CC BY
17
УДК 630*375.4
В.А. Ермичев, В.Н. Лобанов, Г.Н. Кривченкова, А.В. Артемов
Лобанов Валерий Николаевич родился в 1948 г., окончил в 1972 г. Брянский технологический институт, кандидат технических наук, зав. кафедрой механизации лесной промышленности и лесного хозяйства Брянской государственной инженерно-технологической академии. Имеет более 100 печатных работ в области теории взаимодействия гусеничных машин со слабыми лесными почво -грунтами.
Кривченкова Галина Николаевна родилась в 1963 г., окончила в 1987 г. Брянский технологический институт, инженер кафедры механизации лесной промышленности и лесного хозяйства, аспирант кафедры механизации лесной промышленности и лесного хозяйства Брянской государственной инженерно -технологической академии. Имеет 7 печатных работ в области взаимодействия гусеничных машин с лесными грунтами.
Артемов Антон Владимирович родился в 1970 г., окончил в 1997 г. Брянскую государственную инженерно-технологическую академию, аспирант кафедры механизации лесной промышленности и лесного хозяйства БГИТА. Имеет 2 печатные работы в области совершенствования гусеничных ходовых систем лесных машин.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСАДКИ И ПЛОТНОСТИ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ПОСЛЕ ПРОХОДА ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
Предложены формулы определения величины деформации почвы и ее плотности на дне колеи после прохода гусеничных лесных машин.
Ключевые слова: гусеничная лесная машина, почва, грунт, осадка и плотность грунта, колея, давление машины на почву, повреждаемость корней, лесные экосистемы.
Сложившаяся при выборе лесной техники тенденция к увеличению единичной мощности машин, совершенствованию их рабочих органов, созданию условий для движения по переувлажненным и слабым грунтам приводит к возрастанию негативных последствий воздействия движителей машин на почвенно-растительный покров.
Исследования взаимодействия гусеничных движителей лесных машин с почвой показывают, что отрицательный эффект заключается в ее
чрезмерном уплотнении на дне колеи, а также механическом повреждаемости поверхностных корневых систем [2, 7, 11].
Проход машины вблизи растущего дерева, вызывающий давление на почву 80 кПа, приводит к снижению роста дерева из-за повреждаемости мелких корней. Чем ближе к дереву походит машина, тем больше зажатых в почву корешков. В весенне-летний период степень повреждения как ствола, так и корней возрастает в 4 раза [3, 6]. Неблагоприятным для корневой системы является период, когда начинается интенсивное сокодвижение.
Исследования воздействия гусеничных машин на лесные экосистемы показали следующее:
а) воздействие машины на почву уплотняет ее поверхностные слои, изменяет строение почвенно-растительного покрова, вследствие чего изменяется воздушно-водный режим, нарушается функционирование корневых систем растений;
б) влажные или слабые лесные почвы деформируются, т.е. машины на них образуют глубокую колею, из-за чего корни деревьев и растений перерезаются, переламываются или разрываются;
в) пористость лесной почвы уменьшается из-за деформации движущимися машинами, что приводит к резкому снижению проникновения в нее воздуха и воды.
Достичь безопасного для растений и лесной почвы воздействия можно, изменяя конструкцию гусеничного движителя и его параметры. Полученное в [8, 10] уравнение позволяет учесть влияние на деформацию к почво-грунтов параметров движителя и давления, передаваемого опорной поверхностью гусеницы на почву:
к =
2x6 Р
г arctg
2—+ ц*-Г
Я
40
~ Ч о
(1)
где х - отношение длины опорной поверхности гусеницы Ь к ее ширине 6; Р - коэффициент, характеризующий боковое расширение почвы; Ео - модуль упругой деформации почвы при отсутствии сдвигов, Н/м2; ц - коэффициент Пуассона для грунтов;
Н - глубина распространения напряжений на почве от нагрузки
машины (Н ~ 2Ь [1, 8]), м; 10 - среднее давление гусеницы на почву, Н/м2,
а
Чо 2 Ы' Gм - вес лесной машины, Н;
- предел несущей способности почвы, Н/м2.
Параметры Е0, ц, [3 определяют методами механики грунтов [1, 8]. Как показали экспериментальные исследования взаимодействия гусеничных движителей мобильных машин [1, 5, 8, 10], размеры колеи в несколь-
4
ко раз больше рассчитанных по эмпирическим формулам. При этом среднее давление д0 на грунт одинаково по всей опорной длине гусеницы.
Из-за звенчатости гусеницы и в связи с тем, что в движителе лесных машин используют опорные катки большого диаметра, а их количество меньше числа звеньев на опорной длине гусеницы, реальное давление дтах, передаваемое на грунт, больше д0.
Давление дтах, оказывающее основное влияние при формировании колеи после прохода гусеничной машины, можно определить по следующему уравнению [9]:
4 а
дт
3 а+ 7 С
п -
t
-13+«+О-1
2
5п-\а-1 П-1
(2)
где а - расстояние между соседними опорными катками (шаг катков), м; t - расстояние между осями, соединяющими соседние звенья гусеницы (шаг гусеницы), м;
С =
1
д2
4,+1
а_ 1 t
п - число опорных катков в ходовой части машины.
Из уравнения (2) видно, то при постоянном весе машины максимальное давление под опорными катками зависит от конструктивных параметров движителя а и t, расположения и количества опорных катков, а также от свойств грунта дВлияние этих факторов подтверждено экспериментально [1, 5, 6].
С учетом уравнений (1) и (2) получим уравнение общей деформации грунта под реальным гусеничным движителем лесной машины:
Ч*
И = а-
Ч* ~Чп
-дп
(3)
где а - коэффициент, характеризующий сопротивление почвы смятию, м /Н.
I
а =
2x6(3 ¡4Ц2 1
гаг^ -
4 ц" ^ 1
2 —+ Ц*-Г Н
Для определения плотности лесной почвы после прохода машины воспользуемся известной формулой [4], связывающей глубину погружения деформатора в почву с изменением ее плотности:
к _ Рк ~Ро Н р„ '
(4)
где рк - конечная плотность почвы после ее деформации гусеничным движителем, г/м3;
t
4*
Ро - плотность естественного сложения лесной почвы до приложения нагрузки, г/м3.
Подставив выражение для определения к (3) в формулу (4), получим уравнение для определения плотности почвы после прохода гусеничной машины:
\
Рк = РО
1 + А
V H
(5)
Предложенные аналитические зависимости (1), (2) и (5), описывающие взаимодействие движителя с лесной почвой, позволяют управлять и прогнозировать ее осадку и плотность после прохода гусеничных лесных машин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беккер, М.Г. Введение в теорию систем местность - машина [Текст] / М.Г. Беккер; пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1973. - 520 с.
2. Бондарев, А.Г. О нормах допустимых давлений на почву в зависимости от ее физических свойств [Текст] / А.Г. Бондарев [и др.] // Воздействие движителей на почву. Т. 118. - М.: ВИМ, 1988. - С. 67-75.
3. Герасимов, Ю.Ю. Экологическая оптимизация технологических процессов и машин для лесозаготовок [Текст] / Ю.Ю. Герасимов, В.С. Сюнев. - Йоэнсуу: Изд-во университета Йоэнсуу, 1998. - 178 с.
4. Григорьев, И.В. Влияние способа трелевки на эксплуатационную эффективность трелевочного трактора [Текст]: автореф. канд. дисс. / Григорьев И.В. - М., 2000. - 215 с.
5. Ксеневич, И.П. Ходовая система - почва - урожай [Текст] / И.П. Ксеневич,
B.А. Скотников, М.И. Ляско. - М.: Агропромиздат, 1985. - 304 с.
6. Кулешов, А.П. Экологичность движителей транспортно-технологических машин [Текст] / А.П. Кулешов, В.Е. Колотилин. - М.: Машиностроение, 1993. - 286 с.
7. Лесоводственные требования к технологическим процессам лесосечных работ [Текст] - М.: Федеральная служба лесного хоз-ва России, 1993.
8. Лобанов, В.Н. Исследования взаимодействия гусеничного движителя лесных машин со слабым грунтом [Текст] / В.Н. Лобанов // Лесн. журн. - 1997. - № 1-2. -
C. 45-49. - (Изв. высш. учеб. заведений).
9. Лобанов, В.Н. К вопросу распределения давления по опорной поверхности гусеничного движителя [Текст] / В.Н. Лобанов // Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. Т. 1. - Брянск: БГИТА, 1999. - С. 59-60.
10. Лобанов, В.Н. Обоснование параметров движителя гусеничной лесной машины [Текст] / В.Н. Лобанов // Повышение технического уровня машин лесного комплекса: матер. Всерос. научно-практ. конф. - Воронеж, 1999. - С. 135-138.
11. Письмеров, А.В. Влияние механизированных лесозаготовок на изменение почвенного покрова в лесах Уфимского плато (Горные леса Южного Урала) [Текст] / А.В. Письмеров, Р.И. Ханбеков. - Уфа: Башкирское кн. изд-во, 1971. - С. 60-64.
V.A. Ermichev, V.N. Lobanov, G.N. Krivchenkova, A. V. Artemov Forecasting of Forest Soil Settlement and Density after Tracked Machines Pass
Formulae for determining soil deformation value and its density in the track bottom after pass of tracked machines are offered.
