АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМБИНИРОВАННЫХ ГРУНТОМЕТОВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Т Е Х Н И Ч Е С К И Е

НАУКИ

Р.А. Анохин, С.А. Кныш, Б.М. Каримов

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМБИНИРОВАННЫХ ГРУНТОМЕТОВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

В статье рассматриваются вопрос тушения пожара при помощи комбинированного грунтомета. Предложен вариант автоматизированного расчета параметров, который позволит оператору грунтомета эффективнее справляться с его работой.

Ключевые слова: Лесные пожары, автоматизированный расчет, тушение пожара, грунтомет.

Введение: Лесные пожары представляют собой большую проблему во всем мире. Почти девяносто процентов случаев лесных пожаров в Российской Федерации - это низовые пожары. Одним из наиболее перспективных способов тушения таких пожаров является засыпка кромки пожара грунтом, которая может выполняться вручную или при помощи специальных машин - грунтометов.

При использовании комбинированных конструкций грунтометов верхний слой подстилки снимается плоскими ножами, расположенными на роторе, после чего основную массу грунта, необходимую для эффективного метания в направлении кромки лесного пожара, разрушают и разрыхляют с помощью сферических ножей определенного радиуса. Отмечается, что одной из основных проблем взаимодействия сферического ножа с массивом грунта является определение скорости сближения рабочего органа с поверхностью слоя, обладающего определенными физико-механическими свойствами, поскольку при движении грунтомета частицы грунта входят в контакт с рабочими органами и возникают силы сопротивления движению агрегата, что снижает производительность работ по тушению пожаров. В ряде случаев, при фрезеровании вязких и близких к пределу текучести слоев грунта для эффективной работы рабочих органов грунтомета используется режим пониженных скоростей.

В результате выполненных в работе [1] исследований получены основные расчетные формулы (функционал) для определения оптимальных параметров работы комбинированного грунтомета.

© Р.А. Анохин, С.А. Кныш, Б.М. Каримов, 2022.

Научный руководитель: Шапиро Владимир Яковлевич - доктор технических наук, старший научный сотрудник, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М Кирова, Россия.

В данной работе поставлена цель создать программное обеспечение, способное перенести разработанный функционал, в удобное, понятное для использования оператором приложение, с помощью которого возможно значительно упростить процедуру оперативного принятия технологических решений.

Функционал основан на принципах механики контактного сближения, которые использованы при решении различных задач лесопромышленного комплекса: при окорке лесных балансов [2,3,7], при определении оптимальной глубины колеи при воздействии трелевочной системы на грунт, в том числе мерзлых и оттаивающих [4,5,6], при циклических статических и динамических нагрузках колесных движителей на грунт [8,9,10].

Основными характеристиками математической модели выступают: величина контактного сближе-

ния Н0=а02/Л и радиус контактной площадки

площади начальное вертикальное давление а _

3F. (1 -v2)R

F

фр

фр

4E

cosO

на которой действует усредненное по где ¥фр - сила действия диска (контактная сила

сближения), вертикальная проекция которой - сила ¥, V - коэффициент Пуассона; Е - модуль деформации массива грунта, в- угол атаки ножа. Функционал на основе этих параметров определяет оптимальную скорость сближения V.

Оператор, который будет производить расчеты эффективности работы сферических ножей при фрезеровании слоя грунта, избавляется от необходимости лично анализировать все условия и факторы, которые необходимы при расчетах и может в доступной форме воспользоваться разработанным приложением.

В итоге с помощью понятного интерфейса оператор получает все необходимые для расчета данные прямо с экрана своего портативного устройства.

10:28 О О Я

Скорость сближения

Параметры ножа О Лёгкий

О Мредний

(5) Тяжелый

Параметры фунта по модулю деформации (3 Слабый

О Средний

О Прочный

(•) Очень прочный

Вязкость грунта по коэффициенту Пуассона О Низкая

(•) Средняя

О Высокая

ф Очень высокая

Предел прочности на сдвиг О Слабый

10:28 □ О в а

Скорость сближения

(•) Тяжелый

Параметры грунта по модулю деформации О Слабый

О Средний

О Прочный

(•) Очень прочный

Вязкость грунта по коэффициенту Пуассона О Низкая

(•) Средняя

О Высокая

О Очень высокая

Предел прочности на сдвиг О Слабый

(§> Средний

О Прочный

РАССЧИТАТЬ

Рис. 1. Интерфейс

— 3

ao =

2

o

Интерфейс создаваемого приложения выполнен в максимально упрощенном и простом виде, для того чтобы оператор или любой использующий приложение человек, сразу мог разобраться с его функционалом.

Функционал приложения напрямую связан с набором формул, которые лежат в его основе, а предоставляемый пользователю интерфейс позволяет легко выбрать из предлагаемых параметров вводные данные.

Параметры ножа М R РАСЧЕ :т ПАРАМЕТРОВ

легкий 1 0,15 СКОРС ЭСТЬ КЕНИЯ

средний 2 0,25 -5 \ СБЛИ>

тяжелый 3 0,5 а os К —V v

Состояние грунта по модулю деформации Е слабый 0,5 Вязкость грунта по коэффициент у V Пуассона низкая 0,15

средний 1 средняя 0,25

прочный 3 высокая 0,35

оч.прочный 6 оч. высокая 0,45

Е v

М Расчет а os К

R параметров 0,33 2,4 6,03

СКОРОСТЬ СБЛИЖЕНИЯ V 2,27

Рис. 2. Функционал

Приведенная выше схема является структурой работы приложения, именно она отвечает за расчеты результатов необходимой скорости сближения для эффективной работы грунтомета.

После ввода необходимых данных с помощью интерфейса приложения оператор на выходе получает непосредственную скорость сближения V.

10:28 D Э а 1

Скорость сближения

Входные параметры

Параметры ножа: Тяжелый

Состояние грунта по модулю деформации: Очень

прочный

Вязкость грунта по коэффициенту Пуассона Средняя Предел прочности на сдвиг Средний

Скорость сближения

2,27 м/с

Рис. 3. Результат вычисления

Таким образом, с помощью данного приложения автоматизированы расчеты и упрощена задача пользователям, которые могут получать основной технологических параметр - скорость сближения, используя портативное устройство.

Библиографический список

1.Шапиро В.Я., Григорьева О.И., Григорьев И.В., Григорьев М.Ф. Теоретическое исследование процесса разрушения массива грунта сферическими ножами при использовании комбинированных конструкций грунтометов для тушения лесных пожаров.- Известия высших учебных заведений. Лесной журнал.-2018.-№1(361)-С.61-69.

2.Газизов А.М., Шапиро В.Я., Григорьев И.В. Вариационный метод расчета и стабилизации параметров роторной окорки//Справочник. Инженерный журнал с приложением.-2009.-№7(148).-С.47-51.

3.Григорьев И.В., Шапиро В.Я., Гулько А.Е. Математическая модель групповой окорки лесоматериалов в окорочных барабанах//Научное обозрение.-2012.-№4.-С.154-171.

4.Григорьев И.В., Макуев В.А., Шапиро В.Я., Рудов М.Е., Никифорова А.И. Расчет показателей процесса уплотнения почвогрунта при трелевке пачки хлыстов//Вестник Московского государственного университета леса-Лесной вестник.-2013.-№2. -С.112-118.

5.Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Особенности взаимодействия трелевочной системы с оттаивающим почвогрунтом //Лесной вестник. Forestry Bulletin.-2019. - Т.23.-№1.-С.52-61.

6.Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Оценка несущей способности мерзлого и оттаявшего грунта при неполной информации о состоянии его взаимодействия с трелевочной системой //Системы. Методы.Технологии. -2019. -№2(42).-С .80-86.

7.Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Гулько А.Е. Анализ методов расчета параметров и обоснование математической модели разрушения коры при групповой окорке древесины //Ученые записки Петрозаводского государственного университета. -2011. -№8(121). -С.92-96.

8. Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Жукова А.И. Влияние сдвиговых деформаций на процесс циклического уплотнения почвы // Естественные и технические науки.-2006.-№1(21).-С.174-180.

9. Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Жукова А.И., Иванов В.А. Исследование механических процессов циклического уплотнения почвогрунта при динамических нагрузках//Вестник КрасГАУ.-2008.-№1 .-С.163-175.

10. Шапиро В.Я., Григорьев И.В. Деформация и циклическое уплотнение почвогрунта между грунтозацепами крупногабаритных лесных шин// Техника и технология.- 2006.- №2(14).-С.94-100.

АНОХИН РОМАН АНАТОЛЬЕВИЧ - магистрант, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М Кирова, Россия.

КАРИМОВ БУЛАТМАРСОВИЧ- магистрант, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М Кирова, Россия.

КНЫШ СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ - магистрант, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М Кирова, Россия.