автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Основы взаимодействия резинометаллических гусениц с лесными грунтами и пути повышения проходимости лесотранспортных машин

На правах рукописи

Кручинин Игорь Николаевич

Основы взаимодействия рсзинометаллическнх гусениц с лесными грунтами и пути повышения проходимости лесотранспортных

машин

05.21.01 - Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1998

Работа выполнена на кафедре транспорта и дорожного строительства Уральской государственной лесотехнической академии.

Научный руководитель» кандидат технических наук,

доцент Булдаков С.И.

Научный консультант доктор технических наук,

профессор, академик РАЕН, заслуженный деятель науки и техники России

Силуков Ю.Д.

Официальные оппоненты : доктор технических наук,

профессор Бартенев И.М. кандидат технических наук Сушков С.И.

Ведущая организация - АО « Уральский научно-

исследовательский институт лесной промышленности »

Защита диссертации состоится «25» сентября 1998г. в 10 часов на заседании диссертационного Совета Д064.06.01 в Воронежской государственной лесотехнической академии (394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, зал заседания - ауд. 118).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке

ВГЛТА.

Автореферат разослан «20» августа 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н.,профессор

Куръянов В. К.

/

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эффективности лесопромышленного производства в настоящее время не может рассматриваться в отрыве от сложившейся в стране экономической ситуации и всевозрастающих требований к охране окружающей природной среды. Экологический фактор должен стать основополагающим принципом хозяйственной и производственной деятельности в лесу.

Известно, что трелевка леса является одной из наиболее энергоемких и экологически опасных операций технологического процесса лесоразработок, поэтому вопрос обоснования технических параметров машин, в зависимости от способа трелевки, не должен рассматриваться в отрыве от их влияния на окружающую среду. Наиболее технологичной и экологически безопасной является транспортировка деревьев или сортиментов на лесосеке в полностью погруженном положении на специально подготовленных прицепах. Наибольшее отрицательное влияние лесотранспортная машина (ЛТМ) оказывает на опорную поверхность, по которой перемещается - на лесной почво-грунт. Необходимо более детальное изучение процесса взаимодействия ходовых частей лесотранспортных машин с лесными почво-грунтами и факторов, влияющих на их степень уплотнения, колееобразования и сопротивления перемещению. Решение задачи возможно путем совершенствования методов определения распределения напряжений в грунтовом массиве от ходовых частей лесотранспортных машин. Это обуславливает необходимость разработки методики расчета опорной проходимости ЛТМ и выработки рекомендаций по конструктивному исполнению ходовой части прицепа повышенной проходимости.

Цель работы. Целью работы является повышение эффективности технологического процесса транспортировки деревьев с минимальным воздействием на лесную почву путем оптимизации конструктивных параметров прицепа повышенной проходимости (ПППр) на рези-нометаллических гусеницах (РМГ) на основе общей теории взаимодействия ходовой части с лесными почво-грунтами.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись: лесотранспортная машина на базе прицепа повышенной проходимости, конструкции УЛТИ, на резинометаллических гусеницах; процесс взаимодействия их ходовых частей с лесными почво-грунтами.

При решении поставленных задач применялись следующие основные методы: комплексная оценка условий эксплуатации лесотранспортных машин; математическое моделирование процесса взаимодействия РМГ с лесными почво-грунтами с применением ПЭВМ; объектом

3

экспериментальных исследований являлся гусеничный тракторный поезд (ГТП) в составе: «трактор ТТ-4 + прицеп повышенной проходимости на резинометаллических гусеницах» и лабораторная механическая модель резинометаллической гусеницы.

Новизна исследований и научные результаты заключается в создании математической модели взаимодействия системы «трактор + прицеп на гусеницах» с лесными почво-грунтами, с учетом стохастического состояния грунтового массива и обосновании конструктивных параметров резинометаллической гусеницы, что дает возможность повысить эксплутационную эффективность ЛТМ и снизить отрицательное влияние на лесную почву.

Значимость для теории и практики. Разработанные математические модели и методы позволяют: изучать и оценивать процессы взаимодействия резинометаллической гусеницы с лесными почво-грунтами; выбирать основные параметры гусеницы прицепа повышенной проходимости конструкции УЛТИ на стадии их создания и проводить экологическую оценку совместимости гусеничного тракторного поезда с лесными почво-грунтами.

Научные положения, выносимые на защиту.

1.Математические модели процесса взаимодействия системы «трактор + прицеп на гусеницах» с водонасыщенными лесными почво-грунтами, позволяющие исследовать процесс уплотнения и колееобра-зования;

2. Методика определения нормальных напряжений в грунтовом массиве от резинометаллической гусеницы прицепа с учетом состояния грунта и конструктивных параметров гусеницы;

3. Датчик для измерения напряжений в грунтовом массиве (А.с. 1509649 СССР, кл. в 01 Ь 9/16)

4.Обоснование оптимальной величины конструктивных параметров резинометаллической гусеницы системы «трактор + прицеп на гусеницах» при движении по различным почвенно-грунтовым поверхностям.

Апробация работы. Основные положения и практические рекомендации, полученные в процессе работы по теме диссертации, доложены на Всесоюзном научно-техническом совещании «Повышение эффективности использования лесозаготовительных многооперационнных машин». Москва, 1987 г. На Областной научно-технической конференции «Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса». Екатеринбург 1997 г. На научно-методической конференции «Современные формы и технологии обучения в техническом ВУЗе».

4

Екатеринбург 1997 г. Включены в научно-исследовательские отчеты кафедры транспорта и дорожного строительства УГЛТА.

Реализация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на предприятии АО «КОМПЛЕС». Используются в учебном процессе при изучении курсов: «Основы моделирования и оптимизации процессов лесотранспорта», «Дорожно-строительные машины», «Моделирование систем управления и объектов лесопромышленного комплекса».

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 13-и научных статьях и обзорах, получено авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка используемых источников и приложений. Общий объем работы 228 стр., из BT-ix основное содержание работы изложено на 148 стр., 64 рисунка, 17 таблиц, 70 стр. приложений. Список используемых источников включает 120 наименований.

Работа выполнена на кафедре «Транспорта и дорожного строительства» Уральской государственной лесотехнической академии по научной тематике Уральского отделения Академии технологических наук РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

1 .Состояние проблемы и задачи исследований. В разделе дан анализ существующих лесотранспортных систем. Показано, что тракторная трелевка является одной из наиболее энергоемких и экологически опасных операций в технологическом процессе лесозаготовок. Проблему трелевки деревьев и хлыстов с обоснованием параметров трелевочных машин исследовали в своих работах Г.М. Анисимов, Ю.Г. Артамонов, В.А. Барановский, И.М. Бартенев, С.И. Булдаков, Г.К. Вино-горов, A.M. Гольдберг, В.А. Горбачевский, А.Д. Драке, A.B. Жуков, М.И. Зайчик, Б.А. Ильин, В.К. Курьянов, В.Г. Кочегаров, В.Ф. Кушля-ев, В.П. Немцов, С.Ф. Орлов, В.Б. Прохоров, Я.В. Слодкевич, Д.И. Шеховцев и ряд других ученых, которые внесли существенный вклад в развитие лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства. Установлено, что перспективным направлением следует считать перемещение деревьев и хлыстов в полностью погруженном положении. Работы в этом направлении, с обоснованием технологии прямой вывоз-

ки деревьев проводились в Уральском лесотехническом институте под руководством д.т.н. проф. Силукова Ю.Д. Среди наиболее значимых характеристик условий эксплуатации JITM целесообразно выделить показатели опорной проходимости - несущую способность лесных почво-грунтов. Проведен краткий анализ лесного фонда Урал-Сибирского региона по почвенно-грунтовым условиям. Показано, что в среднем 60% лесов относится к третьей и четвертой категориям с несущей способностью около 50-70 кПа. Движение по этим грунтам серийных J1TM крайне затруднено и экологически опасно. Влияние JITM на грунт принято оценивать по величине нормального давления в пятне контакта движителя и степени уплотнения грунта. Однако истинное значение максимальных значений может в несколько раз превышать средние, вычисленные по условной площади контакта. Поэтому вопрос изучения распространения напряжений в грунтовом массиве от ходовой части JITM требует дальнейшего изучения.

Рассмотрены модели описывающие процесс деформации грунтовых поверхностей под действием различной нагрузки. В исследованиях Я.С. Агейкина, М.Г. Беккера, В.Ф. Бабкова, А.К. Бируля, Н.Ф. Бочарова, Г.Н. Покровского, В.В. Кацигина, Я.В. Слодкевича и многих других даются зависимости, определяющие деформируемость грунта, основанные на законах механики грунтов и богатом экспериментальном материале. Однако они не учитывают процессы релаксации, происходящие в грунтовом массиве, т.к. базируются на различных степенных зависимостях между напряжениями и деформациями. Исследования Н:М. Герсеванова, К. Терцаги, H.H. Маслова, В.Г. Березанцева, H.A. Цитовича, И.Н. Черкасова и других, позволяют оценивать процесс взаимодействия движителей транспортных средств с различными грунтовыми поверхностями и устанавливать влияния конструктивных особенностей, скоростей движения, свойств грунта и влияния многократных проходов по одному следу на процесс колееобразования. Во всех рассмотренных моделях необходимо знать закон изменения внешнего воздействия движителя на грунт, т.е. распределение нормального давления в пятне контакта с грунтом.

Следовательно, исходя из многообразия состояния естественных грунтов, их постоянной изменчивости в « чистом виде » не может быть использована ни одна из теорий, рассматриваемых в классической механике фунтов. Для разработки основ теории взаимодействия ходовых частей лесотранспортных машин с лесными почво-грунтами необходим синтез основных положений рассмотренных теорий. В соответствии с целью работы, значимостью и состоянием проблемы, перед исследованием были поставлены следующие задачи:

6

• анализ особенностей и условий функционирования ЛТМ; » разработка методики определения нормальных напряжений под РМГ:

в исследование процесса уплотнения почво-грунта и колееобразова-

ние при движении гусеничного тракторного поезда; в обоснование оптимальной величины конструктивных параметров РМГ при минимальном отрицательном воздействии на лесной поч-во-грунт.

Решение этих задач проводилось в начале по координационным планам Минлесбумпрома СССР по теме «Разработка принципиально новых схем движителей лесовозного транспорта, обеспечивающих повышение производительности труда и сохранности окружающей среды», с 1992 г. по научной тематике Уральского отделения Академии технологических наук РФ.

2.Математическая модель взаимодействия резинометалличе-ской гусеницы с деформируемыми грунтами. Разработана математическая модель описывающая процесс взаимодействия РМГ с лесными почво-грунтами. В качестве расчетной принята схема, рассматривающая плоскую задачу взаимодействия ходовой части с почво-грунтом с учетом деформации пневмошин, прогиба рабочей ветви и натяжения гусеницы (рис.1). При выборе расчетной схемы и построении математической модели РМГ приняты следующие допущения: движение осуществляется по ровной, однородной почвенно-грунтовой поверхности; колеса прицепа находятся в ведомом режиме; нагрузка от прицепа передается на грунт через пневматические колеса и опорную ветвь резинометаллической гусеницы; РМГ принимаем нерастяжимой в продольном направлении и гибкой в поперечном сечении; резиноме-таллическая гусеница в пятне контакта рассматривается как продолжение протектора пневмоколеса; рабочий участок Ьк гусеницы разбивается на три участка: пятно контакта первого колеса + 12); рабочая ветвь гусеницы Ь; пятно контакта второго колеса 03 + 14); в процессе движения выдавливание грунта из колеи в стороны пренебрежимо мало; статическая нагрузка (3 приведена к центру тяжести прицепа и распределена равномерно на каждое колесо (0К1 и С^).

В качестве модели грунтового массива используется классическая система дифференциальных уравнений Терцаги - Герсеванова, описывающая напряженное состояние грунта, возникающее от действия

Рис.1. Расчетная схема взаимодействия резинометаллической гусеницы с деформируемым почво-грунтом

нормальных нагрузок при проходе транспортно-технологических машин:

дР (1 + А - ае)1 дд

а д1 . (1)

ЯР _ Ре с - Р. ¿4 (I + А - ае) р,ст - р,

дг 8 ' Л кф 'Р' 4 (1 + А - ае)

где Р(г,1) - нормальное давление в грунте, кПа; -поток водовоздушной смеси, выдавливаемой из пор грунта, см/с; к ф - коэффициент фильтрации, см/с; а(г) - коэффициент уплотнения грунта, м2/кН; р в - плотность воды, г/см3; А- постоянная, характеризующая циклический процесс «нагрузка - разгрузка»; р ест - плотность грунта в естественном состоянии, г/см3; % - ускорение свободного падения, м/с2; е - коэффициент пористости; г, Х- координаты глубины рассматриваемого слоя грунта и время.

Рассматриваем только первую фазу взаимодействия ходовой части с почво-грунтом, характеризующуюся уплотнением грунта за счет уменьшения пористости и формированием ядра уплотнения. Считаем, что грунт не исчерпал своей несущей способности и вторая фаза сдвига, с преобладанием бокового смещения частиц и выпиранием грунта по

8

линиям скольжения, не наступила. Данный процесс взаимодействия с водонасыщенными грунтами будет характеризоваться упругопласти-ческими деформациями. При движении на местности ГТП приходится преодолевать различные почвенно-грунтовые условия. Физико-механические свойства грунтовой поверхности являются определенно положительными величинами, изменяющимися случайным образом в интервале от min до max. Анализ выборочной плотности вероятностей почвенно-грунтовых условий, по которым перемещаются ЛТМ, позволяет с достаточно высокой надежностью принимать в качестве теоретической нормальную плотность вероятностей Для решения системы (1) необходимо задаться распределением нормального давления по длине пятна контакта ходовой части прицепа и распространением нормальных напряжений по глубине грунтового массива. В математической модели распределение давления было получено с использованием методики, предложенной Я.С. Агейкиным. При этом учитывалось изменение свойств почво-грунта в зависимости от глубины погружения и формы пятна контакта пневмошины, изменение несущей способности грунтового массива от действия приложенной нагрузки. Резинометал-лическая гусеница, армированная металлокордом аналогична по своему строению с каркасом пневмошины, что позволило использовать в модели те же методы расчета, что и для шин.

Рабочая ветвь РМГ представлена в виде гибкой анизотропной пластины (рис.2), у которой края 1-4 и 2-3 свободно оперты, а края 1-2 и 3-4 свободны.

Z

ширина, гусеницы

У

■> X

Рис. 2. Расчетная схема прогиба рабочей ветви гусеницы как анизотропной пластинки 9

Пластинка находится под действием равномерного растягивающего усилия Т у в направление у. Причем на поверхность пластинки действует равномерно распределенная нагрузка я со стороны грунтового массива. Края 1-4 и 2-3 соответствуют месту выхода гусеницы из пятна контакта переднего и заднего пневмокатков. Тогда граничные условия имеют вид: для свободно опертых краев, при х=0, х=а, у=0, у=Ь

\У=0; при х=а, у=Ь | = 0 . Для свободных краев:

при у=0 ,при у=Ь ^1,(2-^)^=0

Прогиб W должен удовлетворять приведенным граничным условиям и однородному дифференциальному уравнению:

d*W d*W д V Ту d2W (2)

+ дхгду1+ ЗуА D ' дх1 ' Пх'у>'

При рассмотрении движения гусеничного тракторного поезда в составе: «трактор + прицеп на гусеницах» необходимо учитывать следующие особенности: после прохода тягового трактора изменяется структура опорной поверхности, а именно коэффициент пористости, коэффициент уплотнения и коэффициент фильтрации; из-за того, что ширина РМГ прицепа превышает ширину колеи, оставленной трактором, произойдет частичное восстановление Нд за счет выдавливания грунта со стенок колеи на ее дно. Если в составе тракторного поезда ширина гусениц прицепа В превышает ширину гусениц трактора Ь, то происходит выдавливание грунта со стенок на дно колеи (рис.3). Естественно предположить, что грунт будет выдавливаться по линиям скольжения равными углу внутреннего трения ф0. При определенном соотношении ширины гусениц тракторного поезда, а так же нормальных давлений от них на грунт, грунтовый клин, образующийся при проходе прицепа, будет опираться на клин, уплотненный гусеницей трактора-тягача. Это приводит к значительному уменьшению колеи и, как следствие уменьшению сопротивления движению. При движении ГТП необходимо учитывать, что проход прицепа происходит по новой опорной поверхности, которую прицеп сам себе формирует.

В общем виде структурная схема взаимодействия ГТП с почво-грунтом представлена на рис.4. Программа модели составлена с использованием лицензионного продукта для ПЭВМ MathCAD 5.Q Plus.

10

Получены значения распределения нормального давления по длине контакта РМГ и по глубине грунтового массива, с учетом натяжения гусеницы ( рис.5). Результаты численного моделирования в виде изменения текущего значения нормального давления и глубины колеи при проходе гусеничного тракторного поезда по участку с несущей

Рис.3. Образование фунтового клина от гусеницы прицепа повышенной проходимости перемещающегося по следу трактора-тягача:

В,Ь - ширина гусениц прицепа и трактора соответственно;

, Ж-ф - нормальная нагрузка от прицепа и трактора соответственно; Нщ, Ьтр - глубина колеи после прохода прицепа и трактора соответственно; Ндеф - толщина слоя грунта, выдавленного прицепом на дно колеи трактора; ф - угол внутреннего трения грунта; НоС - осадка под гусеницей прицепа за счет вертикальной деформации выдавленного грунта со стенок колеи

способностью около 140 кПа представлены на рис.6. По результатам расчета глубины колеи определялось сопротивление движению прицепа за счет деформации грунта. В модели учитывалось дополнительное сопротивление, вызванное сдвиганием грунта лобовой поверхностью РМГ и от натяжения гусеницы.

При моделировании грунтовых условий на ПЭВМ задавался диапазон изменения параметров почво-грунта и использовалась встро-

енная программа реализации нормального закона распределения случайной величины.

Характеристика опорной поверхности: плотность, ресх; пористость, е; коэффициент уплотнения, а; коэффициент фильтрации, к*; модуль общей деформации, Е ; коэффициент Пуассона, р; постоянный цикл "нагрузка -разгрузка",А;

мощность деятельного слоя, Нд;

сцепление грунта, с0;

угол внутреннего трения, ф0;

Модель сжимаемости грунта

(компрессионная кривая)

I

Стохастическая модель параметров грунта

Параметры ходовой части: ширина гусеницы, В; длина опорной поверхности, Ь; параметры пневмошин

нагрузка на колесо, в*; статический прогиб, 5; натяжение гусеницы, Т;

Математическая модель определения эпюры нормального давления на грунтовую поверхность под РМГ

Математическая модель распространения напряжений в грунтовом массиве и колееобразование

Математическая модель по определению сопротивления движению от деформации грунта и натяжения гусеницы ь Оценка проходимости и экологических показателей ГТП (степень уплотнения)

р

Рис.4. Структурная схема математической модели взаимодействия резинометаллической гусеницы с лесными почво-грунтами.

\г

Рис.5. Распределение нормальных напряжений по длине контакта ре-зинометаллической гусеницы при ее натяжении: а - Т=0,98 кН; . б - Т=3,64 кН; в - Т=11,52 кН. На глубине грунтового горизонта, м: г,=0,2; гг=0,3\ г3=о,5.

/

а)

Урх=1,1м/е

Р,кПа

Рис. 6. Результаты численного моделирования взаимодействия Гусеничного тракторного поезда с лесным почво-грунтом: а - гусеничный тракторный поезд;

б - распределение нормальных напряжений по глубине грунтового массива; 2[=0,2; 22=0,3; 7^=0,5 м; в - колееобразование.

Анализ модели позволяет сделать следующие выводы: натяжение гусеницы оказывает значительное влияние на распределение давления под РМГ. С увеличением натяжения коэффициент неравномерности давления уменьшается с 2,32 до 1,25. Сопротивление движению нахо-

1*

дится в зависимости от глубины колеи и от величины натяжения гусеницы.

С помощью модели были разработаны конструктивные параметры РМГ. Критерием оптимальности являлись равномерность распределения давления под гусеницей и величина сопротивления перемещению прицепа. В качестве ограничений использовались эколЬгиче-ские требования по глубине колеи и степени уплотнения почво-грунта. На рис.7, представлены зависимости сопротивления движению ПППр от грунтовых условий для нескольких вариантов РМГ (таблица 1). Дополнительно проводились исследования по оценке влияния ГТП и серийного трелевочного трактора ТТ-4 на лесной почво-грунт при многократных проходах по одному следу (рис. 8,9). В случае трелевочного трактора распределение давления под гусеницей задавалось в виде числового массива, по данным, полученным автором.

^ кН

60

50

40

30 20

\ г2

-1 Г"4

Кг-3

30 90 150 210 300

Несущая способность, кПа

Рис.7. Влияние грунтовых условий на сопротивление перемещению

прицепа при различных вариантах ходовой части: 1,2,3,4 - номера вариантов

Таблица 1

№ Натяж. Гусеницы, кН Ширина, м В/в

1 0,98 0,8 1,6

2 0,98 0,6 1,2

3 3,64 0,7 1,7

4 3,64 0,6 1,2

Количество проходов, п

Рис.8. Изменение глубины колеи от числа проходов по одному следу трактора ТТ-4 с нагрузкой на щите 40 кН: 1-по результатам моделирования; 2-по результатам эксперимента; 3-дорожный просвет ТТ-4.

Количество проходов, п

Рис.9. Изменение глубины колеи от числа проходов по одному следу ГТП: 1-по результатам моделирования; 2-по результатам эксперимента.

3.Экспериментальные исследования. Исследования проводились на экспериментальном образце ПППр на РМГ на испытательном полигоне Уральского учебно-опытного лесхоза УГЛТА и в производственных условиях на предприятии АО «КОМПЛЕС». Согласно методике экспериментальных исследований определялось значение силы тяги, потребной для перемещения ПППр в различных почвенно-грунтовых условиях и напряженное состояние грунта под ГТП. Экспериментальные данные были получены с помощью специально разработанной аппаратуры для измерения крюковой силы тяги и давления в грунте. Статистическая обработка данных экспериментов велась с использованием прикладных программ для ПЭВМ. При экспериментальных исследованиях установлено: распределение нормального давления под РМГ имеет неравномерный характер и зависит от натяжения гусеницы и нагрузки на прицеп; на общее сопротивление движению прицепа при различных почвенно-грунтовых условиях наибольшее влияние оказывают конструктивные параметры РМГ; при движении по переувлажненному участку среднестатистическое значение глубины колеи после ГТП составило 10,7 см, после трелевочного трактора ТТ-4- 14,8 см; величина сопротивления движению и степень уплотнения почво-грунта зависит от числа проходов по одному следу.

Однако трудности, связанные с варьированием параметров РМГ, а так же невозможность, в некоторых случаях, получения значения требуемого фактора привели к необходимости создания специальной установки, заменяющей РМГ. Лабораторные экспериментальные исследования проводились в грунтовом канале на механической модели гусеницы ПППр. Модель была выполнена в соответствии с требованиями теории подобия. За основу моделирования принято соответствие между статическими прогибами пневматических шин модели и натурного образца. Исследования проводились без изменения прочностных свойств опорной поверхности с линейным масштабом Х=5. По результатам исследований получено уравнение регрессии описывающее зависимость силы сопротивления перемещению прицепа от натяжения гусеницы X] и ширины Х2, несущей способности грунта Х3 и в нормализованных значениях имеет вид:

Ркр(Х) = 29.07+1.53Х,-13.41Х2 -216Х3 +0.68Х; +3.79Х? + ^^

+ШХ; +0.С9Х,Хг +023Х1Х3-О.ОЗХ2Х3

Анализ данных различных заездов с варьируемыми параметрами гусеница и нагрузок на прицеп показал, что в пределах погрешности экс-

перимента значения сопротивления движению прицепа, нормального давления в грунте и глубины колеи согласуются с теоретическими исследованиями, что говорит об адекватности полученной модели (рис.10,11).

Рис. 10. Сравнение результатов лабораторного и натурного

эксперимента. Нагрузка на прицепе соответственно:

..........От; ^--3,3т;----8,2т;---13,1т; -В— 16,4т.

□ -участок 1 при : а- (2=13,1т; б- <3=8,2т; в- (3=3, Зт; г- (3=0т; О -участок 2 при : д- (3=16,4т; - <3=13,1т; ж- 0=8,2т;

з- (3=3,Зт; и- (3=0т; /ч -участок 3 при : к- 0=16,4т; л- (3=13,1т; м- (3=8,2т;н-0=3,Зт; п- (3=0т

б) 1-, м

Цм

Рис.11. Сравнение распространения нормального давления под резинометаллической гусеницей полученное: а- на математической модели; б - экспериментальным путем. На глубине грунтового горизонта, м: Z,=z0,2;

г2=о,з; г3=о,5.

4.Оценка экономической эффективности применения прицепа повышенной проходимости на транспортировке древесины. Анализ с использованием профессиональной системы коммерческой оценки инвестиционных проектов АЛЬТ-Инвест™ 2.0 показал экономическую целесообразность применения прицепа повышенной проходимости при объемах заготовки древесины не менее 6,4 тыс. м3 в год.

19

Основные выводы и рекомендации.

1 .Разработана математическая модель взаимодействия резино-металлической гусеницы с лесными почво-грунтами, описывающая процесс колееобразования и сопротивления движению за счет деформации фунта, реализованная в виде программы для ПЭВМ.

2. Предложена методика определения прогиба рабочей ветви ре-з11нометаллической гусеницей, лежащей на деформируемом грунте и нормального давления под ней.

3.Разработана математическая модель взаимодействия гусеничного тракторного поезда с лесным почво-грунтоы, учитывающая вероятностный характер изменения физико-механических свойств грунта к конструктивные параметры ходовой части. Полученная модель позволяет исследовать процесс деформации грунтовой поверхности при многократных проходах по одному следу и оценивать степень экологического воздействия ЛТМ на лесной грунт.

4.Предложена методика измерения напряжений в грунтовом массиве от воздействия гусеничного тракторного поезда.

5.Установлено, что минимальным сопротивлением движению обладает прицеп при следующих параметрах ходовой части: ширина гусениц от 0,72 до 0,89 м, предварительное натяжение гусеницы от 0,96 до 3,64 кН, соотношение пшрш{ы гусениц прицепа и тягача в пределах 1,4 -1,7.

6.Наибольшую эффективность прицеп оказывает на грунтах с несущей способностью ниже 210 кПа.

7.Проведенный сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал, что разработанная методика определения параметров прицепа позволяет, с учетом полученных зависимостей, уже на стадии проектирования проводить расчеты по оценке проходимости гусеничного тракторного поезда с учетом экологической безопасности.

8.Результаты работы использовались при проектировании экспериментального образца прицепа на резинометаллических гусеницах по госбюджетной тематике УГЛТА.

9.Анализ инвестиционного проекта по применению прицепа в режиме сортиментовоза показывает экономическую целесообразность подобного решения для лесотранспортных операций, при объеме заготовки древесины не менее 6,4 тыс. м3 в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в статьях:

1.Силуков Ю.Д., Дидковская Л.М. ,Кручинин И.Н., Кузнецов B.C. Энергосберегающая технология лесосечных работ // Лесная np0MbiuuieHH0CTb.-1986.-N7.-C.l 1.

2.Силуков Ю. Д., Булдаков С. И., Кузнецов В. С., Кручинин И.Н. Повышение эффективности использования машин на грунтах с низкой несущей способностью И Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания. - Повышение эффективности использования лесозаготовительных многооперационнных машин.-9-10 июля 1987.-Москва.-С.71-74.

3.Силуков Ю. Д., Кузнецов В. С., Кручинин И. Н. Проходимость прицепа на эластичных резинометаллических гусеницах по глубокому снегу //Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Межвуз.сб.-Сверд-ловск,1988.-С.71-77.

4.Кручинин И. Н., Силуков Ю.Д. Математическая модель прицепа для расчета ударных нагрузок при формировании пакета без валки деревьев на землю //Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Межвуз.сб. -Свердловск,1988.-C.S2-91.

5.Кручинин И.Н., Булдаков С.И., Терещенко А.Е. Датчик измерения удельного давления на дорогу при эксплуатации лесовозного автотранспорта // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Межвуз.сб.-Свердловск,1989.-С. 116-120.

6.Кручинин И.Н. Особенности работы шин на лесовозных дорогах // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Межвуз.сб.-Екатеринбург,199б-С.45-49.

7.Кручинин И.Н. Особенности работы пневматических шин с эластичной резинометаллической гусеницей //Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса: Тез.докл.обл.науч.-техн.конф.-Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 1997.С. 187-188.

8.Кручинин И.Н. Лабораторный стенд для исследования взаимодействия эластичной резинометаллической гусеницы с грунтом // Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса: Тез. докл. обл. науч.-техн.конф.-Урал.гос.лесотехн.акад. Екатеринбург, 1997.С. 188-189.

9.Кручинин И.Н. Особенности работы пневматических шин с эластичной резинометаллической гусеницей //Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса: Тез. докл. обл. науч,-техн. конф.-Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 1997. С. 187-188.

Ю.Кручинин И.Н. Лабораторный стенд для исследования взаимодействия эластичной резинометаллической гусеницы с грунтом

г\

// Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса: Тез. докл. обл. науч.-техн.конф.-Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 1997.С.188-189.

П.Кручинин И.Н. Моделирование транспортного средства в учебном процессе //Современные формы и технологии обучения в техническом ВУЗе: Тез. докл. на науч.-методической конф.-УГЛТА//Екатеринбург.-1997. С.87.

12.Кручинин И.Н., Чижов A.A. Влияние параметров эластичной резинометаллической гусеницы на сопротивление перемещению лесосечного прицепа. Проблемы лесопромышленного производства, транспорта и дорожного строительства: Сб.тр./Под ред. Ю. Д. Силукова; Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 1997, С.28-29.

Н.Булдаков С.И., Кручинин И.Н. Исследование режимов работы транспорта в лабораторных условиях. Проблемы лесопромышленного производства, транспорта и дорожного строительства : Сб.тр./Под ред. Ю. Д. Силукова; Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 1997, С.38-40.

в авторских свидетельствах: 1. A.c. 1509649 СССР , кл. G Ol L 9/16/Датчик давления грунта. Ю. Д. Силуков, А. Е. Терещенко, В. А. Вавилов, С. А. Пашкин, И. Н. Кручинин, В. С. Кузнецов./- Опубл. в Б.И., 1989, N 35.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 064.06.01 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу : 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю.

Основы взаимодействия резинометаллических гусениц с лесными грунтами и пути повышения проходимости лесотранспортных машин

Кручинин Игорь Николаевич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 20.05.98

тираж 100 экз.

Заказ № П. Л.

Бумага писчая

ФОРМАТ

объем 1,0 усл.

Екатеринбург, К-83, пр. Ленина, 51. Типография УрГУ