Способ взаимодействия гусеничного движителя лесной трелевочной машины с деформируемой поверхностью лесосеки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СПОСОБ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ ЛЕСНОЙ ТРЕЛЕВОЧНОЙ МАШИНЫ С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЛЕСОСЕКИ

Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р., Аржанов Д.В., Евстифеев Д.В.

(УГТУ, г. Ухта, Р. Коми, РФ)

Way of interaction caterpillar of the engine wood forwarder of the machine with a deformable surface.

Взаимодействие гусеничного движителя лесной тяговой машины с деформируемой поверхностью, результатом которого является создание касательной силы тяги по сцеплению, необходимой для преодоления сил сопротивления движению и технологических сил в процессе трелевки, определяется двумя факторами. Один из них зависит от параметров трактора (вертикальная нагрузка на движитель, длина его опорной поверхности, равномерность распределения удельного давления по опорной длине). Их совокупность определяет вертикальную деформацию грунта, его сопротивление тангенциальному сдвигу, образование колеи, определяет условие буксования, касательную силу сцепления. Другой фактор определяется свойствами грунта (вертикальная и тангенциальная деформации, уровнем консистенции грунта, его влажностью, составом и состоянием).

Связь между параметрами трактора и грунта определяется следующими зависимостями [1]:

C

q = Cг • hц;т = C0 + q• tg90;Ф = 0,5-° + tg90,

Г 0 q

где q - удельное давление движителя; CГ - коэффициента осадки грунта ; h -глубина просадки грунта (м); т - коэффициент сопротивления тангенциальному сдвигу; C0 - коэффициент связности частиц грунта; ц - коэффициент боковой деформации; ф0 - угол внутреннего трения; ф - коэффициент сцепления гусеницы с грунтом.

Экспериментальные исследования параметров грунта C0, ф° формирующие коэффициент сцепления ф показывает значительную их зависимость [2, 3] от состояния и влажности грунта, т.е. от комплексного показателя консистенции BK, который по международному стандарту называется индексом текучести [2], зависящий от естественной влажности грунта ю, % и числа пластичности юп (глина юп = 16,5 - 22; суглинок юп = 6 -16,5; супесь юп = 2 - 6).

Обработка экспериментальных данных по специальной программе на ЭВМ позволила определить корреляционную связь второго порядка основных параметров

грунта, например суглинистого, в виде: C0 и ф0 = f(p,BK), такие как: C0 = 3,47•p2 -9,35-p + 6,37; C0 = 33,18• BK2 -84,6• BK + 59,56; Ф0 = 148 • p2 - 446,32 • p + 353; ф0 = -1,81 • BK2 -11,44 • BK + 24,9.

Следовательно, увеличивая плотность грунта р и изменяя его консистенцию Вк (понижение его влажности ю, %) в зоне взаимодействия гусеницы с поверхностью можно увеличить уровни коэффициентов С0 и ф0, что приведет к увеличению коэффициента сцепления ф гусеницы с грунтом. На этом основан новый способ взаимодействия гусеничного движителя с деформируемым грунтом.

Заключается он в том, что на пальцы траков гусеничного движителя устанавливаются поворотные грунтозацепы с управляющей и уплотняющей гранями с приводом на поворот от движущегося по гусеницы второго опорного катка ходовой части под действием толкающей силы рамы трактора Р кор. На рисунке 1 приведена

схема этого взаимодействия.

II I

I

Рисунок 1 - Схема взаимодействия грунтозацепа с грунтом

В процессе поворота грунтозацепа его уплотняющая грань срезает объем грунта V!, при этом увеличивается его плотность р, снижается его влажность, изменяется его консистенция от текучепластичного к тугопластичному состоянию в указанному объеме V2. Создается искусственный дискретный опорный слой с увеличенным сопротивление тангенциальному сдвигу. При этом увеличиваются коэффициенты С0 и ф0, коэффициент сцепления ф, снижается склонность к буксованию.

На рисунке 2 приведено изменение показателей консистенции Вк от влажности ю, %. На рисунке 3 приведены экспериментальные и расчетные зависимости С0 = f (Вк ). На рисунке 4 приведены экспериментальные и расчетные зависимости С = ^ю,%). На рисунке 5 приведены экспериментальные и расчетные зависимости ф0 = ^Вк). На рисунке 6 приведены экспериментальные и расчетные зависимости ф0 = ^ю,%).

0оСо, кПа

80 60 40 20 0

0,2

0,4

0,6

0,8

—♦— Глина(Расчет) - ■ - Глина(Экспер)

—А— - Суглинок(Расчет) X Суглинок(Экспер)

—Ж— Супесь(Расчет) ■ - - - Супесь(Экспер)

Рисунок 2 - Изменение Вк = f (ю,%) Рисунок 3 - Изменение коэффициента

С0 = f(Вк)

9(ро, кПа

80

\

« Л

А

' А__

54 1 " 1

W

5 15 25 35

—♦— - Глина(Расчет) - - ш- - Глина(Экспер)

—А— - Суглинок(Расчет) - ■ X Суглинок(Экспер)

—Ж— - Супесь(Расчет) - ■ - - Супесь(Экспер)

45

- Глина(Расчетн) ■ Глина(Экспер) А Суглинок(Расчетн) X Суглинок(Экспер) Супесь(Расчетн) 1 " Супесь(Экспер)

Рисунок 4 - Изменение С0 = f (ю,%) Рисунок 5 - Изменение ф0 = f (Вк)

ф0 30

25

20 15 10 5 0

♦ Глина(Расчетн) ■ Глина(Экспер)

4— Суглинок(Расчетн) X Суглинок(Экспер)

*-Супесь(Расчетн)

- - Супесь(Экспер)

15

25

35

W%

45

0

5

Рисунок 6 - Изменение ф0 = ^ю,%)

Разработанный способ взаимодействия гусеничного движителя с деформируемым грунтом позволяет увеличить коэффициент сцепления ф за счет увеличения

коэффициентов C0 и ф0 при изменении консистенции грунта BK за счет действия вертикального и тангенциального сжатия грунта в дискретных объемах V2 в зонах действия поворотных грунтозацепов по длине опорной поверхности гусениц.

Это позволит обосновать уменьшение веса трактора при проектировании с сохранением требуемого класса тяги трактора, что решает проблему экологической совместимости в системе «местность - машина».

Литература

1. Анисимов Г.М. Лесные машины: Учебник. -М.: Лесная промышленность, 1989. - 511 с.

2. Зеленин А.Н. Машины для земляных работ. -М.: Машиностроение, 1975. -421 с.

3. Маслов Н.Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. -М.: Высшая школа, 1968.- 629 с.