CC BY
10
УДК 630.*377.4 Асист. М.М. БОЙКО - УкрДЛТУ
ТЕОРЕТИЧН1 ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВЗАСМОДП ТРАКТОРНОГО КОЛ1СНОГО РУШ1Я З
Грунтовою поверхнею л1СОвозно! дороги
Дане дослщження присвяченi вивченню впливу кшькосп проiздiв на динамiку змiни стану грунтово" noBepxHi пiд дieю колюного рушiя, приведено алгоритм розра-хунку допускно" кратностi проiздiв, розроблено методику теоретичних дослiджень визначення параметрiв грунту.
Ключов1 слова: кiлькiсть проiздiв, щшьшсть грунту, глибина колп, колiснi ль сотранспортнi машини.
Assist. M.M. Bojko - USUFWT
Theoretical and experimental researches of interplay of the wheeled tractor
and the Graund surface
The research shows study of influencing of passages quantity on the dynamic of change of ground surface under action of the wheeled tractor. There is resulted an calculation algorithm of possible quantity of passages and is developed a method of theoretical researches of determination of ground parameters.
Keywords: passages quantity, soil compression, depth of track, timber transport machinery.
Рух люотранспортних засоб1в на тимчасових люових дорогах супро-воджуеться накопиченням деформацш, внаслщок чого зростае глибина коли. 3i збшьшенням кшькосп про1здв транспортно" машини по дороз1 вщбу-ваеться, залежно вщ максимального навантаження вщ рyшiя на опорну по-верхню, типу i стану грунту, або гасшня темпiв поглиблення, якщо в опорному масивi грунту переважають деформаци yщiльнення, або навпаки, прогре-сивне поглиблення коли, якщо переважають деформаци зсуву. Поглиблення коли може призвести до вившування машини на поверхш опорного масиву, пнях чи валунах i повно" втрати рyхомостi. Тодi оператор машини змушений прокладати паралельнi волоки, внаслщок чого машина дiе на бшьшу площу лiсосiки, що не бажано з огляду на збереження шдросту.
Проф. В. Копковим [2] установлено, що тсля вирубування лiсy вщбува-ються три основнi види ущшьнення: фiзичне, вторинне й екологiчне. Фiзичне yщiльнення одномоментне i здiйснюеться лише в перюд роботи машини. Воно, звичайно, поширюеться в глибину до 40.. .50 см i на боки вщ колii до 20.. .40 см. Вторинне ущшьнення е тривалшим. Орiентовно воно продовжуеться в середнь-ому вздовж всього профшю грунту понад 14 роюв, пiсля чого вщбуваеться його розyщiльнення. Основною причиною вторинного ущшьнення е змша пдроло-пчного режиму, обумовленого пiдвищенням кшькосп опадiв, що досягають по-верхнi грунту (на 30.40 %) i значною концентращею вологи в колii. Еколопч-не yщiльнення переважно е пов'язане з вирубанням деревинного покриву i не залежить вiд технологii люозагопвл^ Отже для оцiнки роботи колюних люот-ранспортних машин необхiдно розглядати фiзичне yщiльнення.
Щiльнiсть - це властивють грунту створювати опiр його розчленуван-ню (взаемному ковзанню та вщриву частинок). За пiдвищеноi вологосп тертя i зчеплення частинок грунту ютотно зменшуеться. Показником щiльностi е
величина об'емно! ваги мшерально! частини або скелету грунту. Щшьшсть грунту - це властивють протилежна до пористость За рахунок пор, зайнятих водою i повiтрям, щiльнiсть грунту завжди менша вiд питомо! ваги мшераль-них частинок i звичайно знаходиться в межах вщ 1,4 до 2 г/см , тодi як пито-ма вага основних грунлв коливаеться вiд 2,4 до 2,8 г/см .
З шшого боку, стушнь ущiльнення грунту залежить вiд кiлькостi про-lздiв машини по своему слiдовi, тисковi рушiя на грунт тощо. Тому для ощн-ки еколопчно! чистоти промислових технологш часом застосовуеться понят-тя "бюлопчно! прохщносл", за яко! ще не виникають порушення, що пони-жують бiологiчну активнiсть грунту. Так щшьшсть грунту для вщновлення ялини самоЫвом не повинна перевищувати 1,7 г/см , порозшсть мае бути що-найменше 40 %, повггромютюсть щонайменше 5 % тощо.
В рамках цих припущень накопичення деформацш ущiльнення грунту пiд час багаторазових проlздiв машини лiсовозними дорогами та волоками описуеться виразом
к + Р / кшах
де п - кiлькiсть проlздiв.
Максимальну деформацш ущшьнення можна визначити методом ек-вiвалентного шару грунту, запропонованого М. Цитовичом, за формулою
А
Ро
h max = H 0
1 -
(1 - W) p
(2)
V v 'fmj
де: H0 - товщина еквiвалентного шару грунту, м; р0 - початкова щiльнiсть, г/см3; рт - щiльнiсть грунту в сташ найбiльш щiльного упакування частинок, г/см ; W - волопсть грунту.
Щшьшсть грунту шсля n проlздiв машини
Z h / h
max /о\
Р ~ но л sr L / U ' ^
1-Z h / H о
де kw = (W - 0,llJW)/(l + W).
У випадку забезпечення прохщност за кшренсом кратшсть проlздiв машини регламентуеться щiльнiстю грунту
Р - Pnop -Ре, (4)
де: рпор - порогове значення щшьност для проростання насшня дано! породи, г/см3; ре - еколопчна змiна щiльностi в коли машини шсля вирубування дере-винного покриву, г/см3.
Таким чином, основними факторами, що визначають дш рушiя на грунт, е щшьшсть грунту в слщах, яка залежить вщ кратностi ди (юлькосп проодав ру-шiя одним слщом), i ущшьнено! площi лiсосiки.
Деформащя грунту пiд рушiем залежить також вiд швидкост руху машини. Пщ час руху на порiвняно рiвних поверхнях пришвидшення руху машини обумов-люе зменшення тривалост контакту й рушив з грунтом, що в свою чергу, зменшуе
деформаци грунту. Проте пiд час руху по HepiBH^ дорогах пришвидшення машини викликае збшьшення частоти ll кутових коливань, що призводить до пiдвищення тиску рушш машини на опорну поверхню. Цi фактори потрiбно враховувати для ви-бору параметрiв рушив нових або модернiзованих лiсотранспортних засобiв.
Щшьшсть грунту е iстотною характеристикою, вщ яко! залежить комплекс фiзичних властивостей, повiтряний та тепловий режими, а вщповщно i бiологiчна актившсть. У свою чергу ступiнь ущшьнення грунту залежить вiд кiлькостi проlздiв ЛТЗ по своему слiду, найбшьшого та середнього питомих тискiв рушiя, масово! вологостi та агрегатно! структури.
Проблема оцiнки екологiчних наслiдкiв машинно! заготiвлi лiсу обу-мовлюе потребу в розробленш методiв прогнозування впливу техногенних факторiв на лiсовi грунти. Виконанi дослiдження взаемодп рушив ЛТЗ з грунтами показують, що його деформативш властивостi характеризуються параметрами, як е вихiдними показниками для дослщження впливу допускно1 кшькост проlздiв ЛТЗ n на щшьшсть р та сумарну деформацiю ущшьнення грунту Eh. На рис. 1 подано алгоритм розрахунку допускно1 кратност про1з-дiв ЛТЗ, складений на основi пiдходу, запропонованого в робот [2].
Bxijui параметр и: рупия - ],Ь,Н,р; грунту - p0E0,n,W; деревостану - У(м3/га); вантажу - Veep (м3) люовозно'|" дороги - B,L
Розрахунок деформаци ущиьнення Eh=f(b,[,E0,M,p,W,n)
Розрахунок пл01щ люовозно! дороги Fu=f(V,Vcep,B,L,n)
,, Так
Розрахунок щшьносп фунту р= f(p«,w,2h,hmai)
Допускна юлькють проТздав п
Рис. 1. Алгоритм розрахунку допускноХ KpamHocmi npohdie uonicHoiмашини
Зпдно з поданим на рис. 1 алгоритмом, вихщними параметрами для дослщження впливу кшькост проlздiв ЛТЗ n на щiльнiсть грунту р е:
• параметры рушiя (довжина 1 та ширина b вiдбитку шини, питомий тиск на грунт p, максимальна глибина колii h);
• параметри грунту (щiльнiсть непорушеного шару грунту ро, модуль деформа-ци грунту Ео, коефщент Пуасона цо, масова волопсть W);
• параметри деревостану (запас заготовлювано! деревини V);
• параметри вантажу (середнiй об'ем пакету деревини Veep);
• параметри волоку (ширина В та довжина L).
Спочатку необхщно задатися мшмальною кшьюстю проiздiв n для колiсного люотранспортного агрегату. В подальшому знаходимо максималь-ну деформацiю ущiльнення грунту hmax та сумарну деформацiю ущiльнення грунту Eh за формулами (1)-(3).
У випадку невиконання умови Eh<h визначаеться площа волоку, яка порiвнюеться з пороговою (допускною). Якщо розрахована щшьшсть грунту р е бiльшою вщ порогово! щiльностi рпор, то взята кшьюсть проiздiв на початку розрахунку е максимально допускною i подальше трелювання чи тран-спортування деревини на волоках люосжи стае небажаним. В разi невиконання ще! умови розрахунок повторюеться.
На сьогодтшнш день в нашiй крш'т на трелюваннi деревини широко вико-ристовують повнопривiднi двовiснi колiснi трелювальт тягачi. Тому для дослщ-ження впливу колiсного рушiя було взято колюний трелювальний трактор ЛТ-157.
Для виконання анал^ичних дослiджень було розроблено на ПЕОМ програму в середовишд "EXSEL", яка дае змогу виконати теоретичнi розра-хунки з визначення основних параметрiв грунту (рис. 1) та !х залежностей вiд кшькосл про!здв машини. Для пiдтвердження виконаних розрахунюв необ-хiдно було провести експериментальш дослiдження з метою виявлення дос-товiрностi запропоновано! методики та усунення недолтв.
Експериментальнi дослiдження проводились з вище названим колю-ним трелювальним трактором ЛТ-157 (ненавантажений стан) в Орiвському лiсництвi Сколiвського району Львiвськоi областi на лiсовiй дорозi з непору-шеним природнiм покриттям, що показано на рис. 2, 3.
Рис. 2. Bid6ip проб tpyHmy в коли мсля n-го проходу трелювально'1 машини ЛТ-157 (OpiecbKe лкництво Сколiвського ДЛГ)
Рис. 3. Утворення коли тсля 50 про'iздiв трелювальною машиною ЛТ-157
Попередньо було виконано замiри основних експлуатацшних даних, а саме: ро=1,12 г/см , W=10 %, тип грунту - важкий суглинок, а також ряд конструктивних параметрiв, що характеризують ходову частину колюно! ма-шини. Щiльнiсть грунту визначалась згiдно з вщбраними пробами (по 4 в кожнш коли при певнiй кшькосп проlздiв) за допомогою приладiв пересув-но! грунтово! лабораторн марки ПЛ-9, а глибина коли - спещальною метале-вою лiнiйкою та штангенциркулем.
Експеримент Теорiя
-Полиномиальный (Експеримент)
5
Б
0,4 0,3 0,2 0,1 0
Р = 0,9738 1 |—н >
■ ■—1
1__-' г ■
0
10
20
50
60
30 40
Кшькгсть проTздiв
Рис. 4. Графжи залежносmi глибини коли вiд кiлькостi проiЗдiв по одному слiдовi
—♦—Теор1я —■—Експеримент
5
о "С
Ё
>
о. .0
Б
X .0 е;
20 30 40 Юльмсть проТзд1в
Рис. 5. Графжи залежност1 щтьност1 фунту вiд ктькост1 проiздiв по одному слiдовi
В результат отриманих теоретичних та експериментальних даних бу-ло побудовано графжи, що зображено на рис. 4,5. Анашз побудованих графь кiв та !х порiвняння показали досить високу достовiрнiсть запропоновано! методики визначення щшьносп грунту та невелику розбiжнiсть в отриманих значеннях глибини коли, що потребуе бшьш точнiшого аналiтичного дослщ-ження та визначення довжини та ширини плями контакту збоку шини.
Виконанi експериментальнi замiри та отримаш результати розрахункiв глибини коли i щiльностi грунту та !х залежнiсть вiд кiлькостi про!здв дадуть змогу, в першу чергу, вибирати рацюнальш системи машин та технологи !х ви-користання, визначати ступiнь !х застосування в ексилуатаци з метою наймен-шого нанесення еколопчно! шкоди та пришвидшеного лiсовiдновлення.
Лiтература
1. Бойко М., Мушак О., Щербш В. Вплив люотранспортних машин на люов1 грунти// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 1999, вип. 9.7. - С. 192-195.
2. Котиков В. Воздействие лесозаготовительных машин на лесные грунты. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: 1995. - 37 с.
3. Добровольский В. Практикум по географии почв с основами почвоведения. - М.: Просвещение, 1982. - 125 с.
4. Цытович Н. Механика грунтов. - М.: Высш. шк., 1983. - 282 с.
УДК 363.3 Доц. В.В. КИЙ, канд. техн. наук;
доц. 1.Р. КАРАТНИК, канд. техн. наук - УкрДЛТУ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ
ПАРАМЕТР1В ГВИНТОВОГО МЕХАН1ЗМУ ПОДАЧ1 ДЕРЕВИНИ НА РОЗКОЛЮВАЛЬНИЙ КЛИН
Наведено результати експериментальних дослщжень з впливу геометричних параметрiв гвинта на величину зусилля подачi деревини на розколювальний клин.
Doc. V.V. KIY, doc. I.R. KARATNYK- USUFWT
Experimental researches of geometrical parameters of screw mechanism
of serve of wood on splitting wedge
The got results of experimental researches on influencing of geometrical parameters of screw on the value of effort of serve of wood on a splitting wedge are resulted.
Розколювання деревини е одним iз найбшьш ращональних i простих спо-собiв дшення деревини вздовж волокон без стружкоутворення. Незначна енерго-мютюсть, можливють використання нескладного обладнання, простота техноло-пчного процесу розколювання деревини розповсюджено в промисловост у тих випадках, коли не вимагаеться рiвноl i гладко: поверхш полш, що отримують.
На сьогодшшнш день всi верстати для розколювання деревини, що випускаються серiйно, працюють за принципом насування кряжа на робочий орган (клин) або робочого органу на кряж. При цьому найбшьше зусилля розколювання виникае в початковий перюд процесу, тобто шд час розколювання до моменту появи випереджувально1 трщини i його величина значною мь рою залежить вщ дiаметру кряжа, що розколюеться. При його зростанш ве-
