A formalized model of soil movement on the surfaces of the working bodies of a forest plow for the formation of microhill
Authors: Дручинин Д.Ю. , Камалова Н.С. , Попов М.А. 
Published: November 2023

Ведение интенсивного лесного хозяйства в зоне бореальных лесов, занимающих около трети площади всех лесонасаждений в мире, подразумевает проведение качественных лесовосстановительных работ на данных площадях вследствие активной лесозаготовки. Вследствие повышенного атмосферного увлажнения и низкого уровня испарения определенную часть почвенных профилей бореального пояса занимают переувлажненные или временно переувлажняемые почвы, где лесовосстановление ведется по специальной технологии: посадочный материал высаживается в дискретные или линейные микроповышения, в качестве которых могут выступать холмики, площадки, гребни или пласты, создаваемые лесными плугами. Поэтому разработка современных конструкций лесных плугов для эффективной работы на почвах с высокой степенью увлажнения - важная задача для отечественного лесного машиностроения. Для определения оптимальных конструктивных и технологических параметров проектируемого плуга целесообразно использовать методы математического моделирования и последующей оптимизации. Целью работы является обоснование базовых соотношений формализованной модели процесса перемещения почвы по рабочим поверхностям полувинтового отвала и сферического диска лесного плуга при формировании линейного микроповышения. Этапы протекания процесса перемещения почвенных масс, согласно вербальной модели работы плуга, разбиты на блоки: подрезание пласта почвы лемехом корпуса, оборот пласта отвалом корпуса и переход почвенного объема на сферический диск с последующим сходом почвы с него для укладки в микроповышение. Для каждого блока модели выполнено формализованное описание происходящих процессов с использованием общепринятых физико-механических свойств обрабатываемой почвенной среды. Последующая реализация модели в виде программного комплекса для проведения вычислительных экспериментов позволяет оценить соответствие нормативам геометрических размеров поперечного профиля создаваемого микроповышенияпри различных конструктивных и технологических параметрах лесного плуга, а также затрачиваемую номинальную тяговую мощность трактора, достаточную для подрезания и перемещения по поверхности полувинтового отвала пласта переувлажненной почвы.

Intensive forestry in the boreal forest zone, which occupies about a third of the area of all forest plantations in the world, makes it difficult to carry out high-quality reforestation work on these areas due to active logging. Due to increased atmospheric moisture and low evaporation, a certain part of the soil profiles of the boreal belt is occupied by wetland or temporarily waterlogged land, where reforestation is carried out using a special technology - planting material is planted in discrete or linear microhills, which can be mounds, platforms, ridges or surfaces created by forest plows. Therefore, the development of modern designs of forest plows for effective work on soils with a watering high degree is an important task for domestic forestry engineering. To determine the optimal design and technological parameters of the designed plow, it is advisable to use methods of mathematical modeling and subsequent optimization. The purpose of the work is to substantiate the basic relations of the formalized model of the process of moving soil along the working surfaces of a semidigger body and a spherical disk of a forest plow during the formation of linear microhill. The stages of the process of moving soil masses, according to the verbal model of the plow, are divided into blocks: cutting the soil surface with a bottom ploughshare, turning the surface with a plowshare and the transition of the soil volume to a spherical disk, followed by the descent of the soil from it for laying in microhill. For each block of the model, a formalized description of the processes is performed using the generally accepted physical and mechanical properties of the treated soil medium. The subsequent implementation of the model in the form of a software package for conducting simulation experiments makes it possible to assess compliance with the standards of the geometric dimensions of the transverse profile of the created microhill with various design and technological parameters of the forest plow, as well as the nominal tractor traction power expended, sufficient for cutting and moving over the surface of the semidigger body of waterlogged land.