Анализ методик определения глубины колеи в процессе взаимодействия трелёвочных тракторов с деформируемой поверхностью лесосек

АНАЛИЗ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ КОЛЕИ В ПРОЦЕССЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТРЕЛЁВОЧНЫХ ТРАКТОРОВ С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЛЕСОСЕК

Дроздовский Г.П., Волосунов М.В.

Technique of definition of depth of a track wood tractors with the account of their paramétrés, type of a locomotor and a surface condition. Depth offormation of a track defines power consumption of turning movement of tractors.

При исследовании энергоёмкости поворота трелёвочных тракторов в процессе их взаимодействия с деформируемыми поверхностями лесосек решающим фактором является способ поворота, глубина внедрения элементов движителей тракторов в деформируемую поверхность и её параметры.

Теории колееобразования (методики определения глубины колеи) различают как вид поверхностного фона взаимодействия (грунт, почва), так и тип движителя (колёса или движитель с гусеничным обводом).

Сложный конгломерат параметров элементов взаимодействия в системе "местность - машина" определяет варианты методик вычисления глубины колеи, с превалированием тех или иных варьируемых параметров системы. Неголономность процессов деформации поверхности при колееобразовании зависит как от её прочностных свойств, определяемых параметром консистенции "ВК", влажности "W%", состава, толщины деформируемого слоя "НГ", вариаций несущей способности "qS", так и от параметров деформатора и уровня вертикальной нагрузки "q"

Известна методика определения глубины колеи "hr" при взаимодействии гусеничных или колёсных ходовых систем тракторов с почвой [1] в виде зависимости:

D  ь + D2  f

J Dir,K ь ^ Dir,K J П /1\

hr =—?-:—--

ь

'l+

1 ^мин J

+ Dir,K  fn

где Д0 - первоначальная пористость почвы; Ь - ширина гусеницы/колеса, м; /п - коэффициент внутреннего трения в почве;

Б1ГК - глубина распространения напряжений в почве . = f (/, В, д3, Ог, Ь) Средние значения Л0 составляют 0,45; 0,55 и 0,85 для песчаных, глинистых и торфяных почв соответственно.

Системой ограничений для выражения (1) будет:

Дг , г > 0; кг < ИА -у

где у - просвет высоты под днищем для обеспечения проходимости машины, м; ИА - дорожный просвет трактора (клиренс), И А ~ 0,55 м. В данной методике нет учёта толщины деформируемого слоя поверхности "НГр", определяющей вариацию несущей способности "д^" поверхности и её свойства деформации.

Результаты исследований, проведённых в МГУЛ [2], показывают, что процесс образования колеи колесом или гусеницей многокаткового трактора хорошо описывает уравнение:

1 -л

2 (

Е е п

Иг = 1,1^- Ьх0385д ° +-2— ,

Е ^Е-Е + р-дп д, -д)

где q - максимальное давление движителя на грунт, МПа; п - число проходов движителя по следу; qs _ предел несущей способности грунта, МПа; х - отношение длины деформатора к его ширине (х = I / Ь);

Н

е - коэффициент сжимаемости грунта, е = —^;

Иг

ИГр - глубина деформируемого слоя, м;

р - коэффициент, зависящий от модуля продольного расширения грунта л; Е - модуль деформации грунта, МПа.

Принятая однородность грунта и учёт только линейного характера деформации является недостатком методики.

Методика определения взаимозависимости удельного давления колеса, глубины колеи " кг" при варьировании несущей способности грунта "qs" в функции его влажности т.е. д5 = / (Ж %), при учёте толщины

деформируемого слоя " Нг " и показателя распределения напряжений в грунте

а = 0,64

'1

V НГр)

приведена в [3]:

_ИГ ' Е  __/"5 4

д = Нп - иг •

кг  Е +  а  Ь  аг^—р-

а  Ь

Данная методика не учитывает вариацию несущей способности грунта от толщины деформируемого слоя" Н ", что собственно и определяет

неголономность процесса деформации.

Разработанная в УГТУ методика определения глубины колеи от

гусеничного движителя [4] учитывает недостатки перечисленных методик, вводя "К" - поправочный коэффициент на неголономный процесс деформации грунта по толщине деформируемого слоя " Н^" и зависимость д5 = /(НГр) на базе

полученных корреляционных уравнений, в том числе Е = f (д5) в виде:

Иг = К{[К2 +4К2 + 4К,  Кз ]

где К = 1 +1§ (Н^  х /л/Ё) - поправочный коэффициент на неголономность процесса деформации по глубине деформируемого слоя Н ;

К = Е(д, -д) ; К2 = А Е д, д НГр (д -д); К3 = А д2 р НГр ;

А = 1,1(1 -л)2  Е1  х0 385  д; х = I Ь1; Ё = 2 I  Ь; р = 1 - 2Л

1 -л

Параметры - л = / (Вк); а, в, Е из теории механики грунта.

Пример расчёта глубины колеи по формуле (4) для базовых тракторов

ТДТ-55, (Ь=0,42 м.; д=0,063 МПа; 1=2,31 м.);

ТТ-4 (Ь=0,55 м.; д=0,052 МПа; 1=2,74м.);

ТЛТ-100 (Ь=0,64 м.; д=0,044 МПа; 1=3,12 м.);

¡1=0,3.

В ходе расчёта параметра " ^ " пользуемся корреляционными уравнениями [5] для параметров тракторов ТДТ-55, ТТ-4, ТЛТ-100 при угле внутреннего трения в грунте фо=8° соответственно:

& = -0,01719И* + 0,05322И' -0,08936ИГ + 0,16386, МПа; & = -0,01422И + 0,04613И^ - 0,07330ИГ + 0,15665, МПа; д8 =-0,00671Н' + 0,02228И2г -0,04430ИГ + 0,14226, МПа. при угле внутреннего трения в грунте фо=15° соответственно: & = -0,02754И^ + 0,09494И^ - 0,17734ИГ + 0,30895, МПа; & =-0,02345И' + 0,08381И2Г -0,15034И + 0,30480, МПа; ^ = -0,02039И^ + 0,07484И^ - 0,13393И + 0,29678, МПа Параметр Е определяем по корреляционному уравнению: Е = -60,8q2s + 8,034^ -1,434

Изменение параметров для текучепластичного фо=8° и мягкопластичного фо=15° состояния поверхности приведены на рисунках 1, 2:

qs.uпf

а)

б)

в)

1 - ТДТ-55; 2 - ТТ-4; 3 - ТЛТ-100 Рисунок 1 - Изменение д, Е, кг, = /(Нг ), при фо=8°

а) б) в)

1 - ТДТ-55; 2 - ТТ-4; 3 - ТЛТ-100

Рисунок 2 - Изменение qs, Е, hr, = f (Нг ), при фо=15°

Вывод: Разработанная методика [4], [5] определения глубины колеи с учётом нелинейного характера распространения деформации по толщине деформируемого слоя " Я^" с учётом вариаций несущей способности

qs = f(нГр ,W%) позволяет уточнить существующие методические алгоритмы

определения искомого параметра "hr".

Библиографический список

1. Цыпук, А.М. Определение глубины колеи лесных машин / А.М. Цыпук, А.В. Родионов. - Лесная промышленность. - 2004. - № 2. - С. 21-22.

2. Анисимов, Г.М. Лесные машины / Г.М. Анисимов. - М.: Лесная промышленность, 1989. - 512 с.

3. Смирнов, А.Г. Теория движения колесных машин / А.Г. Смирнов. - М.: Машиностроение, 1990. - 351 с.

4. Дроздовский, Г.П. Экологическая оценка процессов взаимодействия в системе "местность - машина" / Г.П. Дроздовский, Н.Р. Шоль // Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. научн. трудов по итогам МНТК № 11. - Брянск: БГИТА, 2005. - С. 69-71.

5. Дроздовский, Г.П. Энергоёмкость поворота опорных колёс лесного трелёвочного трактора / Г.П. Дроздовский, М.В. Волосунов //Актуальные проблемы лесного комплекса. Выпуск 18. - Брянск: БГИТА, 2008. - 170 с.