CC BY
4УДК 630*432.1
DOI: 10.24412/CL-35807-2021-1-49-51
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ГРУНТОМЕТА ДЛЯ ПРОКЛАДКИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПОЛОС В ЛЕСНОМ МАССИВЕ
MODELING THE WORKING BODIES OF A SOIL GUN FOR LAYING MINERALIZED STRIPS IN A FOREST
Гнусов М. А., научный сотрудник, заведующий лаборатории механизации и автоматизации НИИ ИТЛК ВГЛТУ им. Г. Ф. Морозова, кандидат технических наук, Россия, Воронеж, e-mail: mgnusov@yandex.ru
Gnusov M. A., Researcher, Head of the Laboratory
of Mechanization and Automation,
Research Institute ITLK VGLTU
named after G. F. Morozov,
candidate of technical sciences,
Russia, Voronezh, e-mail: mgnusov@yandex.ru
В работе отражена проблематика неконтролируемых лесных пожаров. Описана конструкция агрегата для тушения лесных низовых пожаров при помощи направленного потока почвогрунта в зону горения. Особое внимание уделено именно процессу моделирования рабочих органов грунтометательного агрегата при помощи программных продуктов, в частности серийно выпускаемой программы для инженерных расчетов и разработанной и запатентованной программы для ЭВМ. Метод дискретных элементов позволил создать имитационные модели вязкоупругого взаимодействия поверхностей рабочего органа с имитационной средой. Полученные результаты в ходе компьютерных экспериментов в виде оптимальных характеристик. Следующим этапом послужило создание BD-модели в программе для твердотельного моделирования (SolidWorks). Полученная модель позволила выполнить оптимизацию формы рабочего органа, проверить на виртуальном стенде работоспособность сложных соединений, получить характеристики материалов и др.
The work reflects the problem of uncontrolled forest fires. The article describes the design of an aggregate for extinguishing forest ground fires using a directed flow of soil into the combustion zone. Particular attention is paid to the process of modeling the working bodies of the soil-throwing unit using software products, in particular, a serially produced program for engineering calculations and a developed and patented computer program. The method of discrete elements made it possible to create simulation models of the viscoelastic interaction of the surfaces of the working body with the simulation environment. The results obtained in the course of computer experiments in the form of optimal characteristics. The next step was the creation of a 3D model in a program for solid modeling (SolidWorks). The resulting model made it possible to optimize the shape of the working body, check the performance of complex joints on a virtual bench, obtain the characteristics ofmaterials, etc.
Ключевые слова: имитация процесса, твердотельное моделирование, тушение пожара, контактное взаимодействие.
Keywords: process simulation, solid modeling, fire extinguishing, contact interaction.
Зеленые насаждения является отличительной особенностью нашей планеты и занимает примерно одну третью суши. На сегодняшний день сокращение лесных массивов связывают с несколькими группами факторов: вредители и болезни, ветровалы и буреломы, подтопление лесных площадей, воздействие промышленных и сельскохозяйственных предприятий и неконтролируемые лесные пожары, ущерб от которых с каждым годом увеличивается [1]. Проблема масштабных лесных возгораний все чаще поднимается в обществе, особенно в засушливые периоды, когда приро дно-климатические факторы резко повышают возможность их возникновения. Актуальность проблемы требует поиска новых подходов к ликвидации природных возгораний. Широкие возможности в плане предупреждения и непосредственной борьбы с лесными пожарами дает использование лесных грунтометатель-ных орудий в связи с тем, что лесной грунт имеется в неограниченном количестве и непосредственной близости к месту возгорания [2, 3]. Применение грунта при наличии специализированной техники возможно сразу по прибытию в зону локализации, тем самым позволяя потушить или снизить скорость распространения огня в лесных насаждениях и минимизировать причиняемый экологический ущерб. Вторым существенным преимуществом способа пожаротушения в лесных условиях при помощи грунта является удаление воспламеняющихся л есных м атериалов в пределах создаваемой противопожарной минерализованной полосы, что не достигается водным способом тушения. При ликвидации пожара грунтом образуется полоса, крайне необходимая для предотвращения дальнейшего распространения кромки огня и возникновения новых очагов. Для применения грунта при ликвидации природных пожаров созданы специальные орудия, такие как ГТ-3, ПФ-1 [4].
В работе представлен созданный коллективом ученых ВГЛТУ им. Г. Ф. Морозова грунтомет-полосопрокладыватель [5, 6], который позволяет повысить эффективность и качество создания минерализованных полос путем обоснования параметров и режимов работы для различных лесных почвогрун-тов (рис. 1). Технологическая схема работы грунтомета-поло-сопрокладывателя с комбинированными рабочими органами представлена на рис. 2 [7].
Рис. Грунтомет-полосопрокладыватель в сцепке с трактором Т-150К на учебно-опытном полигоне кафедры МЛХиПМ
Можно отметить, что за счет двух активных рабочих органов достигается стабилизация всей конструкции, а также повышается эффективность за счет направления потока по обе стороны от агрегата, увеличивая площадь создания преграды (рис. 2).
В программе для твердотельного моделирования [8] создан фрезерно-метательный рабочий орган (рис. 3). Разработан виртуальный стенд для имитации метания частиц грунта и проведения исследований данного процесса по различным критериям. Сделанная конструкция виртуально-
го стенда для имитации работы фрезерного рабочего органа позволяет отслеживать во временном отрезке нагрузки, возникающие при приложении силы, моменты на валах, и другие характеристики.
Созданные математические и имитационные модели позволяют изучить быстро протекающие процессы в системе. Проанализированные научно-исследовательские работы, включающие математические и имитационные модели грунтоме-татетльных агрегатов, использующих фрезерный рабочий орган, не учитывают процесс метания почвогрунта, подвергшегося предварительной обработкой, что не полностью отображает показатель эффективности рабочего процесса. Реализованы оригинальные программы для ЭВМ, написанные на языке программирования Object Pascal в среде разработки Borland Delphi (рис. 4), с возможностью проведения компьютерных экспериментов для подбора оптимальных параметров работы агрегата, напрямую влияющие на процесс тушения лесного низового пожара потоком почвогрунта [9, 10].
Многокомпонентность лесной экосистемы делает ее сложной средой для моделирования, поэтому симбиоз программных продуктов для твердотельного моделирования и имитационного
Рис. 3. Рабочий орган, выполненный методом твердотельного моделирования
Рис. 4. Форма получения результатов в программе для имитации процесса работы грунтомета-полосопрокладывателя
моделирования, описанного м етодом дискретных элементов, позволяет получить полное представление о системе, описывающей процессы взаимодействия фрезерно-метательных рабочих органов с лесными почвогрунтами. Проведенные научные исследования позволили определить конструктивные и технологические параметры
Список литературы
фрезерно-метательного рабочего органа, участвующего в контактном взаимодействии со средой имитации.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-3860041/20.
1. Drapalyuk M. Forest fires: methods and means for their suppression [Text] / M. Drapalyuk, D. Stupnikov, D. Druchinin, E. Pozdnyakov // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. — 2019. — 226. — 012061.
2. Малюков С. В. Характеристика причин и условий возникновения лесных пожаров [Текст] / Малюков С. В., Ступ-ников Д. С., Ступников А. С. // Воронежский научно-технический вестник. — 2019. — № 2 (28). — С. 55—60.] [Лесная пирология [Текст]: учебное пособие / И. П. Ушатин; М-во образования и науки РФ, ГОУ ВПО «ВГЛТА». — Воронеж, 2011. — 120 с.
3. Ступников Д. С. Виды лесных пожаров и методы их тушения [Текст] / Д. С. Ступников // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. — 2015. — № 9-3 (20-3). — С. 201—203.
4. Гнусов М. А. Почвообрабатывающие орудия для прокладки минерализованных полос, канав, противопожарных дорог и разрывов [Текст] / Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика». — 2013. — № 4. — С. 272—276.
5. Пат. на полезную модель 128887 РФ, МПК E02F5/006, A62C2/00. Лесопожарная комбинированная грунтометатель-ная машина [Текст] / М. В. Драпалюк, И. М. Бартенев, П. Э. Гончаров, Л. Д. Бухтояров, П. И. Попиков, М. А. Гнусов, Д. Ю. Дручинин, О. Б. Марков; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. — № 2013100599/03; заявл. 09.01.2013; опубл. 10.06.2013.
6. Пат. 2496540 РФ, МПК A62C27/00. Пожарный грунтомет-полосопрокладыватель / И. М. Бартенев, М. В. Драпалюк, М. А. Гнусов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. — № 2012126216/12; заявл. 22.06.2012; опубл. 27.10.2013.
7. Бартенев И. М. К вопросу о тушении лесных пожаров грунтом [Текст] / И. М. Бартенев, Д. Ю. Дручинин, М. А. Гнусов // Лесотехнический журнал. — 2012. — № 4. — С. 97—101.
8. Лысыч М. Н. Использование систем твердотельного моделирования и инженерных расчетов при проектировании и испытании почвообрабатывающих орудий // Вестн. КрасГАУ. — 2010. — № 1. — С. 194—198.
9. Математическая модель процесса подачи и выброса грунта рабочими органами комбинированной машины для тушения лесных пожаров [Электронный ресурс] / М. В. Драпалюк, И. М. Бартенев, М. А. Гнусов, Д. Ю. Дручинин и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2012. — № 84. — С. 232—246. — Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/23.pdf
10. Обоснование параметров лесного грунтомета с комбинированными рабочими органами [Текст] / М. В. Драпалюк, П. И. Попиков, П. Э. Гончаров, М. А. Гнусов // Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика». — 2014. — № 2 (2). — С. 77—81.
