Расчет тягово-сцепных свойств движителя лесной машины при работе на заснеженной опорной поверхности
Автор: Хитров Егор Германович, Андронов Александр Вячеславович, Тарадин Григорий Сергеевич, Котенев Евгений Викторович
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Статья в выпуске: 2 т.16, 2019 года.
Бесплатный доступ
Цель работы - составить и исследовать математическую модель, прогнозирующую силу сопротивления снега движению и силу сцепления движителя лесной машины с заснеженной опорной поверхностью, учитывающую упрочнение снега под воздействием машины. Исследование базируется на положениях теории движения автотранспорта в условиях бездорожья. При определении количественных показателей использованы численные методы интегрирования и решения уравнений; для получения инженерных зависимостей осуществлен вычислительный эксперимент с аппроксимацией расчетных данных. Уравнения для глубины колеи и сжатия снега составлены и численно решены с учетом нелинейного уравнения связи относительной деформации сжатия и нормального сжимающего напряжения, полученного на основе геометрической интерпретации модуля общей деформации среды. Установлено, что для колесных машин коэффициент буксования, при котором обеспечивается наибольшее сцепление движителя с опорной поверхностью, составляет 0,06…0,07; для машин с колесно-гусеничным движителем - 0,02 … 0,04; для гусеничных машин - 0,01 … 0,015. На основе расчетов показано, что сила сцепления для колесно-гусеничных машин ориентировочно в 2-3 раза больше, чем у машин с колесным движителем. Сцепление гусеничных машин в 5-7 раз выше, чем колесных машин. Показано, что расчетное значение коэффициента сцепления зависит от начальной плотности снега и в меньшей степени от толщины его слоя, причем большим значениям плотности соответствуют большие значения коэффициента. Расчетное значение коэффициента сопротивления движению зависит как от начальной плотности, так и от толщины снежного покрова. Наименьшее сопротивление оказывает очень рыхлый снег, который, под воздействием движителя быстро теряет несущую способность, а также плотно укатанный снег, деформации которого незначительны. Для дальнейших исследований получены уравнения глубины колеи и уплотнения упрочняющегося снега в виде сигмоид, которые позволят получить начальные приближения при расчете совместных деформаций движителя и заснеженной опорной поверхности.
Сопротивление движению, сила сцепления, колесный движитель, гусеничный движитель, колесно-гусеничный движитель, снежная целина
Короткий адрес: https://sciup.org/147225667
IDR: 147225667 | УДК: 629.3 | DOI: 10.15393/j2.art.2019.4582
Evaluation of tractive performance of forestry vehicles on snow-covered surface
The aim of the work is to create a mathematical model evaluating rolling resistance and tractive force of a forestry vehicle moving on a snow-covered surface, taking into account strengthening of the snow under the vehicle’s pressure. The study is based on the theory of off-the-road locomotion. To determine quantitative indicators the numerical methods of integration and equations solving are used. A computation experiment with further approximation of the calculated data is conducted to obtain engineering dependencies. Basic equations for rut depth and the snow compression are compiled and numerically solved taking into account nonlinear stress-strain relationship that was obtained through geometric interpretation of the surface deformation modulus. The results show that for wheeled vehicles the slip ratio, which ensures the highest value of the road adherence is between 0.06 ... 0.07; for bogie-track vehicles the ratio is between 0.02 ... 0.04; for caterpillar drive vehicles the ratio is between 0.01 ... 0.015. The calculation results show that the tractive force for bogie-track vehicles is approximately 2-3 times higher than that of wheeled vehicles. The tractive force of these vehicles is 5-7 times higher than that of wheeled vehicles. The results show that the calculated value of the adhesion coefficient depends on the initial density of snow and depends to a lesser degree on the layer thickness; higher values of the density correspond to the higher values of the net adherence coefficient. The calculated values of the rolling resistance coefficient depend on both the snow density and its layer thickness. The least resistance is provided by very loose snow, which loses its bearing capacity under the vehicle pressure, and by densely compacted snow, the deformations of which are insignificant. For further research, the study provides equations of rut depth and compaction of strengthening snow in form of sigmoids. The equations allow obtaining initial estimations when calculating mutual deformations of the vehicles and snow-covered surface.
Список литературы Расчет тягово-сцепных свойств движителя лесной машины при работе на заснеженной опорной поверхности
- Агейкин, Я. С. Проходимость автомобилей / Я. С. Агейкин. - Москва: Машиностроение, 1981. - 232 с.
- Божбов, В. Е. Повышение эффективности процесса трелёвки путём обоснования рейсовой нагрузки форвардеров: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.21.01 / Божбов Владимир Евгеньевич. - Архангельск: САФУ, 2015. - 20 с.
- Лухминский, В. А. Совершенствование моделей и методов прогнозирования проходимости гусеничных лесных машин: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.21.01 / Лухминский Владислав Алексеевич. - Архангельск: С(А)ФУ, 2018. - 20 с.
- Устинов, В. В. Оценка тягово-сцепных свойств колёсных движителей лесных машин методами теории движения автотранспорта по бездорожью: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.21.01 / Устинов Владимир Владимирович. - Архангельск: САФУ, 2016. - 20 с.
- Уточнённая модель для оценки тягово-сцепных свойств колёсного движителя лесной машины / Е. Г. Хитров, А. М. Хахина, М. Н. Дмитриева, В. Б. Песков, О. И. Григорьева // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - 2016. - № 217. - С. 108-119.
- Аникин, А. А. Разработка научных методов повышения проходимости по снегу особо лёгких гусеничных машин: дис. д-ра … техн. наук: 05.05.03 / Аникин Алексей Александрович. - Нижний Новгород, 2010. - 309 с.
- Барахтанов, Л. В. Повышение проходимости гусеничных машин по снегу: дис. д-ра … техн. наук: 05.05.03 / Барахтанов Лев Васильевич. - Горький, 1988. - 352 с.
- Беляков, В. В. Взаимодействие со снежным покровом эластичных движителей специальных транспортных средств: дис. … д-ра техн. наук: 05.05.03 / Беляков Владимир Викторович. - Нижний Новгород, 1999. - 485 с.
- Донато, И. О. Проходимость колёсных машин по снегу / И. О. Донато. - Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 231 с.
- Физико-механические свойства снежного покрова // Всё о ремонте и строительстве [Электронный ресурс]. - 2016. - URL: http://stroi-archive.ru/dorozhnye-mashiny/977-fiziko-mehanicheskie-svoystva-snezhnogo-pokrova.html. - (02.04.2019).
- Донато, И. О. Расчёт сопротивления движению колёсных машин по снегу / И. О. Донато // Известия вузов. Сер. "Машиностроение". - 2007. - № 2. - C. 42-46.
- Ларин, В. В. Методы прогнозирования и повышения опорной проходимости многоосных колёсных машин на местности: дис. д-ра … техн. наук: 05.05.03 / Ларин Василий Васильевич. - Москва, 2007. - 530 с.
- Осколков, С. Г. Зимние лесовозные дороги / С. Г. Осколков. - Красноярск: СТИ, 1977. - 104 с.
- Rohani, B. Correlation of mobility cone index with fundamental engineering properties of soil / B. Rohani, G. Y. Baladi. - U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station, 1981. - 41 p.
- Ecoefficient timber forwarding on lowland soft soils / T. Porsinsky, T. Pentek, A. Bosner, I. Stankic // In Global Perspectives on Sustainable Forest Management. - Okia, C. A., Ed.; InTech: Rijeka, Croatia, 2012. - P. 69-79.
- 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 / M. Saarilahti. - Helsinki, 2002. - Soil interaction model, Appendix Report. - № 5. - P. 1-43.
- Александров, А. В. Сопротивление материалов: учебник для вузов. - 4-е изд., испр. / А. В. Александров, В. Д. Потапов, Б. П. Державин. - Москва: Высш. шк., 2004. - 560 с.
- Модель для оценки радиальной деформации колеса лесной машины с учётом деформации почвогрунта / Е. Г. Хитров, И. В. Григорьев, В. А. Макуев, А. М. Хахина, С. Ю. Калинин // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2015. - Т. 19, № 6. - С. 87-90.
- Muro, T. Terramechanics: Land Locomotion Mechanics / T. Moro. - CRC Press, 2004. - 322 p.
- Wong, J. Y. Terramechanics and off-road vehicle engineering: terrain behaviour off-road vehicle performance and design / J. Y. Wong // Elsevier second ed., 2010. - 488 p.
- Wong, J. Y. Theory of ground vehicles / J. Y. Wong // John Wiley and Sons, New Jersey, fourth edition, 2008. - 528 p.
- Williams, R. C. Comparison of Laboratory Wheel-Tracking Test Results with WES Track Performance / R. C. Williams, B. Prowell // Transportation Research Record. - 1990. - P. 121-128.
- Correction of resistance to penetration by pedofunctions and a reference soil water content / M. T. Moraes, H. Debiasi, J. C. Franchini, V. R. Silva // R. Bras. Ci. Solo. - 2012. - № 36 (6). - P. 1395-1406.
- Senneset, K. Strength and deformation parameters from cone penetration tests / K. Senneset, N. Janbu, G. Svano // Proceedings of the Europen Symposium on Penetration Testing. ESOPT - II. - Amsterdam, 1982. - P. 863-870.
- Van Impe, W. F. The evaluation deformation and bearing capacity parameters of foundations from static CPT-results / W. F. Van Impe // Proc. Fourth Int. Geotechnical seminar, Filed instrumentation and in-site measurements. - Singapure, 1986. - P. 51-70.
- Penetrometer techniques in relation to soil compaction and root growth / A. G. Bengough, D. J.Campbell, M. F. O'Sullivan and K. A. Smith, C. E. Mullins (eds.) // Soil and Environmental Analysis (2nd ed.), Marcel Dekker. - New York, 2001. - P. 377-403.
- Correction of cone index for soil water content differences in a coastal plain soil / W. J. Busscher, P. J. Bauer, C. R. Camp, R. E. Sojka // Soil, Tillage Research. - 1997. - № 43 (3-4). - P. 205-217.
- Dexter, A. R. A method for prediction of soil penetration resistance / A. R. Dexter, E. A. Czyz, O. P. Gate // Soil, Tillage Research. - 2007. - № 93. - P. 412-419.
- Development on research of soft-terrain machine systems / J. Li, H. Huang, Y. Wang, L. Tian, L. Ren // Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery. - 2015. - № 46. - P. 306-320.
- Sinkage of wire mesh wheel under light load. Jilin Daxue Xuebao (Gongxueban) / J. Li, H. Huang, Z.-L. Dang, M. Zou, Y. Wang // Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition). - 2015. - № 45. - P. 167-173.
- Sandu, C. Experimental study on the contact patch pressure and sinkage of a lightweight vehicle on sand / C. Sandu, E. Worley, M. Morgan // Journal of Terramechanics. - 2010. - № 47. - P. 343-359.
