Анализ составляющих глубины колеи, образующейся под воздействием движителя лесной машины на почвогрунт
Автор: Хитров Егор Германович
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Статья в выпуске: 4 т.16, 2019 года.
Бесплатный доступ
Цель статьи - проанализировать соотношение составляющих глубины колеи, обусловленных сжатием лесного почвогрунта, сдвигом его слоев при вдавливании движителя и касательным напряжением, возникающим по пятну контакта по причине буксования при сохранении подвижности машины. Исследование основывается на положениях теории движения автомобильного транспорта в условиях бездорожья и механики грунтов; при расчете осадки почвогрунта использовано решение уравнения вдавливания штампа в деформируемое полупространство; при проведении расчетов и аппроксимации данных использованы методы математического анализа и прикладной математики. Расчеты выполнены с использованием программы Maple 2017. Установлено, что отклонение результирующей нагрузки со стороны движителя от нормали к опорной поверхности, при котором начинается срез слоев почвогрунта, составляет 12 - 16о. Отклонение результирующей нагрузки от нормали к опорной поверхности, вызванное буксованием движителя, приводит к снижению несущей способности лесного почвогрунта на 8,5-10,5 %. Вклад касательного напряжения, вызванного буксованием движителя, в суммарную глубину образующейся колеи на слабонесущих почвогрунтах может достигать 15% (в среднем 37% глубины колеи обусловлено сжатием почвогрунта, 55% сдвигом слоев при вдавливании движителя, 8% буксованием) Касательное напряжение при буксовании движителя на почвогрунтах средней прочности обуславливает до 18% глубины образующейся колеи (в среднем 34% глубины колеи обусловлено сжатием почвогрунта, 51% - сдвигом слоев почвогрунта при вдавливании движителя и 15% - касательным напряжением, возникающим при буксовании) Касательное напряжение при буксовании движителя на прочных почвогрунтах обуславливает до 34% глубины образующейся колеи (в среднем 54% глубины колеи обусловлено сжатием почвогрунта, 28% - сдвигом слоев почвогрунта при вдавливании движителя и 18% - касательным напряжением, возникающим при буксовании).
Колесный движитель, лесной почвогрунт, нормальное давление, касательное напряжение, буксование
Короткий адрес: https://sciup.org/147225681
IDR: 147225681 | УДК: 629.3 | DOI: 10.15393/j2.art.2019.4922
Analysis of soil sinkage components caused by a forestry vehicle passage
The purpose of the article is to analyze the ratio of forest soil sinkage components caused by the soil compaction under forestry vehicle normal load, the soil shear when the vehicle pressure approaches soil bearing capacity, and the shear stress arising on the contact patch due to the vehicle slip while maintaining its mobility. The study is founded on the concepts of the off-the-road locomotion theory and soil mechanics. The study evaluates the sinkage by applying the equation of a stamp indention into a deformable half-space. Methods of mathematical analysis and applied mathematics are used to calculate and process the obtained data. The calculations were performed using Maple 2017 program. The findings show that the deviation of the resulting vehicle load from the normal to the bearing surface at which the cut of the soil layers begins is 12 - 16 °. The deviation of the resulting load caused by the slip leads to a decrease in bearing capacity of forest soil by 8.5-10.5%. The contribution of the shear stress caused by slip into the soil sinkage on weaker forest soils can reach 15% (on average 37% of the sinkage is due to compression of the soil, 55% is due to the layers shear when the normal stress approaches the bearing capacity, 8% is caused by the slip). The shear stress when the vehicle slips on bearing forest soil determines up to 18% of the rut depth (on average 34% of the sinkage is due to the soil compaction, 51% is due to the layers shear when the normal stress approaches the bearing capacity and 15% is caused by the slip). The shear stress due to the slip on strong forest soil causes up to 34% of the sinkage (on average 54% of the sinkage is caused by compaction of the soil, 28% is due to the layers shear when the normal stress approaches the bearing capacity and 18% due to the shear stress that occurs when the vehicle is slipping).
Список литературы Анализ составляющих глубины колеи, образующейся под воздействием движителя лесной машины на почвогрунт
- Божбов, В. Е. Повышение эффективности процесса трелёвки путём обоснования рейсовой нагрузки форвардеров: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.21.01. Архангельск: САФУ, 2015. 20 с.
- Porsinsky T., Pentek T., Bosner A., Stankic I. Ecoefficient timber forwarding on lowland soft soils // In Global Perspectives on Sustainable Forest Management. Okia C. A., Ed. InTech: Rijeka, Croatia, 2012. P. 69-79.
- Jarkko L. Design parameter analysis of the bogie track surface pressure in peatland forest operations. Master of Science Thesis. Tampere, 2013. 73 p.
- Хахина А. М. Методы прогнозирования и повышения проходимости колёсных лесных машин: Дис… д-ра техн. наук: 05.21.01. Архангельск: С(А)ФУ, 2018. 318 с.
- Ларин В. В. Методы прогнозирования и повышения опорной проходимости многоосных колёсных машин на местности: Дис. д-ра … техн. наук: 05.05.03. М., 2007. 530 с.
- Агейкин Я. С. Проходимость автомобилей. М.: Машиностроение, 1981. 232 с.
- Khitrov E., Andronov A., Iliushenko D., Kotenev E. Comparing approaches of calculating soil pressure of forestry machines // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM 19. 2019. Vol. 19, Issue 3.2. P. 649-655.
- Saarilahti M. Modelling of the wheel and tyre. Tyre and soil contact - Survey on tyre contact area and ground pressure models for studying the mobility of forest tractors. Helsinki, 2002, Soil interaction model, Appendix Report No. 5. P. 1-43.
- Григорьев И. В. Снижение отрицательного воздействия на почву колёсных трелёвочных тракторов обоснованием режимов их движения и технологического оборудования. СПб.: СПбГЛТА, 2006.
- Khitrov E. G., Andronov A. V., Martynov B. G., Spiridonov S. V. Interrelations of various soil types mechanical properties // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1177. 2019. 012032.
- DOI: 10.1088/1742-6596/1177/1/012032
- Kochnev A., Khitrov E. Theoretical models for rut depth evaluation after a forestry machine's wheel passover // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM 18. 2018. P. 1005-1012.
- Песков В. Б. Совершенствование моделей для оценки колееобразования и уплотнения почвогрунтов под воздействием движителей колёсных лесных машин: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.21.01. Архангельск: С(А)ФУ, 2018. 20 с.
- Ivanov V., Stepanishcheva M., Khitrov E., Iliushenko D. Theoretical model for evaluation of tractive performance of forestry machine's wheel // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM 18. 2018. P. 997-1004.
