CC BY
0УДК 551.578.46
Н. А. Белоусов,
кандидат технических наук, доцент В. К. Хегай,
доктор технических наук, профессор
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМАЦИИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА В УСЛОВИЯХ ЗИМНЕЙ ЛЕСОСЕКИ
Деформация снежного покрова плоским штампом в условиях зимней лесосеки описывается уравнением [1]:
{ EMBED Equation.3 }, (1)
где a - коэффициент линейной деформации снежного покрова, м/МПа; q - удельное давление на штамп, МПа; hmax - предельная глубина деформации снежного покрова при q ® ¥, м.
Исследования, выполненные в МГУЛ, УГТУ, ГПИ (лаборатории ОНИЛСМ снегоходных машин), показали, что коэффициент линейной деформации грунта, а, следовательно, и осадки штампа (движителя) зависят от физико-механических свойств грунта (поверхности движителя), размеров и формы деформатора [2; 3; 4].
Коэффициент линейной деформации грунта a определяется по выражению [2]:
{ EMBED Equation.3 }, (2)
где X - отношение длины штампа L к его ширине b (х = L / b); β - коэффициент, учитывающий поперечную деформацию грунта; Е0 - модуль общей деформации снежного покрова, МПа; μ - коэффициент, учитывающий свойства грунта в функции модуля поперечной деформации μ0.
Из анализа графической зависимости { EMBED Equation.3 }, где р -плотность снега, следует, что значение коэффициента μ лежит в пределах от 0 до 1. Уменьшение плотности снега снижает величину коэффициента μ. При р = (150-170) кг/м3 он равен 0,1, а при р = (600-800) кг/м3 μ ® 1. Для снега можно предложить эмпирическую зависимость μ = /(μ0) в виде
Увеличение модуля поперечной деформации μ0 уменьшает величину β. Физическая сущность изменения коэффициента β связана с перемещением штампа за счет уплотнения слоев снега под действием сил сжатия (давления), а также за счет выдавливания снега из-под штампа под действием этих сил. Экспериментальные исследования на штампах показали, что с увеличением ширины штампа b ведет к уменьшению β и снижению линейной деформации снега а, увеличивается составляющая перемещения (осадки) штампа за счет уплотнения ядра снега под штампом и выдавливания снега в стороны.
Возможность использования уравнения (2), описывающего линейную деформацию дисперсных материалов (снежный покров), глубиной H, определяется величинами E0, β, μ, формой и геометрическими параметрами деформатора. Модуль общей деформации снега Е0 определяется на основе экспериментальных исследований физико-механических характеристик снежного покрова при его сжатии штампом в условиях естественного залегания.
Процесс деформации снега осуществлялся при удельных давлениях, превышающих давление на движитель гусеничной машины { EMBED Equation.3 }. Изменение коэффициента пористости ε и плотности снега р представлены на рис. 1.
Рис. 1. Изменение коэффициента пористости ε и плотности снега р от величины удельного давления q на штамп
В лабораторных условиях процесс сжатия снега проводился при удельных давлениях до 3,4 МПа. В случае предельной деформации снега (при { EMBED Equation.3 } он превращался в лед, с выделением свободной воды. Изменение плотности снега в функции удельного давления { EMBED Equation.3 } отображено на рис. 1.
При анализе кривых деформации снежного покрова штампами выявлена зависимость модуля Е0 от начальной плотности снега ро и отражена на рис. 2. Значение модуля деформации Е0 в зависимости от начальной плотности (от { EMBED Equation.3 } до рплуп = 600-650 кг/м3) можно определить по выражению вида [2]:
{ EMBED Equation.3 }.
При удельных давлениях выше { EMBED Equation.3 } и плотности снега от 600 кг/м3 и выше - по уравнению { EMBED Equation.3 } [2].
Из уравнения (1) следует, что коэффициент a оказывает основное влияние на характер протекания процесса и определяет крутизну кривых { EMBED Equation.3 }, отражающих процесс уплотнения снежного покрова. Это проявляется особенно тогда, когда подштамповое ядро не достигло поверхности твердого подстилающего слоя (рис. 3). Е[ри уплотнении самого ядра (призма, пирамида) проявляется влияние коэффициента a и предельной глубины деформации { EMBED Equation.3 }.
В момент касания ядра, сформированного под штампом, своим нижним основанием твердого грунта, интенсивность осадки штампа резко снижается. Величина глубины осадки становится незначительной и определяется значением предельной глубины деформации снега { EMBED Equation.3 }.
Значение a и { EMBED Equation.3 } определены по результатам эксперимента, методом наименьших квадратов. Зависимости глубины деформации снежного покрова от X и { EMBED Equation.3 }, представлены на рис. 3.
5.5 5,3
5.1 4,9 4,7
4.5
4.2
/2
^ЕДИПМШ-ш/
Î4E=4>0,0D2A
200 40 Q 600
№
Рис. 2. Зависимость модуля Е0 от начальной плотности снега р
Рис. 3. Зависимость предельной глубины деформации { EMBED Equation.3 } от свойств снега { EMBED Equation.3 } и формы штампа деформатора (х = l / b). { EMBED Equation.3 }; { EMBED Equation.3 }; φ - угол внутреннего трения снега , град ; b - ширина
штампа, м
Предельную глубину деформации снега определяем по уравнению:
{ EMBED Equation.3 },
где Н - глубина залегания снежного покрова, м; р0 - начальная плотность снега, кг/м3; { EMBED Equation.3 } - плотность снега, соответствующая плотной упаковке и равная 640 кг/м3.
По данным штамповых исследований построена номограмма [3], для определения характеристик снега { EMBED Equation.3 }в зависимости от глубины залегания { EMBED Equation.3 } и его начальной плотности { EMBED Equation.3 }. Следовательно, плотность { EMBED Equation.3 } является основной характеристикой при определении механических свойств снега.
На рис. 4, а, б представлены зависимости { EMBED Equation.3 }. Глубина залегания снега { EMBED Equation.3 }, { EMBED Equation.3 }.
Из рис. 5, а следует: увеличение отношения х = L / b, где { EMBED Equation.3 } - длина штампа; { EMBED Equation.3 } - ширина штампа, снижает глубину осадки штампа h и величину коэффициента линейной деформации снега при постоянной нагрузке { EMBED Equation.3 } и { EMBED Equation.3 }.
Рис. 4. Г рафики зависимости деформации h снега:
а - от глубины его залегания H:
■ - q = 0,17 МПа; Δ - q = 0,11 МПа; 0 - q = 0,07 МПа; □ - q = 0,05 МПа; X - q = 0,03 МПа; о - q = 0,01 МПа
б - от удельного давления q при р = const: □ - штамп 10 X 20, (х = 2); о - штамп 10 X 10, (х = 1); 0 - штамп 10 X 40,
(х = 4); Δ - штамп 10 X 30, (х = 3);
■ - штамп 10 X 58, (х = 5,8)
Рис. 5. Г рафики зависимости коэффициента а: а - от глубины залегания снега Н; б - зависимость (a = h / q) от формы штампа (x = l / b) при F = const и q = const
На рис. 5, б представлены графики зависимости глубины осадки штампа от отношения { EMBED Equation.3 }. При { EMBED Equation.3 }
(штамп 20 X 20 см) глубина деформации снега меньше, чем при { EMBED Equation.3 }(штамп 10 X 40 см), при этом для обоих штампов { EMBED Equation.3 }.
Величина коэффициента линейной деформации снега a снижается при { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.DSMT4 } { EMBED Equation.DSMT4 }, а при { EMBED Equation.3 } { EMBED
Equation.DSMT4 }. Этим подтверждается положительное влияние ширины b штампа на уменьшение глубины деформации снежного покрова.
Таким образом, при увеличении ширины b уменьшается периметр штампа, интенсивнее протекает процесс уплотнения слоев снега под штампом и формирование подштампового ядра, высота которого { EMBED Equation.3 } зависит от ширины { EMBED Equation.3 } и глубины залегания снега { EMBED Equation.3 }.
Уменьшение ширины штампа (при { EMBED Equation.3 } ведет к увеличению длины штампа { EMBED Equation.3 } и уменьшению высоты ядра уплотненного снега. Процесс осадки штампа, т. е. линейная деформация снега, растет, увеличивается a (рис. 5).
Увеличение коэффициента a связано с интенсивностью формирования ядра уплотнения снега под штампом. Следовательно, увеличение ширины штампа (b) увеличивает высоту поднятия нового ядра, уменьшает глубину осадки штампа в снежный покров и величину численного значения коэффициента a.
Численное значение a определяет крутизну кривой { EMBED Equation.3 } и для снега аналитически вычисляется по уравнению (2). Для штампов (х = 1) относительная погрешность составила 2,3 %, а с увеличением длины штампа (х = 5,8) - не превышает 9,0 %.
Библиографический список
1. Лобанов, В. Н. Исследование сопротивления качению гусеничного движителя лесных машин [Текст] / В. Н. Лобанов, Я. В. Слодкевич // ИВУЗ. Лесной журнал, 1976, № 6. - C. 48-52.
2. Белоусов, Н. А. Инженерный метод определения коэффициента сопротивления качению гусеничных лесных машин на снежной целине [Текст] / Н. А. Белоусов // Сб. науч. трудов. II. 2. - Ухта: УГТУ, 2005, - С. 12-24.
3. Малыгин, В. А. Процессы, протекающие в снеге при сжатии его штампами [Текст] / В. А. Малыгин, С. В. Рукавишников // Труды ГПИ. - Горький, 1969. Т. XXV, вып. 9. - С. 88-96.
4. Смирнов, Г. А. Теория движения колесных машин [Текст] / Г. А. Смирнов. -М.: Машиностроение, 1981. - С. 271.
Обосновано уравнение для определения коэффициента линейной деформации снежного покрова, выявлены физико-механические характеристики снега и размеры деформатора, влияющие на этот коэффициент.
* * *
The equation for definition of factor of linear deformation of a snow cover is proved, physicomechanical characteristics of a snow and the sizes deformatora, influencing on this factor are revealed.
Файл: белоусов
Каталог: C:\Documents and Settings\User\MoH документы\выпуски\185\ворды-185
Шаблон: C:\Documents and Settings\user.LAUTNER\Application
Data\Microsoft\Шаблоны\NormaLdot Заголовок: Х
Содержание:
Автор: Лена
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 02.11.2010 9:52:00
Число сохранений: 2
Дата сохранения: 02.11.2010 9:52:00
Сохранил: user
Полное время правки: 4 мин.
Дата печати: 02.11.2010 12:00:00
При последней печати
страниц: 7
слов: 1 383 (прибл.)
знаков: 7 887 (прибл.)
