К обоснованию удельного давления гусеничного лесопромышленного трактора

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

свойств их ходовых систем путем установки их оптимальных параметров, которые имеют непосредственное влияние на повышение работоспособности, надежности и конкурентоспособности выпускаемых изделий.

Библиографический список

1. Клубничкин, Е.Е. Повышение долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины: дисс. ... канд. техн. наук / Е.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2008.

2. Бен-Цви, П. Виртуальный прототип развития и моделирования гусеничный гибрид мобильного робота, 2007 / П. Бен-Цви, С. Raoufi, А. А. Гольден-берг, Zu JW. - http://www.mscsoftware. com/events/ vpd2007/na/presentations/tech_papers/1 .pdf

3. ЛиЛи, ЧжунЦзюэ. Исследование экспериментального Китая-шахтер в системы добычи полиметаллических руд. В: Труды шестого ISOPE глубоководной добычи симпозиума. Чанша, Международное общество морских и полярных инженеров, 2005.

4. Мадсен, J. Высокая точность моделирования и моделирования гусеничный элементов для внедорожных приложений с использованием MSC / ADAMS, 2007. - http://sbel.wisc.edu/documents/

5. Солис, J.M. Моделирование движения по местности с взаимодействием для шагающих роботов / J.M. Солис, R.G. Лонгория // Terramechanics, 45.

- 2008. - С. 65-78.

6. Клубничкин, Е.Е. Ходовые системы гусеничных лесозаготовительных машин / Е.Е. Клубничкин, В.А. Макуев, В.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2010.

- 110 с.

7. J. Matej 2010 Tracked mechanism simulation of mobile machine in MSC.ADAMS/View

8. KarniM. Multimediбlnнtexty (Multimedia текстов). Доступные по адресу: http://robot2.vsb.cz/ elekskripta/servisni_roboty/interest132. HTM (на 6 июня 2009 г.) Karnik Л., 2006. Mobilnn роботы ur cenёProz^skavamprostorovychmetrickych DAT (Мобильные роботы, предназначенные для пространственной метрики данных эквайринг). Автоматизации, 11: 2-4.

К ОБОСНОВАНИЮ УДЕЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ГУСЕНИЧНОГО

лесопромышленного трактора

Е.Е. КЛУБНИЧКИН, вед. науч. сотрудник ФГУП «ГНЦЛПК», канд. техн. наук,

В.Е. КЛУБНИЧКИН, мл. науч. сотрудник ФГУП «ГНЦЛПК», канд. техн. наук,

В.М. КРЫЛОВ главный конструктор ФГУП «ГНЦЛПК»,

Д.В. КОНДРАТЮК, зам. гл. конструктора ФГУП «ГНЦ ЛПК», асп. МГУЛ

Оптимальное удельное давление лесопромышленного трактора в основном зависит от числа проходов машины по волоку и несущей способности лесных грунтов на различных горизонтах по глубине залегания. Подзолистые лесные грунты неоднородны по глубине, по физическим и прочностным характеристикам. На рис. 1 показано изменение прочности супесчаных и суглинистых лесных грунтов в переувлажненном состоянии. Подзолистые лесные грунты на глубине 50-70 см имеют твердый подстилающий слой, обладающий малой дренирующей способностью. На глубине 20-50 см в слое подзола из-за наличия в переувлажненном состоянии верховодки прочность грунта резко снижается и может быть меньше прочности верхнего слоя, армированного корневой системой растительности. Дорожный просвет лесопромышленных тракторов таков, что машины вынуждены ра-

gnclpk@mail.ru

ботать в колее по среднему непрочному переувлажненному слою грунта.

Возможна передача нагрузки трактора на нижележащие, более прочные слои грунта. Необходимые для этого параметры ходовой системы рассмотрим по расчетной схеме (рис. 2), на которой представлены экспериментальные данные разрушения грунта при колееобра-зоваиии. После прохода трактора по переувлажненному грунту ниже дна колеи остается слой разрушенного грунта толщиной 10-25 см. Под нагрузкой этот слой в состоянии всестороннего сжатия стабилизируется в ядре сжатия, а по сторонам образуются зоны выпирания. Нагрузка передается на нижележащий слой грунта через ядро сжатия, высота которого зависит от ширины гусеницы. Глубина слоя грунта, его несущая способность, которая определяет удельное давление под гусеницами 11 < 11, равна сумме глубины колеи и толщины ядра сжатия.

48

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

Таблица

Несущая способность грунта и предельное удельное давление на различной глубине вдавливания

Ширина звена гусеницы в мм Высота ядра сжатия Несущая способность (в числителе) и предельное удельное давление на глубинах, МПа

0 10 20 30 40 50

100 24 0,028 0,045 0,063 0,079 0,079 0,077

0,126 0,138 0,114 0,122 0,148 0,187

500 30 0,027 0,043 0,063 0,079 0,079 0,077

0,134 0,125 0,113 0,137 0,171 0,207

600 36 0,025 0,045 0,063 0,077 0,079 0,079

0,138 0,113 0,124 0,148 0,189 0,221

700 42 0,023 0,045 0,063 0,079 0,077 0,079

0,122 0,112 0,143 0,179 0,207 0,291

0 10 20 30 40 50 60 70 Н, см

а)

0 10 20 30 40 50 60 70 Н, см

б)

Рис. 1. Изменение прочности лесных грунтов по глубине: 1 - нижний предел по проходимости местности первого типа; 2 - второго типа; 3 - третьего типа: а) значения прочности грунта с глубиной для супесчаного грунта

400 600 800 b, мм

Рис. 2. Характер образования колеи и расчетная схема разрушения грунта при колееобразовании:

1 - полностью разрушенная структура грунта:

2 - область с частично разрушенной структурой

Рис 3. Удельное давление под гусеницей зависимости от ширины звеньев для различной глубины вдавливания в грунт: 1 - глубина вдавливания 10 см; 2 - 20 см; 3 - 30 см; 4 - 40 см; 5 - 50 см

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

49

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

Внутреннее трение в грунте увеличивает сопротивление грунта сдвигу, поэтому удельное давление при пластических деформациях грунта в несколько раз превышает значения по отношению к несущей способности. В этих условиях с каждым проходом машины в грунте для восприятия нагрузки необходимы новые сдвиги, которые и объясняют увеличение глубины колеи с каждым проходом трактора.

Принимая для глинистых грунтов, перенасыщенных водой, угол внутреннего трения 10°-15°, а зависимость несущей способности грунта от глубины колеи, по рис. 1 а можно найти предельное удельное давление на звенья гусеницы различной ширины для различных глубин погружения трактора в колее. Участки смыкания зон разрушения под ядром сжатия, предельное максимальное давление рис. 1 превышает несущую способность грунта и может быть найдено в зависимости от величины угла внутреннего трения исходя из несколько преобразованных положений И. П. Пузыревского *, по формуле

пу

р =-

пред

h—

1

2^coscp

Л

+tgq>

+

ctg(45-cp/2) 2 rtgy

ctg(p+<p-n/2

где у - объемная масса грунта; b — ширина звена гусеницы; с - несущая способность грунта; р - угол внутреннего трения; h — глубина колеи.

Результаты расчетов по предельному удельному давлению звена гусеницы для различных глубин вдавливания их в грунт, а также значения его несущей способности даны в таблице и показаны на рис. 3.

Данная расчетная схема объясняет возможность разовых проходов машины с удельным давлением 0,18 0,30 МПа в почвенно-опорных участках контакта под катками, которое в 12,5 раза превышает несущую способность грунта и позволяет обоснованно выбрать удельное давление и ширину звена is гусеницы для машин с технологией работы, имеющей ограниченное число проходов.

Как следует из расчета, увеличение ширины звена гусеницы дает существенное

преимущество при однократных проходах. При этом удельное давление для однократного прохода может быть выше примерно на 30 % за счет образования глубокой колеи и передачи нагрузки на подстилающий слой. При многократных проходах в колею глубже 20-25 см заливается вода верховодки - грунт разжижается, и сопротивление движению в глубокой колее, как показали испытания, в несколько раз выше сопротивления для первых проходов. Поэтому глубина колеи не должна превышать 25 см.

В такой колее передача нагрузки на прочные подстилающие слои грунта достигается гусеницей шириной боле 600 мм. Данная ширина и действительное удельное давление, не превышающее в третьем типе местности по условиям проходимости на этой глубине несущую способность грунта (0,06-0,07 МПа), определяют параметры ходовой системы лесопромышленного трактора, полностью отвечающего требованиям проходимости. Однако такое низкое удельное давление (при пересчете на условное среднее удельное давление трактора 0,02-0,03 МПа) технически трудно достижимо. Для лесопромышленного трактора по технологии работ требуется ограниченное число проходов - около 40-60. Для этих условий определим требуемое увеличение опорной поверхности трактора с гидроманипулятором, нагружающего грунт в 1,3 раза больше в сравнении с трактором с тро-сочокерным оборудованием. Теоретически темп образования колеи зависит не только от удельного давления, но и от размеров деформатора, поэтому с учетом роста массы самой конструкции опорная поверхность трактора с гидроманипулятором должна увеличиться для обеспечения одинаковой опорной проходимости в квадрате увеличения нагрузки, или в 1,69 раза.

Испытания макетных образцов тракторов ОТЗ с асимметричной гусеницей и с пониженным удельным давлением JI3-4 показали, что выравнивание удельного давления факторов ЛЗ-4 и ЛЗ-5 при применении асимметричной гусеницы с уширением звеном с 420 до 550 мм увеличило число проходов до касания грунта днищем ЛЗ-5 только на

50

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012