CC BY
105
ков с вершиной P должна равняться площади всего треугольника Ti, то есть,
S (ATT 2T3) = S (apt; t 3)+
(7)
+S (ATPT3) + S (ATT 2 P).
Если суммарная площадь треугольников APT2T3, ATPT3 и ATT2P оказывается больше площади элементарного треугольника S(ATi\Ti2Ti3), это означает, что точка P не лежит внутри треугольника Ti, и шар не контактирует с данным треугольником. В случае же если шар контактирует с треугольником, производится расчет сил, действующих между по-рослевиной и фрезой по известной величине внедрения гвн.
Библиографический список
1. Бартенев И.М. Расчет и проектирование лесохозяйственных машин: учеб. пособие. Воронеж: ВГЛТА, 2010. 339 с.
2. Бартенев И.М., Малюков С.В., По-сметьев В.В. Моделирование работы кустореза с упорами-улавливателями порослевин // Вестник КрасГау. 2011. № 7. С. 157-161.
3. Пат. 2429596 РФ, МПК A 01 G
23/06 Кусторез / И.М. Бартенев, С.В. Малюков; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2010110219/21; заявл. 17.03. 2010. опубл. 27.09.2011. Бюл. № 27. 3 с.
4. Драпалюк М.В. Совершенствование технологических операций и рабочих органов машин для выращивания посадочного материала и лесовосстановления : дисс. ... д-ра техн. наук. Воронеж: ВГЛТА, 2006. 415 с.
5. Малюков С.В. Обоснование рабочего процесса и параметров комбинированного рабочего органа кустореза-осветлителя лесных культур : дисс. . канд. техн. наук. Воронеж: ВГЛТА, 2012. 190 с.
6. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ: учебник / под ред. Е.Ю. Малиновского. М.: Машиностроение, 1980. 216 с.
7. Математическая модель рабочего процесса машины бойкового типа для уничтожения поросли // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления / П.Э. Гончаров, П.И. Попиков, Л.Д. Бухтояров [и др.]. Воронеж: ВГЛТА, 2005. Вып. 10. С. 47-54.
DOI: 10.12737/2195 УДК 630.332
ЭФФЕКТИВНЫЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ
ПНЕЙ НА ВЫРУБКАХ
доктор технических наук, профессор, заслуженный лесовод РФ, профессор кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин И. М. Бартенев аспирант кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин Е. В. Поздняков ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» kafedramehaniza@mail.ги, [email protected]
Основными объектами при лесовос-становлении являются вырубки. Для вырубок характерны различные древесные препятствия в виде пней, отдельных деревьев, крупных корней, порубочных остатков. В этих условиях лесные почвообрабатывающие орудия с пассивными рабочими органами (лемешные и дисковые плуги, бороны, культиваторы и др.) выполняют операции по основной, дополнительной и междурядной обработке почвы, нарезке противопожарных полос, содействию естественному возобновлению леса [1].
Вырубки в нашей стране занимают значительный объем лесокультурного фонда: в таежной зоне - 30...40 %, в подзоне смешанных лесов - 60.65 %, в лесостепи искусственным путем восстанавливается до 90.95 % вырубаемых площадей.
Количество пней на вырубках - один из основных факторов, определяющий условия работ машинно-тракторных агрегатов. Вырубки в таежной зоне европейской части России содержат пней на 1 га: до 400 - 5 %; 400.600 - 40 %; 600.800 - 45 %; 800.1200 - 9 %; свыше 1200 - 1 %. В зоне смешанных лесов: до 400 пней на 1 га -3 %; 400.600 - 50 %; 600.800 - 41 %; 800.1200 - 24 %; свыше 1200 пней - 2 %. 80 % европейского севера имеют 800 пней на 1 га [2].
В свою очередь количество пней оказывает влияние на расстояние между ними. Беккер М.Г. в своей работе [3] указывает зависимость среднего расстояния между соседними деревьями от их плотности, согласно которой при увеличении плотности уменьшается расстояние, и, как следствие, ухудшается проходимость машинно-трак-
торных агрегатов на возобновляемом участке.
5 _ 05
¿ш - 1—,
л]Р
где Sm - среднее расстояние между соседними деревьями;
р - плотность деревьев. Из-за объезда крупных препятствий почвообрабатывающие агрегаты совершают криволинейное зигзагообразное движение. При наличии 600.800 пней на 1 га радиус кривизны пути движения агрегата составляет в среднем 15.30 м, а на отдельных участках снижается до 5 м. При этом частые повороты ухудшают условия работы агрегата.
Однако, несмотря на криволинейное движение, рабочие органы лесных почвообрабатывающих орудий встречаются с препятствиями по следующим причинам. Во-первых, невозможно провести агрегат строго в промежутках между препятствиями. Во-вторых, препятствия бывают скрыты под поверхностью почвы (пни, крупные корни). В-третьих, иногда наезд на препятствие предусматривается технологическим процессом, например, при прокладке на нераскорчеванных вырубках строго прямолинейных борозд и полос [1].
Частота столкновений рабочих органов с пнями на свежей нераскорчеванной вырубке колеблется в широких пределах и зависит в основном от типажа и габаритов почвообрабатывающего агрегата, геометрических размеров пней и их количества на гектаре. К примеру, при наличии на 1 га вырубки от 600 до 1200 пней столкновение с ними рабочих органов составляет от 15
до 200 раз. Число столкновений рабочих органов с крупными неперерезаемыми корнями в среднем в 2.3 раза превышает число столкновений орудия с пнями.
При встрече с препятствиями рабочие органы и другие детали машин испытывают интенсивные ударные нагрузки, которые в 10.20 раз превышают среднее рабочее сопротивление. Динамические нагрузки приводят к изгибу и скручиванию деталей, образованию трещин, отколам, обломам, разрушению сварных соединений [4].
Поэтому в большинстве случаев процесс лесовосстановления начинается с операции по удалению пней, для выполнения которой разработано множество тракторных агрегатов, отличающихся друг от друга конструкцией, принципом действия, типом рабочих органов, энергетическими средствами.
Одним из старых и наиболее изученных приемов механического удаления пней является их корчевание. На раскорчеванных вырубках обеспечивается полная механизация всех технологических процессов лесовосстановления, повышается качество механизированных работ, увеличивается производительность агрегатов.
Однако, корчевка пней - это энергоемкий процесс, поскольку корчеватели и корчеватели-собиратели удаляют пни, создавая в корнях напряжения растяжения, повышение допустимых значений которых приводит к их разрыву.
Известно, что древесина хорошо работает на растяжение. Предел прочности при сжатии древесины дуба вдоль волокон равен 30,5 МПа, при статическом изгибе -
65,5 МПа, при растягивании вдоль волокон - 94,6 МПа. Незначительно ему уступают клен и бук. Осина, в свою очередь, значительно уступает по пределу прочности при сжатии и изгибе, но практически не уступает по сопротивлению растяжению - 92,7 МПа. Это и является причиной большого сопротивления осиновых пней корчеванию.
Древесина всех видов пород обладает малым сопротивлением скалыванию вдоль волокон. При радиальном и тангенциальном скалывании сопротивление составляет соответственно: для дуба - 7,6 и 8,8; для клена - 8,2 и 8,8; для липы - 5,5 и 4,9; для осины - 3,5 и 4,9; для сосны - 4,2 и 4,4; для ели - 4,0 и 4,3; для березы - 4,9 и 5,8 МПа.
Следовательно, сопротивление скалыванию меньше сопротивления растяжению и разрыву волокон дуба в 10,7.12,8 раза; для клена - в 10,2.11,0 раз; для березы - в 21,4.25,3 раза; для липы - в 16,3.18,2 раза и осины в 18,9.26,6 раза [5].
Кроме того, корчевка пней сопровождается значительными нарушениями экологического порядка. Это удаление верхнего плодородного слоя почвы, разрушение структуры почв за счет колееобразова-ния и буксования ходовых органов трактора, образование подпневых ям, повреждение растительности.
Поэтому конструкторы начали сосредотачивать свое внимание на изыскании других способов и технических средств удаления пней, которые воздействовали бы только на древесину пня и не оказывали негативного влияния на окружающую его почвенную среду, являясь тем самым экологически безопасными [6].
Особого внимания в условиях выру-
бок заслуживают машина для понижения пней МПП-0,75 и машина для удаления пней МУП-4.
В машине МПП-0,75 (рис. 1) применены режущие рабочие элементы (резцы), которые набраны в виде отдельных дисковых фрез, размещенных на горизонтальной оси вращения. Машина навешивается на
заднюю навеску трактора МТЗ-80/82, оборудованного ходоуменьшителем. Рабочий процесс осуществляется при непрерывном движении агрегата. При этом режущие элементы работают как фреза, осуществляя процесс резания надземной части пня, превращая его в мелкую стружку.
Для машины МПП-0,75 резание дре-
Рис. 1. Схема машины для понижения пней МПП-0,75
весины осуществляется поперек волокон методом фрезерования. Пни фрезеруются до уровня поверхности почвы. Технологический процесс, осуществляемый этой машиной, является энергоемким, так как в ее кинематику заложен процесс взаимодействия резцов с древесиной в том направлении, в котором древесина обладает наибольшим сопротивлением внешним нагрузкам.
Этими факторами можно объяснить низкую производительность МПП-0,75, которая составляет 15.. .17 пней за час сменного времени. Рабочая скорость агрегата - 0,2 км/ч, а в период удаления пня
снижается до 0,14 км/ч. Скорость резания - около 10 м/с [6].
Машина для удаления надземной части пней МУП-4 (рис. 2) принципиально отличается от МПП-0,75. Фрезерный рабочий орган в форме усеченного конуса установлен на гидроуправляемой стреле длиной 4,5 м впереди трактора ТДТ-55. По окружности нижнего основания конического рабочего органа размещены подрезающие резцы, а на образующих конуса -скалывающие резцы.
Рабочий орган наклонен к горизонту таким образом, что ближайшая к пню образующая конуса занимает вертикальное
Рис. 2. Схема машины для удаления надземной части пней МУП-4
положение. Скорость резания - до 40 м/с.
Резание пня производится только в одном нижнем сечении, выше которого происходит процесс дробления его скалывающими резцами. При этом скалывающие резцы воздействуют на древесину вдоль волокон, и это воздействие носит ударный характер. Производительность МУП-4 в 2,5 раза выше, чем у фрезерных машин с горизонтальной осью вращения [6].
Однако, несмотря на все достоинства, МПП-0,75, МУП-4 и все другие машины для измельчения, понижения и дробления пней имеют существенный недостаток: они фрезеруют пни только до уровня поверхности почвы. Оставшаяся подземная часть пней является препятствием для работы лесных почвообрабатывающих орудий, в результате чего происходит снижение качества лесокультурных работ.
Измельчение пней ниже поверхности почвы сдерживается интенсивным абразивным износом, возникающим в результате взаимодействия режущих элементов машин для понижения пней с частицами почвы. Для устранения этого недостатка необходимо подготовить площадку вокруг пня, удалив от него почву в радиусе 60.90 см и на глубину 10.15 см.
Однако все известные площадкоде-латели, такие как: ОПГН-1, ПНД-1, ПН-1-0,8, ПН-2 и др. - применяются на крутых участках гор, овражно-балочных склонах, на каменистых почвах или на вырубках для подготовки площадок между пнями, где невозможно применение другой лесохозяйственной техники, но не приспособлены для работы вокруг пней, так как для выполнения требуемой операции необходимо использование гибких рабочих органов.
В качестве таких органов предлагается использовать рыхляще-сдирающие элементы в виде кусков троса длиной 275 мм и диаметром 16 мм. Для предотвращения быстрого изнашивания и размочаливания тросов их нижние концы должны подвергаться спайке и упрочнению на высоте 3.5 см.
Их применение позволит не только подготовить необходимую площадку вокруг пня, но и очистить сам пень от налипшей на него почвы, в результате чего увеличится межзаточный период режущих элементов машин для измельчения пней, и, тем самым, повысится их производительность в целом.
Библиографический список
1. Посметьев В.И. Методологические основы повышения эффективности почвообрабатывающих орудий с помощью предохранителей. Воронеж: ВГЛТА, 1999. 196 с.
2. Бартенев И.М. К вопросу столкновения лесохозяйственных машин с препятствиями на вырубках // Вестник Центрально-Черноземного регионального отделения наук о лесе Академии естественных наук Воронежской государственной лесотехнической академии. Воронеж: ВГЛТА, 1998. Вып. 1. С.230-234.
3. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина. Ч. 1. Мест-
ность. Ч. 2. Машина. М.: «Машиностроение», 1973. 520 с.
4. Нартов П.С. Повышение надежности и долговечности лесохозяйственных машин. М.: ЦБНТИ, 1974. 36 с.
5. Драпалюк М.В., Бартенев И.М. Особенности удаления пней на вырубках в дубравах // Научный вестник. Воронеж: ВГЛТА, 2009. Вып. 2/7. С.183-186.
6. Чмелев В.В., Драпалюк М.В. Обзор технических средств для удаления пней // Лес. Наука. Молодежь - 2004: сб. материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2004 г. Воронеж: ВГЛТА, 2005. С.189-193.
DOI: 10.12737/2196 УДК 629.016
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТРАКТОРА
заведующий кафедрой прикладной механики, кандидат технических наук, доцент
А. Н. Беляев
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры прикладной механики
А. В. Кочегаров
кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной механики Т. В. Тришина ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» [email protected], kochieghaгov77@mail.ги, [email protected]
Момент инерции трактора необходимо знать при решении многих научных и технических проблем, например, при различных динамических и кинематических расчетах, исследовании устойчивости его движения и т. п. [3, 4].
Для определения моментов инерции существуют два принципиально различных метода - аналитический и экспериментальный. При применении экспери-
ментального метода необходимо изготовить точную модель проектируемого объекта с подобными размерами и, применяя законы подобия, вычислить его момент инерции. В связи с разнообразием вопросов, при решении которых необходимо знать момент инерции тела, а также вследствие разнообразия тел и положения их осей задача эксперимента является, хотя актуальной, но чрезвычайно сложной мно-
