CC BY
4
УДК 630*114.11
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-486-492
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ДАВЛЕНИЯ НА ПОЧВОГРУНТ ЛЕСОСЕК КОЛЕСНЫХ ВСРМ МАЛОГО, СРЕДНЕГО И ТЯЖЕЛОГО КЛАССОВ В ПРИРОДНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ ОКРУГА КРУНУБЕРГ (ЮГ ШВЕЦИИ)
Ф.В. Свойкин, В.Ф. Свойкин, В.А. Соколова, С.А. Войнаш, Р.Р. Загидуллин
В статье рассматривается влияние лесных машин на почву лесосек и приведены результаты воздействие многооперационной лесозаготовительной техники разных классов (легкого, среднего и тяжелого) и конфигураций колесного оборудования и дополнительного оборудования на почвогрунт лесосек в природно-производственных условиях Округа Крунуберг (Юг Швеции). Предлагаются методы и способы снижения негативного воздействия движителей колесных многооперационных лесных машин на почву лесосек. Целью исследований является оценка влияния конструктивных параметров движителей колесных валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин (ВСРМ) разного класса на почву лесосек. Колесные ВСРМ нагружались усилием 60 кН. Представлены результаты экспериментальных исследований воздействия движителей колесных ВСРМ на почвогрунт лесосек. Даны рекомендации о возможности апробирования результатов исследований в природно-производственных условиях арендной базы Западной части СЗФО РФ.
Ключевые слова: валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина, почвогрунт, давление на почву, рубки лесных насаждений, уплотнение почвы.
В настоящее время тенденция снижения последствий лесозаготовительной деятельности, которая освещалась во многих работах [1,2,3] особенно актуальна [4]. Воздействие технологических операций при проведении лесосечных работ на почву, воду, воздух, древостой, биоразнообразие и др. следует уменьшать исходя из соображений экологии [5]. Лесные почвы особо чувствительны к воздействию агрегатной техники, в особенности при проведении лесозаготовительных работ [6], гранулометрический состав, влажность почвы, содержание органических веществ, уклон местности, тип и размер транспортных средств, давления шин, формы шин, и количество проездов транспортных средств и др. оказывает влияние на масштабы, степень и продолжительность прямого и косвенного воздействия лесозаготовительной техники на почвы лесосек [2, 6].
Цель работы - определить давление на почвогрунт лесосек при проходе колесных валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин (ВСРМ) разного класса и разной конфигурацией колесного оборудования.
Материалы и методы. Исследования проведены районе населенного пункта в Роттне (муниципалитет Векшё). Экспериментальным участком являлись хвойные насаждения, породный запас: 9С+Е, возраст: 40 лет, средний диаметр: 0,20 м, средний запас на гектаре: 150 м3. Вид рубки: финальная. Сезон заготовки - весенний. Тип почвы - подзолистая. Гранулометрический состав почвы на вырубке - супесчаный. Стоит отметить, что природно-производственные условия Округа Крунуберг (рис.1), расположенный на Юге Швеции, характеризуются возвышенностью Смоланд, смешанными хвойно-широколиственными лесами, характерны холмистые моренные ландшафты, подзолистые почвы, которые отличаются сильной каменистостью, малой мощностью, преобладанием песчаных и щебнистых разностей, повышенной кислотностью, а также хвойные леса. Климатические условия характеризуются как умеренные, подверженные сильному влиянию течения Гольфстрима, характерна большая повторяемость солнечной и сухой погоды. Средняя температура января около 0°C на юго-западе, июля - до 17°C. Это обусловлено значительной протяжённости в субмеридиональном направлении. Что обуславливает схожесть природно-производственных условий с Западной частью СЗФО РФ.
■ JT
Г
У*
Рис. 1. Округ Крунуберг на карте Швеции
486
Для сбора данных [3,7,8,9] использовалась тензометрическая лаборатория на шоссе автомобиля Nissan Navara. Уплотняющее воздействие движителей тракторов на почву замерялось с помощью сило-измерительных датчиков. В качестве первичных преобразователей использованы проволочные тензоре-зисторы. Тензорезисторы, собранные по мостовой схеме, подключаются к усилителю экранированным проводом для уменьшения посторонних электрических помех, а после усилителя сигналы поступают на регистрирующую аппаратуру. Перед началом и после окончания измерений датчики давления были тарированы. Тарировочные характеристики аппроксимировали прямой с использованием метода наименьших квадратов. На выбранном участке отрывали траншею. На дно траншеи по ее продольной оси один из датчиков устанавливался на глубину 0,2 м, второй - на глубину 0,5 м и третий - на глубину 0,8 при расстоянии между датчиками 1 м. После установки датчиков восстановлена однородность почвенного слоя. Линию установки датчиков трассировали контрастным гибким шнуром. Начало замеров производилось на расстоянии 5 м от оси переднего колеса тракторов до первого датчика. Окончание замеров - после того как заднее колесо тракторов удалится от третьего датчика на расстояние 5 м. Скорость движения тракторов над датчиками в течение опытов составила 1 м/с. Все колесные тракторы нагружались одинаковым тяговым усилием - 60 кН. По каждому проходу техники проводилось не менее трех опытов, далее итоговый результат давления определялся как среднее арифметическое. Влажность почвы была в пределах 30%.
Величина давления на почвогрунт лесосек определялась по формуле 1:
Fq
P = ■
lSl S'
(1)
где Е - площадь диаграммы, мм2; q - масштаб пружины, кг/см; I - длина диаграммы, мм; - площадь поперечного сечения плунжера, см2; 5 - площадь пятна контакта, см2. Влажность почвы определялась весовым методом. Ширина и глубина колеи ВСРМ замерялось по 18 раз.
Объект исследования: колесные ВСРМ РОТТНЕ разного класса и конфигурации колесного оборудования.
Перечень ВСРМ РОТТНЕ, участвующих в исследовании:
1. 2.
3.
4.
5.
ВСРМ малого класса РОТТНЕ Н11с (6ти колесная база) [10]; ВСРМ малого класса РОТТНЕ Н11с (8ми колесная база) [10]; ВСРМ среднего класса РОТТНЕ Н14с (6ти колесная база) [11]; ВСРМ тяжелого класса РОТТНЕ Н21с (6ти колесная база) [12]; ВСРМ тяжелого класса РОТТНЕ Н21с (8ми колесная база) [12].
Перечень конфигурации оборудования для каждого ВСРМ, участвующих в исследовании:
1.Колесное оборудование: 1 пара моноколес и 1 пара балансирных тандемных тележек (2 пары колес) для 6ти колесных моделей, 2 пары балансирных тандемных тележек (4 пары колес) для 8ти колесных моделей;
2.Заполнение и отсутствие заполнения колесного оборудования соленой водой;
З.Наличие и отсутствие гусениц противоскольжения (для балансирных тандемных тележек).
Применение моногусениц для моноколес в данном исследовании не проводилось (тема дальнейших исследований).
Результаты и обсуждения. Ход исследования по определению влияния прохода колесной техники на лесную почву приведен на рис.2 и 3.
Рис.2. Исследования по определению влияния колесного ВСРМ малого класса РОТТНЕ Н11с
(8ми колесная база) на почвогрунт лесосек
Рис. 3. Влияние колесных ВСРМ на почвогрунт лесосек (уплотнение и деформация)
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ малого среднего и тяжелого класса с разной конфигурацией колесного оборудования сведены в табл.1-5.
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ малого класса РОТТНЕ H11C (6ти колесная база) сведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ _малого класса РОТТНЕ Н11с (6ти колесная база)_
ROTTNE H11C, 6ти колесная база
Варианты исполнения колесного оборудования
Типоразмер шин/гусеницы противоскольже-ния
Снаражен-ная масса, кг
Площадь пятна
2
контакта, см2
Давление на почвогрунт, кПа/см2
Колесное оборудование (переднее)
710/40x24,5/-
11 400
17 440
0,65
Колесное оборудование (заднее)
710/55x34/-
6 000
11 550
0,52
Колесное оборудование + Гусеницы противоскольжения (переднее)
710/40x24,5/ Olofsfors Eco Tracks
12 800
33 960
0,38
Колесное оборудование + наполнение соленой водой (переднее)
710/40x24,5
12 600
17 440
0,72
Колесное оборудование + наполнение соленой водой + гусеницы противоскольжения (переднее)_
710/40x24,5/ Olofsfors Eco Tracks
14 000
33 960
0,41
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ малого класса РОТТНЕ Н11с (8ми колесная база) сведены в табл.2.
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ среднего класса РОТТНЕ Н14с (6ти колесная база) сведены в табл.3.
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ тяжелого класса РОТТНЕ Н21в (6ти колесная база) сведены в табл.4.
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ тяжелого класса РОТТНЕ Ш1с (8ми колесная база) сведены в табл.5.
Таблица 2
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМмалого _класса РОТТНЕ Н11с (8ми колесная база)_
ROTTNE H11C, 8ми колесная база
Варианты исполнения колесного оборудования Типоразмер шин/гусеницы противо-скольже-ния Снаражен-ная масса, кг Площадь пятна контакта, 2 см2 Давление на почвогрунт, кПа/см2
Колесное оборудование (переднее) 710/40x24,5/- 11 400 17 440 0,65
Колесное оборудование (заднее) 710/40x24,5/- 7 400 17 440 0,42
Колесное оборудование + Гусеницы противоскольжения (переднее) 710/40x24,5/ Olofsfors Eco Tracks 12 800 33 960 0,38
Колесное оборудование + Гусеницы противоскольжения (заднее) 710/40x24,5/ Olofsfors Eco Tracks 8 800 33 960 0,26
Колесное оборудование + наполнение соленой водой (переднее) 710/40x24,5 12 600 17 440 0,72
Колесное оборудование + наполнение соленой водой + гусеницы противоскольжения (переднее) 710/40x24,5/ Olofsfors Eco Tracks 14 000 33 960 0,41
Таблица 3
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ среднего _класса РОТТНЕ Н14с (6ти колесная база)_
ROTTNE Н14с, бти колесная база
472 1ДКК1
RUn ш 33245
Варианты исполнения колесного оборудования Типоразмер шин/гусеницы противо-скольже-ния Снаражен-ная масса, кг Площадь пятна контакта, 2 см2 Давление на почвогрунт, кПа/см2
Колесное оборудование (переднее) 710/45x26,5/- 12 000 18 900 0,63
Колесное оборудование (заднее) 710/55x34/- 6 800 11 550 0,59
Колесное оборудование + Гусеницы противоскольжения (переднее) 710/45x26,5/ Olofsfors Eco Tracks 13 500 37 056 0,36
Колесное оборудование + наполнение соленой водой (переднее) 710/45x26,5 14 000 18 900 0,74
Колесное оборудование + наполнение соленой водой + гусеницы противоскольжения (переднее) 710/45x26,5/ Olofsfors Eco Tracks 15 500 37 056 0,42
Таблица 4
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ _тяжелого класса РОТТНЕ Н21° (6ти колесная база)_
ROTTNE H21d, 6ти колесная база
Варианты исполнения колесного оборудования Типоразмер шин/гусеницы противо-скольже-ния Снаражен-ная масса, кг Площадь пятна контакта, 2 см2 Давление на почвогрунт, кПа/см2
Колесное оборудование (переднее) 750/45x30,5/- 14 600 22 500 0,65
Колесное оборудование (заднее) 700/70x34/- 8 800 12 670 0,69
Колесное оборудование + Гусеницы противоскольжения (переднее) 750/45x30,5/ Olofsfors Eco Tracks 16 460 41 000 0,40
Колесное оборудование + наполнение соленой водой (переднее) 750/45x30,5 16 750 22 500 0,74
Колесное оборудование + наполнение соленой водой + гусеницы противоскольжения (переднее) 750/45x30,5/ Olofsfors Eco Tracks 18 610 41 000 0,45
Таблица 5
Результаты исследований по определению давления на почвогрунт лесосек колесных ВСРМ _тяжелого класса РОТТНЕ Н21° (8ми колесная база)_
ROTTNE H21d, 8ми колесная база
Варианты исполнения колесного оборудования Типоразмер шин/гусеницы противо-скольже-ния Снаражен-ная масса, кг Площадь пятна контакта, 2 см2 Давление на почвогрунт, кПа/см2
Колесное оборудование (переднее) 750/45x30,5/- 14 600 22 500 0,65
Колесное оборудование (заднее) 750/45x30,5/- 11 200 22 500 0,50
Колесное оборудование + Гусеницы противоскольжения (переднее) 750/45x30,5/ Olofsfors Eco Tracks 16 460 41 000 0,40
Колесное оборудование + наполнение соленой водой (переднее) 750/45x30,5 16 750 22 500 0,74
Колесное оборудование + наполнение соленой водой + гусеницы противоскольжения (переднее) 750/45x30,5/ Olofsfors Eco Tracks 18 610 41 000 0,45
Из табл.1-5 следует, что применение гусениц противоскольжения на колесных ВСРМ существенно снижает давление на почвогунт лесосек.
Заключение. Полученные данные представляют интерес для апробации в РФ поскольку Западная часть СЗФО РФ (западные части Псковской, Ленинградской, Мурманской областей, Республики Карелия) обладает во многом схожими природно-производственными условиями. Учитывая схоже лесные машины, используемые при заготовке древесины в РФ, сравнение давления на грунт разными типами и конфигурациями лесозаготовительной техники с несущей способностью самого грунта позволит существенно улучшить технологический процесс заготовки древесины в части оптимального подбора лесозаготовительного оборудования, его конфигурации и комплектации, сезона заготовки, трассировки волоков, возможности захода и начала работы на тех или иных лесосеках.
Список литературы
1. Свойкин Ф.В., Жукова А.И., Цыгарова М.В., Лепилин Д.В. Математическая модель деформации почвы при повороте трактора // Известия СПбГЛТА. 2011. №195. С. 120-128.
2. Дымов А.А. Влияние сплошных рубок в бореальных лесах России на почвы (обзор) // Почвоведение. 2017. №3. С. 787-798.
3. Гайнуллин И.А., Зайнуллин А.Р. Влияние конструктивных параметров движителей и нагрузочных режимов тракторов на почву // Фундаментальные исследования. № 2, Пенза, издательский дом «Академия Естествознания», 2017. С .31-36.
4. Ильинцев А.С., Быков Ю.С., Солдатова Д.Н., Богданов А.П., Ершов Р.А. Воздействие современной лесозаготовительной техники на физические свойства почвы в Северной тайге Архангельской области // Антропогенная трансформация природной среды. №4, Пермь, Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2018. С. 153-155.
5. Marchi E., Chung W., Visser R., Abbas D., Nordfjell T., Mederski P.S., McEwan A., Brinkh M., Laschi A. Sustainable Forest Operations (SFO): A new paradigm in a changing world and climate // Science of the Total Environment. 2018 V. 634. P. 1385-1397.
6. Cambi M., Certini G., Neri F., Marchi E. The impact of heavy traffic on forest soils: A review // Forest Ecology and Management. 2015. №338. P. 124-138.
7. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. 3 изд., пе-рераб. и доп. М.: Агропромизадат, 1986. 416 с.
8. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
9. Ревут И.Б. Физика почв. М.: Колос, 1972. 366 с.
10. User Manual. Manual for the operator Rottne Н11С 2014 (Sweden: Rottne) p 276.
11. User Manual. Manual for the operator Rottne Н14С 2013 (Sweden: Rottne) p 282.
12. User Manual. Manual for the operator Rottne H21D 2015 (Sweden: Rottne) p 358.
Свойкин Федор Владимирович, канд. техн. наук, доцент, svoykin_fv@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова,
Свойкин Владимир Федорович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Сыктывкар, Сыктывкарский лесной институт филиал Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова,
Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,
Войнаш Сергей Александрович, ведущий инженер научно-исследовательской лаборатории, ser-gey_voi@mail.ru, Россия, Казань, Казанский федеральный университет,
Загидуллин Рамиль Равильевич, канд. техн. наук, доцент, r.r.zagidullin@mail.ru, Россия, Казань, Казанский федеральный университет
RESULTS OF RESEARCH ON THE PRESSURE ON THE SOIL GROUND OF SMALL, MEDIUM AND HEAVY CLASS WHEEL CUTTING PLANTS UNDER THE NATURAL AND PRODUCTION CONDITIONS OF THE
KRUNUBERG COUNTY (SOUTH OF SWEDEN)
F.V. Svoykin, V.F. Svoykin, V.A. Sokolova, S.A. Voinash, R.R. Zagidullin
The article discusses the impact offorest machines on the soil of logging sites and presents the results of the impact of multi-operational logging equipment of different classes (light, medium and heavy) and configurations of wheeled equipment and additional equipment on the soil of logging sites in the natural and production conditions of Kronoberg County (South of Sweden). Methods and means of reducing the negative impact of the propellers of wheeled multi-operational forest machines on the soil of cutting areas are proposed. The aim of the research is to evaluate the influence of the design parameters of the propellers of wheeled felling-lopping-bucking machines of various classes on the soil of cutting areas. Wheeled vehicles were loaded with a force of
491
60 kN. The results of experimental studies of the impact of wheeled vehicles propellers on the soil of logging sites are presented. Recommendations are given on the possibility of testing the results of research in the natural and industrial conditions of the leased base of the Western part of the Northwestern Federal District of the Russian Federation.
Key words: felling-lopping-bucking machine, soil, pressure on the soil, felling of forest plantations, soil compaction.
Svoykin Fedor Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, svoykin_fv@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Saint Petersburg State Forest Technical University,
Svoykin Vladimir Fedorovich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Syktyvkar, Syktyvkar Forest Institute,
Sokolova Victoria Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,
Voinash Sergey Alexandrovich, leading engineer, sergey_voi@mail. ru, Russia, Kazan, Kazan Federal
University,
Zagidullin Ramil Ravilevich, candidate of technical sciences, docent, r.r.zagidullin@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University
УДК 629.488.2
Б01: 10.24412/2071-6168-2023-2-492-497
ТЯГОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАНЕВРОВЫХ РАБОТ НА ПУТЯХ НЕОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ
А.В. Клюканов
Настоящая статья посвящена вопросам маневровой работы на путях необщего пользования с применением автономных тяговых транспортных средств. В работе отмечено, что традиционная маневровая работа тепловозами малого и среднего класса на путях необщего пользования и малодеятельных станциях характеризуется высокими эксплуатационными расходами. Предложено на путях необщего пользования использовать маневровую тяговую платформу с приводом от вилочного погрузчика. Определены технические параметры маневрового устройства и его составных частей. Рассмотрена конструкция тягового транспортного средства и даны рекомендации по эффективному его применению.
Ключевые слова: маневровое устройство, тяговая платформа, вилочный погрузчик, маневровая сцепка, компрессор, вал отбора мощности.
В производственном процессе предприятий, оснащенных подъездными путями постоянно возникает необходимость в выполнении маневровых работ. Обычно для этого применяют поездные или маневровые тепловозы малого и среднего класса эффективность эксплуатации, которых при обслуживании небольшого вагонного парка низкая, а чаще оказывается убыточной (расход топлива, работа на холостом ходу, стоимость технического обслуживания и ремонта, арендные платежи).
При выполнении работ на малодеятельных линиях время совершения маневровых операций жестко не ограничивается, поэтому при разработке нового маневрового устройства может быть принят тихоходный режим работы [1]. Это позволит снизить силу инерции, уменьшить силу тяги, что создаст условия для гарантированного передвижения группы грузовых вагонов на небольшие расстояния.
Актуальным направлением совершенствования маневровой работы является использование маневровых тягачей на базе погрузчиков, что согласуется с запросами современных предприятий и нормативным документом «Стратегия научно-технического развития холдинга "Российские железные дороги" на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года» в части разработки инновационных устройств для механизации и автоматизации станционных процессов маневровой работы. Зарубежные аналоги мобильных маневровых устройств не нашли широкого применения.
Концепция применения вилочного погрузчика с платформой в качестве маневрового устройства позволяет радикально изменить структуру расходов, повысить безопасность проведения операций. Для трансформации погрузчика в тягач используется специализированная платформа с ездой по железнодорожному пути с широкой колеи - 1520 мм.
