CC BY
0
УДК 614.842 DOI: 10.53374/1993-0135-2023-4-334-338
Хвойные бореальной зоны. 2023. Т. XLI, № 4. С. 334-338
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ГРУНТОМЕТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ ПРОКЛАДЫВАЕМОЙ ПОЛОСЫ
И. С. Федорченко, Н. И. Куриленко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: atlm@sibstu.kts.ru
В статье рассматривается конструкция рабочего органа грунтомета лесопожарного, предназначенного для борьбы с лесными низовыми пожарами путем прокладывания минерализованной полосы с одновременным забрасыванием кромки пожара минерализованным грунтом, с определением его мощностных показателей в зависимости от глубины прокладываемой полосы.
На конструкцию рабочего органа грунтомета лесопожарного получен патент на полезную модель Российской Федерации № 117091, патентообладателем которого является Сибирский государственный технологический университет.
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для прокладки защитных минерализованных полос, а также тушения низовых пожаров грунтом, особенно в безводных лесных массивах. Полезная модель позволяет увеличить ширину минерализованной полосы за счет выполнения рабочего органа в виде ножей-метателей, оформленных в виде участка спирали «жезл», установленных на несущем диске под углом а между задней кромкой ножа и плоскостью вращения фрезерного диска, и повернутых относительно задней кромки в сторону движения на угол в, при этом диаметр несущего диска равен диаметру окружности, описываемой концами ножей-метателей, что увеличивает площадь опоры для грунта, заключенной между фронтальной поверхностью несущего диска и ножами-метателями.
Ножи-метатели отделяют стружку от массива почвы, при этом срезаемый объем грунта упирается в стенки, образуемые сопряжением фронтальной плоскости несущего диска и ножей-метателей. Метание происходит в результате придания срезаемой части грунта кинетической энергии от ножей-метателей и фронтальной плоскости несущего диска.
Рассмотрены схема и принцип действия рабочего органа грунтомета лесопожарного, получены зависимости потребной мощности от глубины прокладываемой полосы.
Внедрение и применение грунтометов при борьбе с лесными пожарами позволит минимизировать ущерб и вред лесной экосистеме.
Ключевые слова: лесопожарный грунтомет, рабочий орган, минерализованная полоса лопатка-метатель, борьба с лесными пожарами.
Conifers of the boreal area. 2023, Vol. XLI, No. 4, P. 334-338
POWER INDICATORS OF GRIND GUN OPERATION DEPENDING ON THE DEPTH
OF SOIL TREATMENT
I. S. Fedorchenko, N. I. Kurilenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: atlm@sibstu.kts.ru
The article discusses the design of the working body of a forest fire soil thrower, designed to fight forest ground fires by laying a mineralized strip with simultaneous throwing of the edge of the fire with mineralized soil, with the determination of its power indicators depending on the depth of the strip.
For the design of the working body of the forest fire ground thrower, a utility model patent of the Russian Federation No. 117091 was received, the patent holder of which is the Siberian State Technological University.
The utility model relates to devices designed for laying protective mineralized strips, as well as extinguishing ground fires with soil, especially in waterless forests. The utility model allows to increase the width of the mineralized strip due to the implementation of the working body in the form of throwing knives, made in the form of a "rod" spiral section, installed on the carrier disk at an angle а between the rear edge of the knife and the plane of rotation of the milling disk, and rotated relative to the trailing edge in the direction movement through the angle в. In this case, the diameter of the carrier disk is equal to the diameter of the circle described by the ends of the throwing knives, which increases the ground support area enclosed between the front surface of the carrier disk and the throwing knives.
Throwing knives separate the chips from the soil mass, while the cut volume of soil rests against the walls formed by the interface of the frontal plane of the carrier disk and the throwing knives. Throwing occurs as a result of imparting kinetic energy to the cut offpart of the soil from throwing knives and the frontal plane of the carrier disk.
The scheme and princip endences of the required power on the depth of the strip being laid are obtained.le of operation of the working body of the forest fire ground thrower are considered, the dep
The introduction and use of ground throwers in the fight against forest fires will minimize damage and harm to the forest ecosystem.
Keywords: forest fire soil thrower, working body, mineralized strip throwing shovel, fighting forest fires.
ВВЕДЕНИЕ
Полезная модель по патенту Российской Федерации № 117091 решает задачу повышения эффективности локализации и тушения лесных низовых пожаров.
Технический результат заключается в повышении эффективности локализации и тушения низовых пожаров путем обеспечения метания полного объема срезаемого грунта.
Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем органе грунтомета лесопожарного, содержащем размещенные на несущем диске, установленном на валу, ножи-метатели, выполненные в виде участка спирали «жезл» и установленные на несущем диске под углом а между задней кромкой ножа и плоскостью вращения несущего диска и повернутые относительно задней кромки в сторону движения на угол в, новым является то что, диаметр несущего диска равен диаметру окружности, описываемой концами ножей-метателей для увеличения площади опоры для грунта, заключенной между фронтальной поверхностью несущего диска и ножами-метателями.
Выполнение увеличения площади опоры, заключенной между фронтальной поверхностью несущего диска и ножами-метателями в рабочем органе грун-томета лесопожарного за счет увеличения диаметра несущего диска до диаметра окружности, описываемой концами ножей-метателей, обеспечивает метание полного объема срезаемого грунта.
На рис. 1 представлена условная схема установки рабочего органа грунтомета к базовой машине.
Рис. 1. Схема установки рабочего органа грунтомета к отвалу:
1 - рабочий орган грунтомета лесопожарного; 2 -привод изменения угла наклона к обрабатываемой поверхности; 3 - отвал; О - точка крепления рабочего органа к раме отвала; А - точка крепления линейного привода к кожуху рабочего органа; h - глубина прокладываемой полосы; у - угол наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности
Рабочий орган грунтомета лесопожарного, согласно патенту Российской Федерации № 117091 работает
следующим образом. При движении агрегата вращается вал, несущий диск и ножи-метатели. Ножи-метатели отделяют стружку от массива почвы, при этом срезаемый объем грунта упирается в стенки, образуемые сопряжением фронтальной плоскости несущего диска и ножей-метателей. Метание происходит в результате придания срезаемой части грунта кинетической энергии от ножей-метателей и фронтальной плоскости несущего диска. Использование предлагаемой полезной модели позволяет метать полный объем срезаемого грунта, тем самым увеличивая ширину минерализованной полосы.
МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ИСЛЕДОВАНИЯ
Расчеты выполнялись в программе Mathcad, на основании результатов вычислений строились графики.
Исходные данные для расчета показателей:
- привод несущего диска осуществляется от гидромотора (мощность: номинальная 6,9 кВт, максимальная 8,1 кВт);
- радиус несущего диска Я/ = 0,2 м;
- глубина полосы h =0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,1 м;
- угол наклона рабочего органа у = 30°; 45°; 60°. количество ножей-метателей 6 шт.
- скорость движения агрегата 2 км/ч.
При выполнении технологической операции рабочий орган грунтомета диаметра Б с углом наклона
п
к обрабатываемой поверхности у(— (рис. 2), при глубине резания h вырезает сегмент в грунте, с длинной хорды «Сгр».
Воспользовавшись формулами соотношения стрелки дуги и хорды окружности [2]:
= 2
у/И • (2 • r • Sin у-h) Sin у
(1)
где сгр - длина хорды окружности с учетом угла наклона к обрабатываемой поверхности, м; h - глубина резания грунта, м; г - радиус рабочего органа по концам ножей, м; у - углом наклона к обрабатываемой поверхности.
Построим график зависимости ширины захвата рабочего органа сгр от глубины прокладываемой полосы h, при разных углах наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности, рис. 3.
Из графика и результатов расчета видно, что при увеличении угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности, ширина захвата рабочего органа грунтомета уменьшается.
с
ГР
Рис. 2. К обоснованию увеличения ширины прорезаемой в грунте борозды (длины хорды) в зависимости от угла наклона рабочего органа лесопожарного грунтомета к обрабатываемой поверхности
U.45
0-368 es
га 0.327 О. о Ю 0.286 S га Сг'
СО ,. , flû Сгр2 х •••• /
ГЛ СгрЗ 0.205 •х *
-э 0.123
0.041
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 b
Глубина прокладываемой полосы, ы -.10 градусов — 45 градусов -----60 градусов
Рис. 3. Графическая зависимость ширины захвата рабочего органа сгр, от глубины прокладываемой полосы
Объем вырезанного грунта в зависимости от угла наклона рабочего органа грунтомета и глубины прокладываемой полосы определим, воспользовавшись [2].
Углы наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности и глубина прокладываемой полосы принимаем как в предыдущем разделе.
ЭСК.ГР
Siny • arcsin
V
•Ju
r • Siny
yfü •
r2 -
Sin2 y
• Siny
(2)
и = -И -(И - 2 • г • Siny),
где УЭСКГР - объем вырезаемого грунта, м3; £ГОН -длина гона, м.
Графическое представление выражения (2) показано на рис. 4.
Из рис. 4 видно, что с уменьшением угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности происходит увеличение объема вырезанного грунта.
Для обеспечения работы рабочего органа необходимо, чтобы выполнялось условие:
N > ^потр, (3)
где N - мощность базовой машины (мощность гидромотора), кВт; ЖпоХр - потребная мощность для работы фрезы, кВт.
В общем виде потребная мощность Жпотр определяется из выражения:
Мпотр = Мдв + Жрез + ^отб, (4)
где Ждв - мощность необходимая на продвижение рабочего органа в заглубленном положении, кВт; Жрез - мощность, необходимая для резания грунта, кВт; Жотб - мощность на отбрасывание почвенных частиц, кВт.
В развернутом виде потребная мощность рабочего органа Жпотр записывается в следующем виде:
Ж = С • IУ 1Кп-Ср •И-(и - V) потр 1000 1000
K •G
отбр отбр
•(U - V)2
2-1000 • g • t
где Оф - сила тяжести рабочего органа, Н; f - коэффициент трения металла о почву; V - скорость движения агрегата м/с; Кп - коэффициент удельного сопротивления резанию, Н/м2; h - глубина фрезерования, м; сгр -ширина захвата рабочего органа, м; и - окружная ско-
где г - количество ножей на несущем диске; п - частота вращения несущего диска, с-1.
Окружная скорость несущего диска:
U= ю-Rf,
р°сть несущего диска, м/с; Котбр - коэффициент отбра- где ю - угловая скорость рабочего органа, рад/с. сывания почвы; Оотбр - сила тяжести грунта Н, отбрасываемого рабочими органами за время /; t - время подхода к почве очередного рабочего органа (ножа и т. п.).
Сила тяжести Оотбр определяется из выражения:
ю =-
30
(8)
(9)
G,T6p =8-Сф-й - (U-V )t,
(6)
где 5 - удельная сила тяжести почвы, Н/м .
Время подхода очередного рабочего органа (ножа и т. п.) t определяется по формуле
t =-
1
z • n
(7)
На основании представленных формул рассчитываем потребную мощность для работы рабочего органа грунтомета в зависимости от глубины прокладываемой полосы, и угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности. По полученным данным строим график зависимости мощности необходимой на прокладывание полосы Nf от глубины прокладываемой полосы h, учитывая разные углы наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности, рис. 5.
Рис. 4. Графическая зависимость объема вырезанного грунта, от глубины полосы Ь и угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности
Глубина прокладываемой полосы, м -30 градусов ----45 градусов -----60 градусов
Рис. 5. График зависимости мощности необходимой на прокладывание полосы Л от глубины обработки почвы Ь
Из графика видим, что при увеличении угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности, мощность необходимая для работы рабочего органа грунтомета снижается.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведённое теоретическое исследование потребной мощности для работы грунтомета, в зависимости от глубины прокладываемой полосы и скорости движения агрегата, показал, что при диапазоне изменения глубины для прокладывание полосы (0,02-0,10 м), и угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности (30°, 45°, 60°), при средней скорости движения базовой машины 2 км/ч и частоте вращения рабочего органа 600 с-1, максимальная глубина прокладываемой полосы может достигать 0,08 м, потребная мощность при этом составит 7,8 кВт.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Полезная модель к патенту РФ № 117091,
29.12.2011. Рабочий орган грунтомета лесопожарного // Полезная модель к патенту России № 117091,
20.06.2012. Бюл. № 17 / Максимов Е. И., Федорченко И. С.
2. Теоретическое обоснование параметров лесопожарного грунтомета / И. С. Федорченко и др. // Вестник КрасГАУ. 2013. № 5. С. 194-199.
3. Силаев Г. В. Машины и механизмы в лесном и лесопарковом хозяйстве. В 2 ч. Ч. 2 : учебник для вузов. 2-е изд., испр. и доп. М. : Юрайт, 2018. 261 с. (Серия: Университеты России).
REFERENCES
1. Male model according to the patent RP No. 117091 dated 12/29/2011. The working body of the forest fire ground thrower // Useful model for the Russian patent No. 117091, 06/20/2012. Bull. No. 17 / Maksimov E. I., Fedorchenko I. S.
2. Theoretical substantiation of the parameters of the forest fire soil-meth /I. S. Fedorchenko and others // Bulletin of KrasGAU. 2013. No. 5. S. 194-199.
3. Silaev G. B. Machines and mechanics in light and light park. At 2 pm Part 2: a textbook for universities. 2nd ed., corrected. and additional. M. : Yurayt Publishing House, 2018. 261 p. (Series: Universities of Russia).
© Федорченко И. С., Куриленко Н. И., 2023
Поступила в редакцию 15.02.2023 Принята к печати 14.07.2023
