ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА, ПОЗВОЛЯЮЩЕЙ МОДЕЛИРОВАТЬ ЕГО МНОГОКРАТНОЕ НАГРУЖЕНИЕ. Работа №20792

Пилюгин Д.В., Гордеева М.Н.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА, ПОЗВОЛЯЮЩЕЙ МОДЕЛИРОВАТЬ ЕГО МНОГОКРАТНОЕ НАГРУЖЕНИЕ

Для определения несущей способности снежного покрова, позволяющей моделировать его многократное нагружение и изменение его несущей способности в зависимости от глубины погружения и формирования снежного ядра уплотнения на дне колеи, можно использовать экспресс-метод определения несущей способности снежного покрова с применением универсального штампа. Анализ исследований проводился на примере экспериментального образца сортиментовоза с роспуском повышенной проходимости на резинометаллических гусеницах.

Для исследований были выбраны 2 участка местности, которые соответствуют условиям поверхности пути, близкие к средним наиболее вероятным при эксплуатации ЛТМ:

участок - прочная снеговая дорога с несущей способностью более 0,041 МПа;

участок - снежная целина в лесу, глубина снежного покрова 45-55 см.

Результаты обработки и анализа экспериментальных данных показали, что при проведении экспериментальных исследований требовалось выделить отдельные составляющие сопротивления движению такие как: потери на внутреннее трение в резине пневмошины, потери на внутреннее трение в стенках резинокордной оболочки резинометаллической гусеницы. Гистерезисные потери при перематывании на дуговых участках обвода определить крайне сложно. Поэтому в отдельных экспериментах они рассматривались как сумма внутренних потерь. Их определяли при движении по твердому недеформируемому участку пути на малых скоростях движения. Величину сопротивления движению за счет вертикальной деформации снежного покрова находили как разность величин крюковой нагрузки и внутренних потерь.

Для получения более достоверного режима нагружения снежного покрова было разработано устройство - универсальный штамп, состоящий из двух круглых разновеликих штампов, нижнего и верхнего, объединенных упругим элементом (рисунок 1). Причем размеры верхнего, нижнего штампов и расстояния между ними выбраны с учетом угла внутреннего трения, угла естественного откоса снега и формы образующегося ядра уплотнения.

Рисунок 1. Универсальный штамп

Работу устройства предлагается рассмотреть по схеме взаимодействия универсального штампа со снежным покровом (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема взаимодействия универсального штампа со снежным покровом:

В,b - ширина верхнего и нижнего штампа соответственно; Нп - глубина осадки верхнего штампа; Ндеф - толщина осыпавшегося и выдавленного слоя снега верхним штампом «В»; φ - угол внутреннего трения снега; Нос - вертикальная деформация выдавленного снега

При приложении внешней нагрузки через рукоятку 4 штамп 1 внедряется в снежный покров, образуя ядро уплотнения 7. При этом внешняя нагрузка передается через упругий элемент 3 и 6. Их параметры и размеры штампов 1 и 2 подобраны таким образом, чтобы развиваемое ими давление соответствовало нормальному давлению под ходовой частью ЛТМ и составляет 25...40 кПа. По мере погружения штампа 1 в образовавшиеся пространство происходит осыпание снега под углом ср. За счет штампа 2, имеющего больший размер произойдет деформация Ндеф дополнительного объема снега, причем образовавшийся новый конус уплотнения 5 не выйдет за пределы первого ядра уплотнения.

Несущая способность снежного покрова, а вместе с ней и оценка проходимости ЛТМ находится в зависимости от суммарной глубины погружения штампов. Так как упругие элементы соединены последовательно, а жесткость элемента 3 больше жесткости элемента 6 то величина погружения, в относительных единицах отобразится на шкале 8, закрепленной на рукояти 4.

Данное предположение основывается на том, что максимальное нормальное давление от штампа «В» не превысит максимального давления от штампа «b», т.е. соотношение размеров верхнего и нижнего штампа лежат в диапазоне В/в = 1,2...2,0.

На рисунке 3 представлены результаты испытания универсального штампа с размерами Ф = 106/76 мм, при величине деформации Ндеф = 80 мм, в сравнении с данными полученных рядом исследователей.

Р, КПа

■■ штамп универсальный

Рисунок 3. Зависимости деформации снежного покрова высотой 0,5 м при различных режимах нагружения:

—•—эволюционная кривая, характеризующая возможность относительного перемещение кристаллов снега по Л.В.Барахтанову; — - — кривая разрушения, характеризующая излом кристаллов снега и нарушения структурных связей, по Л.В.Барахтанову; — ►— штамп плоский по В.И. Малыгину

Данные результатов исследования приведены в таблице1.

Таблица 1

Участок, №

1

2

Тип опорной

поверхности

Лесной снежный покров

глубиной 60 см

Снежная целина, глубина

снежного покрова 40 см

Послойная плотность, г/см

0-10

10-20

20-32

32-40

40-52

52-60

0,26

0,27

0,32

0,33

0,35

0,36

0,23

0,29

0,31

0,34

-

-

Связность, МПа

0,001-0,002

0,001-0,004

Коэффициент

внутреннего трения

0,25-0,30

0,27-0,35

Твердость, МПа

0,0015-0,0096

0,0017-0,0115

Тип снега

Фрикционно-связной

Фрикционный

Вид

Перекристаллизованный

Перекристаллизованный

Действующий коэффициент

жесткости снега,кН/м3

125

201

Допустимое нормальное

давление, кПа

30

38

Из таблицы видно что от действующего значения коэффициента жесткости снега зависит несущая способность снежного покрова, а вместе с ней и оценка опорной проходимости ЛТМ.

На рисунке 4 представлен график значений допустимого нормального давления на снежную поверхность в зависимости от действующего коэффициента жесткости снега и дорожного просвета ЛТМ для снежного покрова высотой 0,5 м.

£ 50 90 130 170 210 250 0

Коэффициент жесткости снега, кН/м3

Рисунок 4. Значения допустимого нормального давления на снежную поверхность в зависимости от действующего коэффициента жесткости и дорожного просвета ЛТМ

Задавшись возможной деформацией снежного покрова и зная допустимое нормальное давление от ЛТМ шкала прибора была отградуирована в соответствующих единицах.

Анализ показал, что характер деформации снежного покрова высотой 0,5 м универсальным штампом занимает промежуточное положение между предельными значениями различных видов нагружения и более пред почтительнее, т.к. более соответствует реальному режиму нагружения снежного покрова при проходе ЛТМ.

Экспериментальные исследования, проведенные на экспериментальном сортиментовозе, в условиях, максимально приближенных к реальным, показали достаточно высокую сходимость с результатами теоретических исследований.

Предлагаемая конструкция позволяет моделировать многократное нагружение снежного покрова с учетом осыпания его на дно колеи, изменение его несущей способности в зависимости от глубины погружения и формирования ядра уплотнения, а так же учитывать различие в геометрических размерах ходовой части ЛТМ.

Полученная величина позволяет оценивать экспресс - методом опорную проходимость ЛТМ в данных условиях эксплуатации и вырабатыватьрешения связанные с рациональным формированием лесотранспортных путей.

Литература:

1. Андрианов, Ю.С. Вывозка лесоматериалов самопогружающимися автопоездами [Текст]: научное издание / Ю.С. Андрианов / под ред. М.Ю. Смирнова. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001.-231 с.

2. Жуков, A.B. Совместимость лесных машин со средой [Текст]: учеб. пособие / A.B. Жуков, A.C. Федоренчик, А.Г. Гороневский. - БГТУ, 2000.-48 с.