CC BY
19
ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕСНЫХ ТРЕЛЕВОЧНЫХ ТРАКТОРОВ С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р., Суханов А.В. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
The relative assessment by the offered new measure of a level of ecological impact of applied silvan caterpillar logging tractors on a deformable surface is conducted. The offered procedure allows to estimate on a design stage of the running gear a level of ecological impact of the caterpillar logging tractor on a deformable surface.
Для сравнительной оценки экологического взаимодействия трелевочных тракторов с гусеничными элементами ходовой части с поверхностью, содержащей деформируемый слой толщиной НГ до относительно твердого основания предложен критерий в виде КЭ=фкр0ё'1 [1]. Этот упрощенный вид критерия применим для режима движения без продольного дифферента рамы от технологических сил сопротивлению движению (с поверхностью взаимодействует полная конструктивная длина опорной поверхности гусеничного движителя) при равномфиом распределении вертикальной нагрузки по длине этой опорной поверхности (Кн = gmax /gmin = 1,0 или согласно критерию положения центра динамического давления гусеницы l/L = 0,5). В дальнейших исследованиях будут учтены изменения этих параметров.
Исследования проводились на базе аналитического алгоритма связи основных параметров взаимодействия [1]:
hr = f ( qs,E,ju,H г ,a,sltq,F ,l,b,x,K );
s = f(hsp,Hr); h=f(qs'E,a\ ,hr ,qJ,b); <p = f(qs>E>a2>Hr>b>Co>(p°J-
"0'
где НГ - толщина деформируемого слоя; Ьр - глубина образуемой колеи; е - модуль осадки деформируемого слоя; ^ - суммарный коэффициент сопротивлению движению; Ф - коэффициент сцепления гусениц
Остальные параметры указаны в [1]. Исходные параметры сравниваемых тракторов приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Исходные данные сравниваемых тракторов
Тип трактора Параметры
Gz, т параметры одной гусеницы Fz, м2 q, кПа
l, м b, м х = 1 / b
ТДТ-55М 12,8 2,44 0,42 5,82 2,05 62
ТТ-4М 17,2 3,0 0,55 5,45 3,30 52
ТЛТ-100 18 3,2 0,64 5,0 4,10 44
В проведенных исследованиях рассматривалась поверхность (суглинок) текучепластичной консистенции (ВК = 0,75... 1,0; ц = 0,45... 0,48; = 0,115 МПа; w% = 25%; коэффициент сжимаемости а = 0,45.0,48 МПа-1; коэффициент начальной пористости 81= 1,189... 1,3; С0 = 15 КПа; <р°= 17°)
В табл. 2 приведены значения модуля осадки е = кгр! Н .
Таблица 2 - Значения модуля осадки е
Тип трактора Толщина деформируемого слоя НГ, м
0,10 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 2,0
ТДТ-55М 0,49 0,3 0,185 0,137 0,11 0,09 0,08 0,064
ТТ-4М 0,353 0,23 0,146 0,108 0,087 0,074 0,065 0,05
ТЛТ-100 0,26 0,18 0,118 0,086 0,076 0,06 0,052 0,04
На рис. 1 приведено изменение глубины колеи Нгр = / (НГ) для сравниваемых тракторов.
Значения суммарного коэффициента сопротивлению движению /у тракторов с учетом глубины колеи Игр, радиуса опорных катков гк = 0,325 м, шага опорных катков а1 = 0,68 м и шага звеньев гусеницы ? = 0,13.0,14 м приведено на рис. 2.
0,14
0,12
0,1
К (м)
Нг (м)
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2
0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0
г (м)
0 0,25 0,5 0,75
1,25 1,5 1,75
Г
0,08
0,06
0,04
0,02
0
2
Рисунок 1 - Зависимость глубины Рисунок 2 - Зависимость суммарного колеи Игр=/ (НГ) коэффициента сопротивления
движению /г=/СНг)
Значения коэффициента сцепления (р с учетом Игр, показателя напряжений в грунте а2 =0,64(1 + Ь/НГ) и параметров С0 и (р0, определяющих сопротивление грунта сдвигу проведены на рис. 3.
Значения коэффициента использования касательной силы тяги гусеничных тракторов по началу буксования определяем по выражению <р 0 = (р - .
Значения критерия оценки экологического взаимодействия Кэ = сркр0 • е в системе "местность-машина " приведены на рис. 4.
Нг (м)
Кэ
12
Нг (м)
0 0,25 0,5 0,75
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2
Рисунок 3 - Изменение коэффициента РисУнок 4 - Изменение ^итерия сцепления ф = / (Нг) кэ = / (Нг)
Критерий КЭ = фкр0 /в позволяет количественно оценить уровень экологического повреждения поверхности с учетом модуля осадки в и коэффициента использования касательной силы тяги трактора фкр0 на начало буксования в данных грунтовых условий (т.е. с учетом основных конечных параметров воздействия тракторов на грунтовый фон)
Логика анализа процессов образования глубины колеи Нгр и начала буксования по параметру фкр0 говорит, что с увеличением значения КЭ уменьшается экологическое последствие процесса взаимодействия трактора с деформируемой поверхностью. Причем, с увеличением толщины деформируемого слоя поверхности Нг значение критерия КЭ увеличивается из-за непропорционального изменения деформационных процессов в грунте со стороны ходовой части трактора (гусеницы) - влияют параметры деформатора х и величина удельного давления q. Это связанно с неголономностью развивающихся процессов деформации грунта (почвы). Увеличение коэффициента КЭ в диапазоне Нг = 0,1...2,0 м для ТДТ-55М в 5,4 раза, ТТ-4М в 6,7 раза, ТЛТ-100 в 5,9 раза не говорит об улучшении экологического взаимодействия трактора на деформирующую поверхность. Это говорит о разной динамике соотношения параметров взаимодействия (Игр и фкр0) с изменением глубины деформируемого слоя. Поэтому сравнение экологического взаимодействия по критерию КЭ целесообразно проводить по вертикали для каждого фиксированного значения Нг (например, Нг = 0,25 м; Нг = 1,0 м и т.д.). С увеличением Нг (для каждого уровня Нг) наблюдается динамика изменения КЭ, т.е. при малой толщине слоя Нг = 0,1 м разность значений КЭ для ТЛТ-100 и для ТДТ-55М равна 1,0, а при Нг = 2,0 м равна 6,4.
В принципе возможно применение альтернативного критерия Кэ в виде Кэ = е- (р 1;р(). Но это дает маловыраженный характер изменения параметра. Например, для ТДТ-55М в диапазоне Нг =0,1...2,0 м Кэ = 0,218...0,212, а для ТЛТ-
ф
0,53
0,525
0,52
0,515
0,51
0,505
100 КЭ = 0,127.0,018, т.е чем меньше КЭ , тем лучше экологическое последствие воздействия. Однако, применение этого выражения критерия экологического взаимодействия представляется нецелесообразным из -за резкого ухудшения динамики его изменения, что снижает точность оценки уровня экологического взаимодействия лесных гусеничных и колесно -гусеничных трелевочных тракторов с деформируемой поверхностью.
Критерий КЭ позволит количественно оценить положительное влияние конструктивных мероприятий по увеличению длины и ширины гусениц трактора. Однако, это увеличивает вес и стоимость трактора. Для их снижения необходимо применять не сплошные опорные элементы ходовой части в виде непрерывного обвода по борту, а дискретные в виде колесно -гусеничных движителей тандемного типа с опорной площадью, соизмеримой с непрерывным гусеничным обводом.
Литература
1. Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р. Экологическая оценка процессов взаимодействия в системе "местность - машина" // Актуальные проблемы лесного комплекса / Сборник научных трудов по итогам межд. НТК. Выпуск 11.- Брянск: БГИТА, 2005.- С. 69-71.
