Экспериментальное определение коэффициента трения в контактных элементах грузозахватных устройств при перемещении клееных деревянных конструкций

DOI: 12737/21692 УДК 624.011.14, 624.05

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ В КОНТАКТНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ГРУЗОЗАХВАТНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ

КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ А. И. Бабкин1 доктор технических наук, профессор В. И. Мелехов1 кандидат технических наук, доцент А. В. Руденко1 кандидат технических наук, доцент А. С. Морозов1 1 - Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, г. Архангельск, Российская Федерация

Перемещение и монтаж клееных деревянных конструкций осуществляется с помощью универсальных строп. Способ имеет ряд недостатков, которые особенно проявляются при строповке деревянных конструкций больших габаритов и массы. Предложено использовать для этих целей фрикционные грузозахватные устройства, которые практически не используются для перемещения конструкций из древесины. Главным фактором, обеспечивающим безопасность применения фрикционных грузозахватных устройств, является необходимая величина силы трения, удерживающая перемещаемую конструкцию, которая зависит от коэффициента трения между контактными элементами грузозахватного устройства и поверхностью конструкции. В статье приведено описание экспериментальной установки для определения коэффициента трения между контактными элементами и образцами из древесины и фанеры. В качестве материала для контактных элементов использовались сталь, резина и феродо. Для каждой из 16 контактных пар определены минимальные коэффициенты трения, которые можно использовать для инженерных расчетов. Наиболее предпочтительным материалом для изготовления контактных элементов грузозахватных устройств для перемещения клееных деревянных конструкций является резина, имеющая коэффициент трения в 1.3-2 раза выше, чем у других материалов. Доказано, что минимальные коэффициенты трения обеспечиваются при величине контактного давления, близкой к величине расчетного сопротивления смятия древесины. Для стальных и резиновых контактных элементов проведен регрессионный анализ по выявлению конструктивных и технологических факторов, влияющих на величину коэффициента трения. Анализ полученных уравнений регрессии показал, что с увеличением высоты микронеровностей контактирующих поверхностей увеличивается величина силы трения. При повышении давления на контактирующей поверхности, твердости или модуля упругости материала контактной пары коэффициент трения уменьшается.

Ключевые слова: клееные деревянные конструкции, перемещение клееных деревянных конструкций, фрикционные грузозахватные устройства, контактная пара, контактные элементы, коэффициент трения

THE EXPERIMENTAL DEFINITION OF FRICTION COEFFICIENT IN THE CONTACT ELEMENTS OF THE LOAD GRIPPING TOOLS TRANSFERING THE GLUEDWOOD CONSTRUCTION

A. I. Babkin1

DSc in Engineering, Professor V. I. Melekhov1 Ph.D. in Engineering, Associate Professor A. V. Rudenko1 Ph.D. in Engineering, Associate Professor A. S. Morozov1 1 - North (Arctic) FederalUniversity named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russian Federation,

Abstract

Transfering and assembling the glued wood constructions are accomplished with the universal slings. This method has a number of drawbacks that become especially apparent when slining the wood constructions of large size and weight.The frictional load gripping tools that are rarely used when transferring the wood constructions are offered for this purpose. The main factor providing the application safety of the frictional load gripping tools is the necessary friction force holding the transferring construction

that depends on the friction coefficient between the contact elements of the load gripping tool and the construction surface. The article gives the description of the experimental facility to define the friction coefficient between the contact elements and the samples of wood and plywood. Steel, rubber were used as materials for the contact elements. The minimum friction coefficients that can be used for engineering calculations are defined for each out of 16 contact pairs. The most preferable material to manufacture the contact elements of the load gripping tools for transferring the glued wood construction is rubber. It has the friction coefficient 1.3-2 times as high as other materials. It has been proved that the minimum friction coefficients take place at such contact pressure that is similar to the design resistance of wood crumpling. The regression analysis to reveal the construction and technological factors influencing the friction force has been carried out for steel and rubber contact elements. The analysis of the obtained regression equation showed that the more the height of microroughnesses of the contact surface the more the friction force. The pressure of the contact surface, hardness or elastic modulus of the contact pair material increases and the friction coefficient decreases.

Keywords: glued wood constructions, transferring the glued wood constructions, friction load gripping tools, contact pair, contact elements, friction coefficient.

При перемещении и монтаже цельнодере-вянных и клееных деревянных конструкций (КДК) самым распространенным способом подвешивания конструкции к грузоподъемному устройству является строповка обвязкой с использованием стальных канатов или текстильных строп [1, 9, 12]. Этот способ позволяет подвешивать конструкции любой формы и объемной конфигурации, но имеет ряд недостатков. Появляется риск повреждения кромок и ребер перемещаемой конструкции. Правила выполнения грузоподъемных работ обязывают использовать специальные подкладки под стропы [1], что усложняет операцию.

Существует риск соскальзывания строп, если они разведены под большим углом или конструкция имеет арочную форму и не имеет выступов, удерживающих стропы от соскальзывания, что может привести к ее падению. Расстроповка на монтажной высоте вызывает технологические сложности, когда конструкция установлена в проектном положении.

Универсальные стропы с крюками [1] лишены отмеченных недостатков, но для размещения на конструкции временных или постоянных такелажных точек (петель, проушин, рым-болтов) требуется усиление деревянной конструкции в зоне их расположения, что усложняет конструкцию и увеличивает массу.

Традиционная технология строповки достаточно хорошо отработана на практике и применяется для элементов деревянных конструкций относительно небольшой массы (до 1-2 тонн). Технологии изготовления КДК позволяют создавать конст-

рукции массой до 10 и более тонн [7, 10, 11, 20], поэтому необходима разработка новых технических решений для надежной строповки КДК большой массы при перемещении и выполнении монтажных работ.

Опыт использования фрикционных грузозахватных устройств (ГЗУ) для перемещения металлических и бетонных конструкций можно использовать для перемещения КДК. Принцип работы таких ГЗУ заключается в удерживании перемещаемой конструкции силами трения путем зажима его кромки прижимными контактными элементами (КЭ) [4]. Такие захваты универсальны, удобны в установке и снятии, долговечны.

Существуют фрикционные винтовые захваты для сендвич-панелей (рис. 1, б) и фрикционные самозажимные захваты для деревянных панелей (рис. 1, а). Они имеют грузоподъемность до 0,5 т, используются в качестве средств малой механизации в цехах деревообрабатывающих предприятий и не могут быть применены для перемещения крупногабаритных КДК.

Использование фрикционных ГЗУ для перемещения плоских деревянных конструкций большой массы, имеющих ровную кромку (плиты, панели, перекрытия и т. п.), и длинномерных конструкций, где существует риск соскальзывания строп (арок, гнутоклееных балок), позволит сократить время монтажной операции при щадящем воздействии на перемещаемую конструкцию. Такие ГЗУ можно использовать для крепления раскосов, расчалок, временных связей.

Главные требования, предъявляемые

а б

Рис. 1. Эксцентриковый захват г/п 0,25 т (а) и винтовой захват г/п 0,4 т (б) для деревянных панелей

к фрикционным ГЗУ:

1. Отсутствие повреждений перемещаемой КДК от взаимодействия с КЭ устройства, что обеспечивается ограничением контактного давления на них;

2. Надежное удерживание перемещаемой конструкции, исключающее ее срыв и падение, что определяется величиной коэффициента трения f между КЭ и материалом КДК.

В технической литературе приведена общая информация о величине коэффициента трения пары сталь - дерево: 0,2 - 0,6, что не позволяет точно назначить величину / необходимую для инженерных расчетов. В научной литературе представлено несколько исследований коэффициента трения между древесиной и различными материалами [17, 18, 19, 21]. В основном исследовалось влияние на величину коэффициента трения влажности древесины, температуры и направления усилия прижатия относительно направления волокон. В этих исследованиях:

• не учитывались параметры шероховатости поверхности контактных пар;

• контактное давление было небольшое, значительно меньше расчетного сопротивления смятия для древесины;

• образцы из древесины небольшого размера перемещали по исследуемой поверхности.

Для воспроизведения условий работы фрикционных ГЗУ необходимо:

• размеры образцов из древесины должны быть больше размеров КЭ;

• основное внимание следует уделить исследованию коэффициента трения при величине контактного давления от 50 % до 100 % от расчетного сопротивления смятия древесины;

• механические характеристики и состояние поверхности образцов из древесины должны быть близки характеристикам материалов, используемых в производстве КДК.

Поэтому была разработана методика исследования, изготовлена экспериментальная установка (рис. 2) [2] и проведены исследования коэффициента трения для различных сочетаний материалов КЭ и древесины, выявления конструктивных и технологических факторов, влияющих на его величину.

б

Рис. 2. Общий вид (а) и схема (б) экспериментальной установки для исследования контактного взаимодействия пары КЭ - древесина: 1 - образец древесины;

2 - контактные элементы; 3 - рычаг; 4 - грузы; 5 - толкатель; 6 - электронный динамометр ДЭП3-1Д-20У-1; 7 - электронный динамометрДЭПЗ- 1Д-5У-1;

8 - механизм перемещения образца

Материалы КЭ: сталь СтЗ(СКЭ), Ra 4,394 мкм и Ra 0,962 мкм; резинаТМКЩ-С-8 (РКЭ); феродо (ФКЭ). Образцы из древесины березы, ели, сосны и фанеры ФК 2/4 НШ. Качество поверхности образцов соответствует качеству поверхности КДК.

Коэффициент трения определяли по формуле

F„,

/ =

2.Ы,

где / - коэффициент трения;

^гр - сила трения, Н;

N - усилие зажима, Н.

Усилие зажима N прикладывали вдоль и поперек волокон древесины, для фанеры - поперек волокон рубашки. При нагрузке вдоль волокон усилие зажима варьировалось от 0,1 кН до 3,8 кН, при нагрузке поперек волокон - от 0,1 кН до 2 кН.

Усилие сдвига, соответствующее силе трения ^гр, определяли с помощью электронных динамометров (рис. 3). В опытах с СКЭ (рис. 3, а) наблюдается усилие сопротивления в момент начала движения образца, соответствующее силе трения покоя, и усилие сопротивления при установившемся движении, соответствующее силе трения движе-

б

Рис. 3. Характер изменения усилия сдвига со стальными (а) и резиновыми (б) КЭ и образцом из древесины сосны

ния. На графике (рис. 4, а) показаны два ряда значений, где верхний - коэффициент трения покоя, нижний -коэффициент трения движения. Для РКЭ приведены коэффициенты трения движения (рис. 4, б).

/

0,3

0,2

< 2

• -—•

--2_ —Г" \ —

1

1,0

2,0

3,0

4,0 д, МП а

/

0,4

0,3

*\

—• 1

1,0

2,0

3,0

4,0 а, МПа

б

Рис. 4 Зависимость коэффициента трения / от давления q на КЭ со стальными (а), резиновыми (б) КЭ и образцами из древесины сосны: 1 - коэффициент трения движения, 2 - коэффициент трения покоя

По результатам опытов для каждой из 16 контактных пар с различными сочетаниями материалов образцов и КЭ выполнен регрессионный анализ и получены функциональные зависимости коэффициента трения движения от контактного давления / = а0 + а1ц + а2ц2 + а3ц3,для которых определены минимумы функции, соответствующие наименьшему значению коэффициента трения на контактной поверхности. Эти величины минимальных значений коэффициентов трения (табл. 1) могут применяться в качестве расчетных, как граничный случай при определении сил трения на КЭ и соответствующего усилия зажима N.

Полученные зависимости (рис. 4) подтверждают основные положения теории трения И.В. Крагель-ского [6, 8, 13]. В зоне насыщенного упругого контакта при увеличении нагрузки происходит уменьшение коэффициента трения, который достигает минимальной величины на границе упругого и пластического

а

Таблица 1

Минимальные коэффициенты трения f для разных контактных пар

Материал образцов и направление усилия прижима КЭ f для материала КЭ

Сталь Сталь шлифованная Резина Феродо

Древесина поперек волокон 0,226 0,164 0,37 0,175

Древесина вдоль волокон 0,2-0,26 0,127-0,139 0,404-0,576 -

Фанера поперек волокон 0,37 0,18 0,472 0,22

контакта. При дальнейшем увеличении нагрузки (в зоне пластического контакта) коэффициент трения снова возрастает.

В качестве основных факторов, оказывающих влияние на величину коэффициента трения, приняты:

• среднее давление q на КЭ, МПа;

• шероховатость Ra контактных поверхностей КЭ и древесины, мкм;

• приведенный модуль упругости Епр контактной пары, МПа;

• твердость Н древесины, МПа.

Приведенный модуль упругости для СКЭ [8]:

F =

i-ßl i-i4

Ei Е2

где Е1 и щ - модуль упругости и коэффициент поперечной деформации стали;

Е2 и щ2 - модуль упругости и коэффициент поперечной деформации древесины в направлении усилия прижима.

Приведенный модуль упругости древесины и РКЭ, из-за малости значения модуля упругости резины (Еезинь: = 6 МПа), является постоянной величиной для всех материалов образцов (Ещ, ~ 6,65 МПа), поэтому для РКЭ в качестве фактора рассматривали модуль упругости древесины.

Твердость древесины соответствует данным по [3, 5, 14, 16].

На основании экспериментальных данных сформированы две матрицы наблюдений: для СКЭ (матрица 61*6) и РКЭ (матрица 31*5).

Для СКЭ с учетом характера графиков (рис. 4, а) функциональная зависимость представлена в степенном виде:

/ = ,

где q - среднее давление на КЭ;

RaКЭ, Raобp - шероховатость поверхности КЭ и образцов древесины, мкм;

Н - твердость древесины, МПа;

Епр - приведенный модуль упругости контакт-

ной пары, МПа;

b0, bb b2, b3, b4, b5 - определяемые коэффициенты.

Прологарифмировав (3), получили зависимость линейного вида:

Inf = ln b0 + b1 ln q + b2 ln ййкэ +

ln Даобр + b4 lnH + b5 1nEP.

j3 шпи-обр T- u4 JJ -Г U5 1

Если обозначить у = ln/, x1 = lnq, x2 =

1ПДЙкэ, X3 = 1nfiao6p,

x4 = 1nH, X5 = lnEp, a0

ln b0, ai = b1, a2 = b2, a3 = b3, a4 = b4, a5 = b5, тогда у = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3 + a4x4 + asx5. По данным выборки построены матрицы F и

Y:

i ^c Ii ^с 1 ^с 31 ^с 4"1 ^с 51

F =

1 x 1 x ^л x ^л x ^л x 5«

1 x1 x2. x3. x4. x5.

Y =

00 У 2

yi

Вектор параметров модели имеет вид

а = (FTF)~1FTy. В результате вычисления

(2,4877 ^ (12,034 ^

a =

- 0,0557 0,3972 1,5983 -1,4887

v- 0,2889у

b =

- 0,0557 0,3972 1,5983 -1,4887

v- 0,2889у

Проверка статистической значимости коэффициентов выполнена по критерию Стьюдента. Значения статистики критерия для всех коэффициентов:

Т0 = 160,77; Т1 = -19,534; Т2 = 109,89;

Т3 = 52,113; Т4 = -57,571; Т5 = -47,059; Критическое значение для уровня значимости а = 0,01, п - т = 55 [15]:

— ш) = 2,668.

2

Проверка адекватности по критерию Фишера:

F = • £Г=1(Г;"1) = 0,0736 < ^ =

п-т кр

1,866.

В результате получена зависимость для СКЭ:

кг72^5;8

^0,0557^1,4887^0,2889.

/ = 12,034

Для РКЭ функциональная зависимость

/ = Ь^Ка^Н^Е"

где Ь0 - постоянный коэффициент;

q - среднее давление на КЭ, МПа; Ra - шероховатость поверхности образцов древесины, мкм;

Н - твердость древесины, МПа; Е - модуль упругости древесины в направлении приложения усилия прижима, МПа;

Ьь Ь2, Ь3, Ь4 - определяемые показатели степени.

После преобразования результат вычисления (1,1786 ^

Ь =

- 0,0899 0,7892

- 0,4825

ч- 0,0872у

Значения статистики критерия для всех коэффициентов:

Т0 = 7,1124; Т = -12,186; Т2 = 13,059;

Т3 = -8,4845; Т4 = -7,2665.

Критическое значение для уровня значимости а = 0,01, п - т = 26 [15]

п — т) = 2,779.

2

Проверка адекватности по критерию Фишера:

F = • = 0,1443 < ~ =

п-т кр

2,492.

В результате зависимость для резиновых КЭ _ Дд°,7892

^ = 1,1786 ^0,0899^0,4825^0,0872.

Выводы:

1. Наиболее значимым фактором, влияющим на величину коэффициента трения между поверхностью древесины и КЭ, является высота микронеровностей контактирующих поверхностей. Чем больше высота микронеровностей, тем выше усилие сцепления вершин микронеровностей и, соответственно, сила трения.

2. Твердость и модуль упругости древесины и материала КЭ влияют на глубину внедрения микронеровностей более твердого материала в менее твердый. Чем выше твердость и жесткость материалов контактной пары, тем ниже сила трения.

3. Давление на контактной поверхности пары древесина-КЭ приводит к изменению высоты микронеровностей и силы сцепления вершин микронеровностей. Повышение давления (при условии упругой деформации) снижает силу трения.

4. Для безопасного перемещения КДК большой массы с применением фрикционных ГЗУ рекомендуется использовать КЭ из эластомеров (резины), имеющие коэффициент трения в 1,3-2 раза выше, чем у остальных КЭ.

Библиографический список

1. Андреев, А. Ф. Применение грузозахватных устройств для строительно-монтажных работ [Текст] / А. Ф. Андреев, А. А. Богорад, Р. А. Каграманов - М. : Стройиздат, 1985. - 200 с.

2. Бабкин, А. И. О контактном взаимодействии пары грузозахватное устройство - древесина [Текст] / А. И. Бабкин, А. В. Руденко // Сборник статей IV Международной научно-практической конференции. - Пенза : Приволжский Дом знаний, 2015. - С. 58-61.

3. Боровиков, А. М. Справочник по древесине [Текст] / А. М. Боровиков, Б. Н. Уголев. - М. : Лесн. пром-сть, 1989. - 296 с.

4. Вайнсон, А. А. Крановые грузозахватные устройства [Текст] : справ. / А. А. Вайнсон, А. Ф. Андреев. -М. : Машиностроение, 1982 - 304 с.

5. Конструкции из дерева и пластмасс [Текст] : учеб. / М. М. Гапоев [и др.]. - М. : АСВ, 2004 - 440 с.

6. Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия [Текст] / К. Джонсон ; пер. с англ. - М. : Мир, 1989. - 507 с.

7. Ковальчук, Л. М. Производство деревянных клееных конструкций [Текст] / Л. М. Ковальчук. - М. : РИФ «Стройматериалы», 2005. - 336 с.

8. Крагельский, И. В. Трение и износ [Текст] / И. В. Крагельский. - М. : Машиностроение, 1968. - 480 с.

9. Пуртов, В. В. Монтаж деревянных конструкций [Текст] : учеб. пособие / В. В. Пуртов, Ю. Н. Рец, А. В. Павлик. - Новосибирск, 2005. - 72 с.

10. Серов, Е. Н. Клееные деревянные конструкции: состояние и проблемы развития [Текст] / Е. Н. Серов, Б. В. Лабудин // Лесной журнал. - 2013. - № 2.

11. Серов, Е. Н. Проектирование деревянных конструкций [Текст] : учеб. пособие / Е. Н. Серов, Ю. Д. Санников, А. Е. Серов - М. : АСВ, 2011. - 536 с.

12. СТО НОСТРОЙ 2.11.88-2013. Сборка и монтаж конструкций деревянных клееных. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ [Текст]. - М. : «БСТ», 2013. - 87 с.

13. Трение, износ и смазка (Трибология и триботехника) [Текст] / А. В. Чичинадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун [и др.] ; под общ. ред. А. В. Чичинадзе. - М. : Машиностроение, 2003. - 576 с.

14. Уголев, Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение [Текст] : учеб. / Б. Н. Уголев. - М., 2007. -

351 с.

15. Ферстер, Э. Методы корреляционного и регрессионного анализа [Текст] / Э. Ферстер, Б. Ренц. - М. : Финансы и статистика, 1983. - 302 с.

16. Forest Products Laboratory. Wood handbook - Wood as engineering material. General Technical Report FPL-GTR-190 [Тех^]. - Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 2010. - 508 p.

17. Lemoine, T. J. Wood variables affecting the friction coefficient of spruce pine on steel [Тех^] / T. J. Lemoine, C. W. McMillin, F. G. Manwillel // Wood Science. - 1970. - Vol. 2(3)/ - pp. 144-148.

18. Lemoine, T. J. Coefficient of friction of dry slash pine and southern red oak on three tension-grip facings. [Тех!] / T. J. Lemoine, P. Koch // Wood Science, 1975. - Vol. 7(3). - 182-184 p.

19. McMillin, C. W. Friction coefficient of oven-dry spruce pine on steel, as related to temperature and wood properties. [Тех^] / C. W. McMillin, T. J. Lemoine, F. G. Manwillel // Wood And Fiber Science, Number 1 / Spring. -1970. - pp. 6-11.

20. McNatt, J. D. Forest products for building construction. [Тех^ / J. D. McNatt, W. L. Galligan, G. E. Hans // Wood And Fiber Science, Number 2 / April. - 1984. - pp. 180-213.

21. Murase, Y. Friction of wood sliding on various materials. [Тех^] / Y. Murase // Laboratory of Wood Technology, Faculty of Agriculture, Kyushu University. - 1984. - Vol. 28(4). - pp. 147-160.

References

1. Andreev A.F., Bogorad A.A., Kagramanov R.A. Primenenie gruzozahvatnyh ustroystv dlia stroitelno-montazhnyh rabot [Use of load gripping devices for installation and construction works]. Moscow, 1985, 200 p.

2. Babkin A.I., Rudenko A.V. O kontaktnom vzaimodejstvii pary gruzozahvatnoe ustroystvo - drevesina [About contact interaction of couple the load gripping device - wood]. Sbornik statey IV mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii [Collection of articles of the IV International scientific and practical conference]. Penza, 2015, 152 p., pp. 58-61.

3. Borovikov A.M., Ugolev B.N. Spravochnikpo drevesine [Reference book on wood]. Moscow, 1989, 296 p.

4. Vaynson A.A., Andreev A.F. Kranovye gruzozahvatnye ustroystva [Crane load gripping devices]. Moscow, 1982, 304 p.

5. Gapoev M.M. and etc. Konstrukcii iz dereva iplastmass [Designs from a tree and plastic]. Moscow, 2004, 440 p.

6. Jonson K. Mehanika kontaktnogo vzaimodeystviya [Mechanics of contact interaction]. Moscow, 1989, 507 p.

7. Kovalchuk L.M. Proizvodstvo derevyannyh kleenyh konstrukciy [Production of wooden glued designs]. Moscow, 2005, 336 p.

8. Kragelskiy I.V. Trenie i iznos [Friction and wear]. Moscow, 1968, 480 p.

9. Purtov V.V., Rec Y.N., Pavlik A.V. Montazh derevyannyh konstrukciy [Installation of wooden designs]. Novosibirsk, 2005, 72 p.

10. Serov E.N., Labudin B.V. Kleenye derevyannye konstrukcii: sostoyanie i problemy razvitiya [Glued wooden designs: state and problems of development]. Lesnoy zhurnal [Forest magazine]. 2013, no. 2.

11. Serov E.N., Sannikov Y.D., Serov A.E. Proektirovanie derevyannyh konstrukciy [Design of wooden designs]. Moscow, 2011, 536 p.

12. STO NOSTROY 2.11.88-2013. Sborka i montazh konstrukciy derevyannyh kleenyh. Pravila, control vyipol-neniya i trebovaniya k rezultatam rabot [Assembly and mounting of wooden glued constructions. Rules, monitoring of execution and requirement to results of operations]. Moscow, 2013, 87 p.

13. Chichinadze A.V., Berliner E.M., Braun E.D. Trenie, iznos i smazka

14. Ugolev B.N. Drevesinovedenie i lesnoe tovarovedenie [Wood science and forest merchandizing]. Moscow, 2007, 351 p.

15. Ferster E. Metody korrelyacionnogo i regressionnogo analiza [Methods of the correlation and regression analysis]. Moscow, 1983, 302 p.

16. Forest Products Laboratory. Wood handbook. Wood as engineering material. General Technical Report FPL-GTR-190. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 2010, 508 p.

17. Truett J. Lemoine, Charles W. McMillin, Floyd G. Manwillel. Wood variables affecting the friction coefficient of spruce pine on steel. Wood Science, 1970, Vol. 2(3), pp. 144-148.

18. Truett J. Lemoine, Peter Koch. Coefficient of friction of dry slash pine and southern red oak on three tension-grip facings. Wood Science, 1975, Vol. 7(3), pp. 182-184.

19. Charles W. McMillin, Truett J. Lemoine, and Floyd G. Manwillel. Friction coefficient of oven-dry spruce pine on steel, as related to temperature and wood properties. Wood And Fiber Science, Number 1 / Spring 1970, pp. 6-11.

20. J. Dobbin McNatt, William L. Galligan, Gunard E. Hans. Forest products for building construction. Wood And Fiber Science, Number 2 / April 1984, pp. 180-213.

21. Yasuhide Murase. Friction of wood sliding on various materials. Laboratory of Wood Technology, Faculty of Agriculture, Kyushu University, 1984., Vol. 28(4), pp. 147-160.

Сведения об авторах

Бабкин Александр Иванович - старший преподаватель кафедры проектирования подъемно-транспортного и технологического оборудования, ИСМАРТ, филиал ФГАОУ ВО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова в г. Северодвинске, г. Северодвинск, Российская Федерация; е-mail: a.babkin@narfu.ru

Мелехов Владимир Иванович - профессор кафедры технологии лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств, Лесотехнический институт, ФГАОУ ВО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, доктор технических наук, профессор, г. Архангельск, Российская Федерация; е-mail: v.melekhov@narfu.ru

Руденко Александр Васильевич - заведующий кафедрой проектирования подъемно-транспортного и технологического оборудования, ИСМАРТ, филиал ФГАОУВО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова в г. Северодвинске, кандидат технических наук, доцент, г. Северодвинск, Российская Федерация; е-mail: a.rudenko@narfu.ru

Морозов Алексей Сергеевич - доцент кафедры проектирования подъемно-транспортного и технологического оборудования, ИСМАРТ, филиал ФГАОУВО Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В .Ломоносова в г. Северодвинске, кандидат технических наук, доцент, г. Северодвинск, Российская Федерация; е-mail: a.morozov@narfu.ru

Information about authors

Babkin Alexandr Ivanovich - Teacher of Department of design of hoisting-and-transport and processing equipment, ISMART, Branch of Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov in Severodvinsk, Severodvinsk, Russian Federation; е-mail: a.babkin@narfu.ru

Melekhov Vladimir Ivanovich - Professor of Department of technology of logging and woodworking productions, Forest Technical Institute, Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, DSc in Engineering, Professor, Arkhangelsk, Russian Federation; е-mail: v.melekhov@narfu.ru

Rudenko Alexandr Vasilevich - Head of Department of design of hoisting-and-transport and processing equipment, ISMART, Branch of Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov in Severodvinsk, PhD in Engineering, Associate Professor, Severodvinsk, Russian Federation; е-mail: a.rudenko@narfu.ru

Morozov Alexey Sergeevich - Associate Professor of Department of design of hoisting-and-transport and processing equipment, ISMART, Branch of Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov in Severodvinsk, PhD in Engineering, Associate Professor, Severodvinsk, Russian Federation; е-mail: a.morozov@narfu.ru

DOI: 12737/21693 УДК630*232

КИНЕМАТИКА И ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА КАЧЕНИЯ РОТАЦИОННЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

КУЛЬТИВАТОРА ДЛЯ ПИТОМНИКА

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник В. И. Казаков1 кандидат технических наук, старший научный сотрудник И. В. Казаков1 1 - ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства»,

г. Пушкино, Российская Федерация

Повышение качества агротехнического ухода за растениями в лесных питомниках возможно путем применения ротационных рабочих органов в виде игольчатых дисков, которые, благодаря сочетанию поступательного движения агрегата с их свободным вращением, обеспечивают качественное рыхление почвы с одновременным уничтожением сорняков. Основное назначение игольчатых дисков заключается в разрушении почвенной корки и уничтожении сорняков на ранней стадии роста растений. Основными показателями работы игольчатых дисков являются глубина обработки, поступательная скорость агрегата и угловая скорость вращения диска. Эффективность работы игольчатых дисков существенно зависит от поступательной скорости агрегата и количества зубьев на диске. В результате проведенного анализа процесса качения рабочих органов культиватора при уходе за растениями в питомнике определена площадь зоны воздействия зубьев на почву, которая зависит от диаметра диска и угла дуги контакта зуба с почвой. Предложены параметрические уравнения движения игольчатого диска, учитывающие диаметр диска, поступательную скорость агрегата, глубину обработки почвы и коэффициент пробуксовывания. Отмечено, что на легких почвах, обладающих малой несущей способностью, эффективность работы игольчатого диска снижается из-за уменьшения кинематического показателя и увеличения коэффициента пробуксовывания. Установлено, что с увеличением глубины хода зубьев диска в почве и поступательной скорости движения агрегата повышается эффективность работы игольчатых дисков благодаря увеличению вертикальной составляющей полной скорости диска.

Ключевые слова: культиватор, рабочий орган, игольчатый диск, поступательная скорость, угловая частота вращения, почва, питомник, растение.