномерности распределения нагрузок по осям близкого к единице можно добиться увеличением суммарной вертикальной жесткости передних шин до 1500 кНм (повышением давления воздуха до 0,20 МПа) при одновременном снижении суммарной жесткости шин заднего моста до 900 кН (снижении давления воздуха до 0,11 МПа). При грузовом ходе трактора целесообразно обратное перераспределение давления в шинах — увеличение в задних при одновременном снижении в передних.

7. Результатами проведенных исследований установлено, что основное влияние на величину коэффициента перераспределения нагрузок по колесам

балансирной тележки как порожнего, так и груженного сортиментовоза 6К6 оказывают дорожные условия, тип привода в тележке, соотношение плеч балансиров, радиус колеса и соотношение вертикальных жесткостей шин. Для ба-лансирных тележек колесных трелевочных тракторов класса тяги 40 кН рекомендуется устанавливать соотношение плеч балансиров, равное единице, высоту точки качания равной 0,25...0,30 м при угле наклона плеч балансира, равном 15 градусам и радиус колеса балансирной тележки равный 0,80...0,90 м..

8. Проведенными исследованиями установлено, что степень неравномерности распределения крутящих моментов по осям колесного трелевочного трактора прямо пропорционально разнице в приведенных радиусах качения колес и обратно пропорционально коэффициенту тангенциальной жесткости шин.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

Монография

1. Кочнев А. М., Юшков А. Н., Сивков Е. Н. Конструктивные особенности и рабочие режимы машин для сортиментной заготовки леса. СПб.: Изд—во СПбГЛТУ, 2013.-456 с.

Издания в журналах рецензируемых ВАК:

2. Сивков E.H. Математическая модель циркуляции мощности в трансмиссии колесного лесопромышленного трактора / E.H. Сивков, А.М. Кочнев// Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 199. СПб.: СПб ГЛТУ, 2012. С. 141-150.

3. Сивков E.H. Моделирование циркуляции мощности в трансмиссии колесных лесопромышленных тракторов / E.H. Сивков // Научное обозрение Вып. 20,12/2013. М.: ИД "Наука образования", 2013. С. 51 - 50.

4. Сивков E.H. Результаты экспериментальных исследований циркуляции мощности в трансмиссии лесопромышленного трактора колесной формулы 6К6 / E.H. Сивков // Тракторы и сельхозмашины. 2014, № 1. М.: ТСМ, 2014. С. 13 - 15.

5. Сивков E.H. Моделирование взаимодействия колесных лесопромышленных тракторов с волоком / A.M. Кочнев, E.H. Сивков // Строительные и дорожные машины. 1/2014. М.: СДМ, 2014. С. 51 - 55.

В рецензируемых журналах, сборниках научных трудов

6. Евдокимов Б.П., Сивков E.H. Гидравлические трансмиссии лесных машин / Б.П. Евдокимов, E.H. Сивков ; Сыкт. лесн. ин-т. - Сыктывкар : Сыктывкарский лесной институт, 2008. — 37 с.

7. Сивков E.H. Проведение исследований режимов работы автоматизированных систем лесных машин на базе FLUIDSIM - Н. Юбилейные чтения : матер. науч.-практич. конф. ППС Сыктывкарского лесного института по итогам НИР в 2009 г. - Сыктывкар , 2010. С. 132 - 134.

8. Свойкин В.Ф., Сивков E.H. Подбор режимов работы моделей электрогидравлических систем машин для лесосечных работ. Сборник тезисов международной научно-практической конференции «Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскадии». ПетрГУ, г. Петрозаводск, РФ, 2011. С. 46-48.

9. Сивков Е. Н. Производительность форвардера как составляющая затрат энергии в системе машин харвестер-форвардер / Е. Н. Сивков // Сборник материалов региональной научно-практической конференции. - Сыктывкар: Сыктывкарский лесной институт, 2011. С. 128 - 132.

10. Сивков E.H. Энергетический потенциал циркулирующей мощности в трансмиссии трелевочного трактора колесной формулы 4x4 / E.H. Сивков // Сборник материалов региональной научно-практической конференции. - Сыктывкар : Сыктывкарский лесной институт, 2012. С. 131 -135.

11. Сивков E.H. Методика для исследования циркуляции мощности в трансмиссии колесных лесопромышленных тракторов. / E.H. Сивков // Сборник материалов научно-практической конференции: Методология развития региональной системы лесопользования и ее практическая реализация в Республике Коми. - Сыктывкар : Сыктывкарский лесной институт, 2012. С. 137 -144.

12. Сивков E.H. «Математическое описание циркуляции мощности в трансмиссии колесных лесопромышленных тракторов» / E.H. Сивков // Сборник материалов региональной научно-практической конференции. — Сыктывкар: Сыктывкарский лесной институт, 2013. С. 123 - 127.

13. Сивков E.H. Результаты теоретических исследований циркуляции «паразитной» мощности в трансмиссии колесных лесопромышленных тракторов / E.H. Сивков // Сборник материалов региональной научно-практической конференции. - Сыктывкар : Сыктывкарский лесной институт, 2013. С. 42 - 46.

14. Сивков E.H. Методика и аппаратура для исследования циркуляции мощности в трансмиссии колесных лесопромышленных тракторов/ E.H. Сивков И Технология и оборудование лесопромышленного комплекса: сборник научных трудов. Выпуск 6 / Под ред. В.И. Патякина. - СПб: СПбГЛТУ, 2013.-С.185—191.

15. Сивков, E.H. «Обоснование параметров физической модели трелевочных машин с колесной формулой 4К4» / E.H. Сивков // Сборник материалов региональной научно-практической конференции. - Сыктывкар: Сыктывкарский лесной институт, 2014. С. 135 - 139.

16. Сивков, E.H. «Результаты обработки исследований циркуляции мощности в трансмиссии лесопромышленного трактора» / Материалы X Международной научно-практической конференции «Перспективные научные исследования - 2014. Наука и технологии: шаг в будущее». Российская Федерация, 2014. С. 57-58.

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, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова, Ученый Совет. Факс: 8 (812) 670 - 92 - 17, E-mail: public@spbftu.ru.

СИВКОВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 28.03.14. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 38. С I а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

САНКТ - ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. М. КИРОВА

04201456325

СИВКОВ Евгений Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕСНОГО ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ

05.21.01. - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор КОЧНЕВ Александр Михайлович

На правах рукописи

Санкт - Петербург - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................................................................5

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ............9

1.1. Условия эксплуатации колесных трелевочных тракторов... 9

1.2. Конструктивные особенности колесных трелевочных тракторов..................................................................................................................18

1.3. Конструктивные особенности балансирных тележек колесных трелевочных тракторов..............................................35

1.4. Анализ работ по исследованию циркуляции мощности в трансмиссии мобильных машин различного назначения.........................................................

1.5. Анализ работ по исследованию нагруженности

трансмиссии колесных трелевочных тракторов и циркуляции в ней «паразитной» мощности..................... 42

1.6. Задачи исследований...................................................... 50

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЦИРКУЛЯЦИИ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА КОЛЕСНОЙ ФОРМУЛЫ 4К4.................... 51

2.1. Обоснование эквивалентной динамической схемы системы «трактор 4К4 - пачка древесины - волок»....... 51

2.2. Математическая модель взаимодействия трактора колесной формулы 4К4 с опорной поверхностью.............. 56

2.3. Математическая модель циркуляции мощности в

трансмиссии трактора колесной формулы 4К4.............. 74

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЦИРКУЛЯЦИИ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ СОРТИМЕНТОВОЗА КОЛЕСНОЙ ФОРМУЛЫ 6К6............................................ 89

3.1. Обоснование эквивалентной динамической схемы системы «сортиментовоз 6К6 - волок»............................... 89

3.2. Математическая модель взаимодействия сортиментовоза колесной формулы 6К6 с опорной поверхностью........................................................................... 91

3.3. Математическая модель циркуляции мощности в трансмиссии сортиментовоза колесной формулы 6К6......... 96

3.4. Исследование математических моделей на ЭВМ...... 100

Глава 4. МЕТОДИКА, АППАРАТУРА, ОБЪЕКТ И

УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ...................... 104

4.1. Задачи исследовательских испытаний и измеряемые параметры......................................................... 104

4.2. Электроизмерительная аппаратура............................. 105

4.3. Многофакторное планирование эксперимента......... 115

4.4. Методика и объект проведения исследовательских испытаний................................................................................ 117

4.5. Выбор испытательной трассы. Условия проведения испытаний.......................................................... 121

4.6. Обработка результатов исследовательских

испытаний и оценка погрешности измерений.................. 122

Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЦИРКУЛЯЦИИ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ КОЛЕСНЫХ ТРЕЛЕВОЧНЫХ ТРАКТОРОВ................. 128

5.1. Проверка адекватности математических моделей......... 128

5.2. Анализ значимости факторов, влияющих на величину «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии трелевочных тракторов................................. 129

5.3. Результаты теоретических исследований циркуляции мощности в трансмиссии колесных трелевочных тракторов......................................................... 133

5.4. Результаты экспериментальных исследований циркуляции мощности в трансмиссии колесных трелевочных тракторов......................................................... 144

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............................. 154

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................. 157

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................... 167

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Научно-технический прогресс в лесозаготовительной промышленности нацелен во многом на повышение эффективности лесозаготовительного производства, которое определяется совершенствованием технологии работ, типом и техническим уровнем лесозаготовительных машин и эффективностью их использования. В перспективе на лесосеке могут доминировать машины на базе колесных трелевочных тракторов. Известно, что технология лесозаготовок в Скандинавских странах в основном (на 80...90 %), а в странах Северной Америки на 60...70 % ориентируется на заготовку древесины с трелевкой колесными машинами различных типов, обладающих высокими рабочими скоростями движения, хорошей проходимостью, а также более комфортными условиями труда оператора. Широкое внедрение в лесозаготовительную промышленность отечественных машин на колесной базе возможно постановкой на серийное производство разработанного семейства колесных лесопромышленных тракторов ОАО «Онежский тракторный завод» класса тяги 50 кН, предназначенных для трелевки и сортиментной вывозки древесины.

Отличительной особенностью, как машин указанного выше семейства, так и большинства машин зарубежного производства является наличие жестко блокированной, т.е. бездифференциальной трансмиссии. Применение указанной трансмиссии на колесных трелевочных тракторах в первую очередь продиктовано условиями работы и отсюда стремлением повысить их проходимость. Однако, при указанном приводе скорости вращения колес осей трактора одинаковы во всех случаях его движения, в связи с чем, между колесами трактора и опорной поверхностью могут возникать значительные силы. При этом детали трансмиссии нагружаются дополнительным моментом, а через механизмы трансмиссии передается дополнительная «паразитная» мощность, увеличивающая их износ и нагрузку на двигатель, а также расход

топлива. Все эти перечисленные условия приводят к снижению эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов и сокращению срока их службы.

Цель работы. Повышение эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов путем обоснования конструктивных параметров и режимов эксплуатации, позволяющих снизить величину «паразитной» мощности, циркулирующей в их трансмиссии.

Объект исследования. Колесные трелевочные тракторы с жестко блокированной трансмиссией.

Предмет исследования. Мощность, циркулирующая в трансмиссии колесных трелевочных тракторов.

Методы исследования. Детерминистические методы анализа, математическое моделирование, методы статистической динамики.

Научная новизна исследований. Разработаны и исследованы на ЭВМ математические модели оптимизации параметров трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 и режимов их эксплуатации с учетом общей динамики трелевочной системы и неголономных связей в точках контакта движителей с опорной поверхностью, позволяющие снизить циркуляцию «паразитной» мощности в трансмиссии.

Предложена методика исследовательских испытаний циркуляции мощности в трансмиссии колесных трелевочных тракторов с применением разработанного комплекса современной электроизмерительной аппаратуры.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели взаимодействия трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 с пачкой древесины и волоком, учитывающие общую динамику и неголономные связи в точках контакта движителей с опорной поверхностью.

2. Математические модели циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 в различных режимах их эксплуатации.

3. Методика проведения исследовательских испытаний циркуляции мощности в трансмиссии трелевочных тракторов колесной формулы 4К4 и 6К6 и средства измерения.

4. Основные пути повышения эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов путем снижения величины «паразитной» мощности, циркулирующей в их трансмиссии.

Достоверность научных исследований. Подтверждается положениями теории дифференциальных исчислений, проведением экспериментальных исследований в производственных условиях и адекватностью полученных теоретических и экспериментальных результатов.

Теоретическая значимость. Математические модели оптимизации параметров колесных трелевочных тракторов, позволяющие снижать циркуляцию «паразитной» мощности в трансмиссии и таким образом повышать их эксплуатационную эффективность, углубляют теорию движения трелевочной системы.

Практическая значимость. Разработанные математические модели, реализованные в виде готовых программ для ЭВМ, позволяют на стадии проектирования выбирать рациональные конструктивные параметры колесного трелевочного трактора, обеспечивающие уменьшение циркулирующей «паразитной» мощности в трансмиссии, снижая тем самым трудоемкость НИР и ОКР, а рекомендации по рациональным режимам эксплуатации -разрабатывать технико-технологические мероприятия при их эксплуатации.

Полученные рекомендации и разработанные технические решения, дают возможность улучшить эксплуатационные свойства трелевочного трактора и повысить его эксплуатационную эффективность.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях Сыктывкарского лесного института (2009-2014г.г.), Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (2012-2014г.г.), Петрозаводского

государственного университета (2011г.), X Международной научно-практической конференции «Наука и технологии: шаг в будущее -2014» (2014 г.).

Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в ООО «ЛесМашЦентр Валмет» при разработке технологической документации лесопромышленных тракторов, в ООО «Лузалес», в ООО «Сыктывдинский ЛПК» при корректировке текущей технической документации по использованию существующей на предприятии техники, а также внедрены в учебный процесс кафедры «Машины и оборудование лесного комплекса» Сыктывкарского лесного института (филиал) и кафедры «Технологии лесозаготовительных производств» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 11 публикаций без соавторов, 1 монография, 4 работы опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Общий объем диссертации 173 страницы, в том числе 45 рисунков, 20 таблиц. Список использованных источников составляет 105 наименований.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Условия эксплуатации колесных трелевочных тракторов

Лесозаготовитель!тя промышленность Российской Федерации включает лесосечные работы, вывозку и первичную переработку древесины (леса). Лесосечные работы - часть технологического процесса лесозаготовительного процесса лесозаготовительного предприятия или организации. В зависимости от типа технологического процесса определяется состав и последовательность выполнения лесосечных работ. К основным лесосечным работам относится трелевка древесины от пня до погрузочной площадки или верхнего склада. Трелевка, которую иногда называют подвозкой или первичным транспортом леса, в настоящее время в основном выполняется гусеничными трелевочными тракторами; но наблюдается тенденция расширения использования машин на колесной базе, особенно на лесосеках с дренированными, большой несущей способностью грунтами [1, 2].

Общая площадь лесных земель в России составляет 1178,6 млн. га (69 % территории страны), из них покрытой лесом 774,3 млн. га с общим средним годичным приростом 970 млн. м3. На Российские леса приходится более 25 % от мировых запасов древесины, которые в значительной мере представлены огромными по площади массивами. Такие массивы представляют собой эталоны биологического разнообразия экосистем, видов и генотипов, и что не менее важно - естественной динамики лесных экосистем. Леса России являются естественным стоком приблизительно 15 % мирового запаса углерода. Они дают примерно 75 % поглощения углерода среди мировых бореальных лесов.

В настоящее время освоено дорогами только 142 млн. га или 20 % от всей площади лесов, что позволяет ежегодно заготавливать до 435 млн. м леса. Для освоения всего объема наиболее продуктивного и экономически доступного

лесного фонда потребуется строительство лесных дорог или создание энергонасыщенных, скоростных, обладающих большой грузоподъемностью колесных тракторов.

Среди наиболее значимых параметров природных условий целесообразно выделить показатели поверхностей движения: несущая способность почвогрунтов Р и рельеф местности. Соответственно, наиболее значимыми параметрами древостоя являются: средний объем хлыста ()ср и запас древесины на 1 га. Распределение значений указанных параметров по основным лесопромышленным районам представлено в табл. 1.1. В табл. 1.2. представлено распределение площади лесного фонда по категориям проходимости грунтов для тракторной техники, а на рис. 1.1. - вероятность работы лесосечных машин в различных категориях поверхностей движения по основным лесопромышленным районам [3].

□ Западная Сибирь

□ Урал

□ Европейский север

80

60 -н

40

20 -Н 0

П.п

80 60 40 20 40

П П п

к ш

ш

«

**

п

**

Гп , ГТ,

□ Восточная Сибирь

80

60 -Н 40 20 0

Л

-Е2-

с I II III

□ Западная Сибирь

80

60-40 -20 40

П П

О Дальний Восток

80 60

40+20 40

.П.П.п

ш

I к ш

Рис. 1.1. Распределение вероятностей работы лесосечных машин в различных категориях поверхностей движения для различных лесопромышленных регионов (С - снег; I - Ш - категории почвогрунтов).

11-20 11-20 0 1 о 0- 10 1 0 1 о — Крутизна СКЛОНОВ, град. Показатели, характеризующие типы лесоэксплуатационных условий

я: - — III III — - — - К) Категория почвенно-грунтовых условий

> 0,75 0,31 -0,75 1 0,10-0,30 >0,75 0,10-0,30 1 > 0,75 0,31-0,75 0,10-0,30 >0,75 0,31 - 0,75 0,10-0,30 V о "-о 0,31 -0,75 0,10-0,30 и) Средний объем ствола, м3

50-100 101-200 >200 50-100 101 -200 >200 50-100 101-200 >200 50-100 101 -200 >200 50-100 101 -200 >200 50-100 101-200 >200 50-100 101 -200 >200 50-100 101 -200 > 200 50-100 101 -200 >200 50-100 1 101-200 >200 50-100 101 -200 >200 50- 100 | 101 -200 >200 50-100 101 -200 >200 50-100 101 -200 >200 Запас древесины на 1 га, м3

1 1 1 1 О - ю ° Р Р Ъч ю д А 1 1 1 ООО о 45. 00 — — 1 1 1 О Сч — Тл ".и "-о — ^ о 22,80 12,80 0,24 о о То — ! ЧО О у. „-о о То "— V ■и 4ь. оо р р чо 1л Ъч Ъч О чл 0,61 0,17 4^ у. О оо — Ъч 1Л СЧ (О о <л (О оо То Ъч О) -V) 1Л Европ. Север 30895,6 тыс. га Распределение древостоя, % от площади

1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 1 1 1 1 0,04 0,20 0,16 У .Г* V) ЧО И и - 3,26 5,80 0,79 (о — о "чО Ъч О ^ о\ и 2,58 17,87 28,18 — 1Л 1Л "-О N1 и) и — р р и> 1л 4. Ш О 4^ 4^ — "чО — То М СТ\ 0,56 2,15 0,27 Оч Европ. Центр 2420,4 тыс. га

Г 0,24 0,19 1 1 1 1 0,22 о р р Ъч — о 4^ 4* .ь О О р То о о и О Р Р Р 1л Ъч То и> ^ 1,81 10,94 3,16 Р ^ 1л 1о о и Ш V) М О Ъч Чл Оч 4а. 0,88 10,09 9,58 р р р о "-о ЧО ЧО ЧО оо и) о 1л V То м м ^ I,38 II,59 12,19 р — о — о и> оо ы оч ^ Урал 8461,4 тыс. га

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,71 0,3 — ]0 л. — То - Ц| 0\ 10,82 4,55 0,30 ]о о о — "чО — ^ ОО VI 1,77 14,61 | 10,27 — р р о Тл 1л 00 Оч Оч ООО Ъч 1л о ^ ю м оо оо — — То То сч ю — — 4^ — О 1л То ОО — и! ОО Западная Сибирь 37451,2 тыс. га

ООО Ъч "Ь. о — оо ю 1 1 1 о о о О "-О VI ЧО О О! -Г" Г* Р 1л о ■—N>40 о ~ — "(О 1л ^ О 00 ООО 1л — 1л р — о "л. 4>. А О С Р ~ т* То "л. Ю \0 1/1 0,16 1,60 2,02 1 ии о Ъч "чо (о -о оо о и ы Ъч и> 1о Ю ЧО ЧО ОО СП О Ъч и) Ъч № о > I,27 10,64 II,03 — 00 ОЧ чО V — О (О 00 ЧО !осточная Сибир 115926,3 тыс. га

р р р 00 Ъч То оч оо 1л 1 1 1 1,11 0,66 0,12 — — р чо 1лТо оомоо о — и> То — чо (о о\ р р р То Ъч м ч м Р т* ~ *-0 00 оо (Л \о о\ р О N5 О ЧО — V] ОЧ Ф — — р чо чо оо (О ЧО 4*. 4^ -о Ю 4^ О О Ы К) р 1° „(0 Ъч 1о ио ЧО (л (л ^ р оо Ъч со ОЧ ОЧ 4а. Сч и) Ъч ЧО О — — ОЧ Р (О у1 1л Ъч Ъч о — о о Дальний Восток 18051,1 тыс. га

3 »

XI »3

П)

н тз о ся

тз о со о о н о йа

я о

о о я о ся я с

П)

о о я тз

о £

ег

в

Ьа

П)

я я Е

Р Ж О

я

Р 2!

»5 О Я Х5

0 За

П>

Ьз со я я

СВ й

1

2

я яс

я

о «

е

П) й Л)

я«

я о со

О) XI X

я о о н о я«

03

я

й

О)

я я йа

Н

Р

о\

Ы

Я

я р

Продолжение табл. 1.1.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

50-100 0,95 - 0,02 — 0,20 0,05

III 0,10-0,30 101 -200 0,39 - 0,02 - 0,16 0,03

>200 - - - - 0,06 -

50-100 0,27 - - - 0,02 0,02

11-20 III 0,31 -0,75 101 -200 0,65 - 0,05 - 0,27 0,06

> 200 0,04 - - - 0,09 0,05

50-100 - - - - 0,04 0,01

III > 0,75 101 -200 - - — - 0,04 0,01

>200 - - - - 0,04 0,02

50-100 - — — — 0,55 2,53

I 0,10-0,30 101-200 - — 0,02 - 0,55 0,84

>200 - - 0,03 -- 0,07 0,27

50-100 - - — - 0,16 0,87

Более 20 1 0,31-0,75 101 -200 - — 0,08 — 0,55 1,90

>200 - - 0,03 2 0,26 1,74

50-100 - — 0,02 — 0,04 0,13

I >0,75 101 -200 — - 0,03 - 0,35 0,41

>200 - - 0,06 - 0,24 0,61

50-100 - - - - 0,13 0,50

II 0,10-0,30 101 -200 — - - - 0,19 0,31

>200 - - - - 0,04 0,10

50-100 - - — — 0,07 0,30

Более 20 II 0,31 -0,75 101 -200 - - - - 0,23 0,66

>200 - - - - 0,08 0,62

50-100 - — — - 0,02 —

II >0,75 101 -200 — — — - 0,10 0,12

>200 - - - - 0,13 0,13

50-100 - - - - 0,02 0,01

III 0,10-0,30 101-200 - - - - 0,06 0,01

>200 - - — 0,03

50-100 - — — ..... 0,01 0,01

Более 20 III 0,31-0,75 101 -200 - - - - 0,04 -

>200 - - - - 0,01 0,01

50-100 - - - - - -

Ш >0,75 101 -200 - - 0,03 -

>200 - - 0,01 ■

| Итого 100 100 100 100 100 100

Таблица 1.2.

Распределение площади лесного фонда ряда экономических регионов

по категориям проходимости грунтов для тракторной техники, %

Экономический регион % от всей площади района Категория проходимости (несущая способность почвогрунта)

I >75 кПа II 75 кПа III 35-75 кПа IV 25 - 34 кПа V 25 кПа

Северный 71,4 8 12 20 25 35

Северо-Западный 69,2 9 20 26 26 19

Центральный 42,5 12 21 26 23 18

Волго-Вятский 54,0 10 14 22 30 24

Уральский 76,3 9 15 2 27 25

Среднее по зоне 64,8 9 17 24 27 23

Как показывает анал�