Исследование взаимодействия транспортных средств и элементов путей первичного транспорта леса

Исследование взаимодействия транспортных средств и элементов путей первичного транспорта леса

А. В. Кузнецов1 Петрозаводский государственный университет

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования взаимодействия транспортных машин и элементов путей первичного транспорта леса (волока, лесовозного уса). Проведен анализ функционирования систем машин в условиях лесозаготовительного предприятия, который показывает возможность снижения затрат на их строительство и эксплуатацию с учетом местных климатических, технических, технологических, сырьевых условий.

Ключевые слова: лесной транспорт, временные дороги, строительство.

SUMMARY

The research of interaction of transport machines and elements of ways of primary wood transportation (temporary forest roads, haul road feeders) including the analysis of machine systems functioning at a logging enterprise allows to decrease expenses for their construction and operation taking into account local climatic, technical, technological conditions and availability of raw materials.

Keywords: forest transport, temporary road, construction.

В теории разрушения почв наиболее важный вопрос -установление зависимости напряжений от деформаций. При механико-математическом исследовании рассматривают почву как среду [2] :

1) упругую и пластичную;

2) характеризующуюся нелинейной зависимостью напряжений от деформации.

Нелинейный характер деформации грунта под нагрузкой выражается законом Винклера-Герстена-Бернштейна [1]:

зависимости от размеров штампа, что вызывает трудности, связанные с практическим применением формулы (1). Параметры A и п - эмпирические константы.

Формула (1) не может быть использована для выражения зависимости деформации грунта при больших диапазонах изменения нагрузки и размеров штампа и применима лишь в конкретных условиях. Кроме этого, она не учитывает влияния размеров штампа на деформируемость грунта.

Сделано много попыток заменить формулу (1) приемлемой для практического использования. В частности, Беккер [2] записал (1) виде:

где Кс и КСр ~ соответственно коэффициенты

сцепления и трения грунтов; Ь - наименьший размер штампа, м.

Рассмотрим формулы для деформируемости грунта, предложенные для различных типов движителей, учитывающие размеры штампа.

Среднее нормальное давление на опорную поверхность гусеничного движителя, согласно Г. М. Анисимову, Я. С. Агейкину, В. Ф. Платонову и др., определяется по формуле [1]:

Ч =--—,

Вр  Ьр

где GГ - нормальная нагрузка на гусеницы, Н; BГ -ширина гусеницы, м; LГ - длина опорной поверхности гусеницы, м.

Среднее нормальное давление на опорную поверхность колесного движителя, согласно Г. М. Анисимо-ву, С. С. Саакяну, определяется по формуле [1]:

а' = С •Рг

Ч ^ш 1 ш

где Сш - коэффициент, характеризующий жесткость шины, Н; г - показатель, м; Pш - давление воздуха в шинах, Н/м2.

q = A-Zr

го сжатия; n - осадка, м.

показатель процесса нагрузка-осадка; Z

Параметры A и п полагаются постоянными для данного грунта. В действительности они изменяются в

1 Автор - аспирант кафедры технологии и оборудования лесного комплекса © А. В. Кузнецов, 2003

Приведенные зависимости учитывают распространение напряжений в чистом грунте, без примесей, но применение на путях первичного транспорта леса хворостяной подушки существенно меняет параметры давления движителя на почвогрунты (рис. 1).

При укреплении путей первичного транспорта леса лесосечными отходами увеличивается площадь контакта движителя и почвогрунта за счет увеличения площади штампа. Следовательно, необходим коэффициент, учитывающий наличие хворостяной подушки:

где q - напряжение Н/м ; A - коэффициент объемно-

V

Iу- _ "и

Лло ~~ „

Считаем, что слой лесосечных отходов ведет себя как монолит и составляющие хворостяной подушки испытывают лишь вертикальные деформации и смещения.

где - площадь конгломерата и штампа соответ-

ственно, м

Рис. 1. Схема воздействия движителя на почвогрунты

Расчет несущей способности хворостяной подушки и почвогрунтов на начальном этапе (до 10 проходов) можно вести по зависимостям, характеризующим несущую способность ленточных фундаментов мелкого заложения с шероховатой поверхностью без учета пригрузки.

Согласно проведенным исследованиям после 10 проходов лесной машины по транспортному пути, укрепленному лесосечными отходами, образуется конгломерат - смесь почвогрунта с лесосечными отходами. В этом случае необходимо рассматривать поверхность, по которой совершает движение лесная машина, как почвогрунт, армированный лесосечными отходами, расположенными горизонтально.

В зависимости от типов местности по условию увлажнения предлагаются следующие зависимости:

Для гусеничных машин:

• первый тип местности, относительная влажность менее 0,75:

¡7

ВГ1Г 9

Сг

-!---кю-К-Ц+ВШ

0 о т ли

1  ЛрЬр п

Е

.;

2-Вр-1Г

третий тип местности, относительная влажность более 1,00:

п

—^--к -К-Ц+В-К^

V опт ^

ч=

1+-

5

к_

2 - Вг -Ьг

Для колесных машин:

первый тип местности, относительная влажность менее 0,75:

(тг^+^И

-г---к К-Ц + В-Ы+С'\пЫ

2-Вг-Ьг '

Вг -Ьг

1+-

2 • Вг -Ьг

К

Е

-1"

.

1 + - к

где К - эмпирический коэффициент; А, В и С - коэффициенты, зависящие от параметров ходовой части машин и свойств почвогрунтов; Е - модуль деформации грунта, МПа; N - число проходов;

• второй тип местности, относительная влажность от 0,75 до 0,90:

второй тип местности, относительная влажность от 0,75 до 0,90:

Ч

Е

Ч

5

К

(1Г+К

9 = -

_Е__

1 +

6 -К,,

;

третий тип местности, относительная влажность более 1,00:

На основе уравнений разработаны таблицы объемов лесосечных отходов в зависимости от типа местности (табл. 1, 2).

Зависимость напряжений в почвогрунте от числа проходов (относительная влажность менее 0,75, песок), представлена на рис. 2

ч = -

(Кс+к, (сш-6-рг -кш-К-4А + В-Ы

1 + -^

6 -К..

Рис. 2. Характер распределения напряжений в зависимости от числа проходов

Таблица 1

Необходимое количество лесосечных отходов

ш

Расположение лесосечных отходов (ЛО) К Масса ЛО, кг/м2

песок супесь суглинок глина торф

1 2 3 4 5 6 7

I тип, влажность менее 0,75

Параллельно 1 25 26 38 295 553

Перпендикулярно 0,725 25 26 38 295 553

Внахлест 0,723 25 26 38 295 553

II тип, влажность от 0,75 до 0,9

Параллельно 1 100 104 154 1186 2221

Перпендикулярно 0,725 100 104 154 1186 2221

Продолжение табл. 1

1 2 3 4 5 6 7

Внахлест 0,723 100 104 154 1186 2221

III тип, влажность более 1,0

Параллельно 1 112 116 171 1320 2471

Перпендикулярно 0,725 112 116 171 1320 2471

Внахлест 0,723 112 116 171 1320 2471

Таблица 2

Необходимое количество лесосечных отходов

Тип местности и расположение лесосечных отходов (ЛО) К Масса ЛО, кг/м2

песок супесь суглинок глина торф

I тип, влажность менее 0,75

Параллельно 1 60 62 92 709 1327

Перпендикулярно 0,725 60 62 92 709 1327

Внахлест 0,721 60 62 91 707 1323

II тип, влажность от 0,75 до 0,9

Параллельно 1 225 234 344 2655 4970

Перпендикулярно 0,725 225 234 344 2656 4973

Внахлест 0,721 224 233 343 2648 4958

III тип, влажность более 1,0

Параллельно 1 249 259 381 2946 5515

Перпендикулярно 0,725 249 259 381 2947 5518

Внахлест 0,721 249 259 380 2938 5502

ВЫВОДЫ

1. При укладке лесосечных отходов параллельно, перпендикулярно и внахлест происходит уменьшение значений линейных перемещений в 2,8; 3,9 и 3,9 раза соответственно. Перемещения при укладке лесосечных отходов перпендикулярно и внахлест практически не отличаются. Следовательно, при укладке лесосечных отходов необходимо придерживаться перпендикулярной схемы расположения хворостяной подушки.

2. Толщина хворостяной подушки 10-20 см обеспечивает (полевые испытания) уменьшение интенсивности колееобразования: в 2,79 раза при укладке лесосечных отходов параллельно, в 3,85 раза при

укладке перпендикулярно, в 3,86 раза при укладке внахлест. В лабораторных условиях разница составила 1,19 раза. Необходимый объем лесосечных отходов - от 75 до 900 м3 на 1 км в зависимости от вида почво-грунтов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анисимов Г. М., Большаков Б. М. Основы минимизации уплотнения почвы трелевочными системами / СПбГЛТА. СПб., 1998. 108 с.

2. Беккер М. Г. Введение в теорию систем местность - машина. М.: Машиностроение, 1973. 520 с.