ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА, ПОЗВОЛЯЮЩЕЙ МОДЕЛИРОВАТЬ ЕГО МНОГОКРАТНОЕ НАГРУЖЕНИЕ. Работа №20793

Пилюгин Д.В., Гордеева М.Н.

Эффективность использования лесотранспортных машин в труднопроходимых условиях лесосеки

К основным показателям эксплуатационных свойств лесотранспортных машин относятся грузоподъемность, надежность, проходимость, экологическую и экономичность совместимость.

Приспособленность лесотранспортных машин к осуществлению перевозок в трудных условиях оценивается проходимостью, а движение по неподготовленной местности в лесных условиях, (к примеру, по снежному покрову), характеризуется опорной проходимостью. Под опорной проходимостью понимается глубина и форма колеи, образовавшейся после прохода ЛТМ.

С целью получения более полных сведений о структуре лесной снежной целины и ее физико-механические свойствах в Иркутской области были проведены исследования в условиях лесосеки.

Условия испытаний наиболее полно соответствовали вероятностной природе функционирования лесовозного транспорта при реальных условиях эксплуатации.

Исследования проводились на специально сконструированном экспериментальном сортиментовозе в составе автомобиль — тягач Урал 4320 с манипулятором СФ-65 и прицеп-роспуск ГКБ 9383-012 на резинометаллических гусеницах. Для примера, можно рассмотреть результаты проведения работ на кафедре транспорта и дорожного строительства Уральского государственного лесотехнического университета, где был создан экспериментальный образец прицепа на резинометаллических гусеницах, которые одевались на сдвоенные колеса стандартного прицепа- роспуска ГКБ-9383-012 (рисунок 1). Гусеница конструкции УЛТИ состоит из резинокордной ленты, армированной металлокордом, с наружной и внутренней стороны которой закреплены металлические пластины (рисунок 2). Ширина гусениц составляла 0,6 м, межосевое расстояние 1,35м. Условная площадь контакта, с учетом деформации пневматических шин, для одной гусеницы составляет 1,02 м . Автомобиль - тягач Урал 4320 оборудован манипулятором СФ-65 (рисунки 3, 4).

В задачи исследования входит:

определение характеристик снежного покрова в условиях лесосеки;

измерение тягового усилия, необходимого для движения

сортиментовоза

при различных статических нагрузках и параметрах ходовой части;

определение коэффициента сопротивления движению по снежной поверхности;

степень уплотнения снега на дне колеи.

Рисунок 1. Экспериментальный сортиментовоз на резинометаллических гусеницах

Рисунок 2. Резинометаллическая гусеница конструкции УЛТИ

Рисунок 3. Движение экспериментального сортиментовоза

по лесосеке со снежным покровом высотой 0,39 м, при начальной плотности р =0,31 г/см , температура окружающего воздуха - 5° С

Рисунок 4. Преодоление участков снега высотой до 0,6 м

По результатам исследований можно сделать следующие выводы.

В феврале-марте, когда снежный покров достигает своей максимальной высоты, он уже полностью перекристаллизовался, и представляет собой зернистый снег с размерами зерен 2...3 мм. При этом снежный покров практически однороден на всю толщину. Объясняется это тем, что в лесу снежный покров формируется при устойчивых отрицательных температурах окружающего воздуха, что исключает образование ледяных прослоек, наста и т.д. Исключение составляет верхний слой снега, возраст которого небольшой. Это слой мелкозернистого снега с размерами зерен 0,25... 1,0 мм, образовавшийся после ближайших снегопадов.

Прирост высоты снежного покрова за время снегопадов не превышает обычно 15 см. Выпавший снег подвергается постепенному уплотнению и перекристаллизации. Изменение плотности и структуры поверхностного слоя снежного покрова, как показали наблюдения, происходит очень быстро — за 1 -3 суток.

Имеются существенные различия в структуре и плотности снежного покрова в лесу и на открытых участках. Плотность снежного покрова на открытых участках превышает плотность лесного снега, более четко выражено различие по плотности между верхними и нижними слоями.

Плотность снега в условиях лесосеки, после перекристаллизации, изменяется незначительно в течение всего периода и в среднем ее можно принять равной 0,20...0,24 г/см3.

Связность снега зависит от его влажности. При повышенной влажности увеличивается связность, а при влажности больше 12% снег становится связным. Однако значительные признаки появления воды в снеге в жидкой фазе бывают при I = -4° С. При I = -1...-0,5°С влажность составляет 1,5...2%. Такое количество влаги весьма незначительно влияет на свойства снежного покрова. С учетом этого перекристаллизовавшийся снег в лесу, образовавшийся при устойчивых отрицательных температурах, по своим связным свойствам можно охарактеризовать как чисто фрикционный, сыпучий.

Обычные колебания температуры в зимнее время вызывают, в виду очень малого коэффициента теплопроводности снега, заметное изменение структуры и плотности лишь поверхностного слоя снега, образовавшегося после снегопадов, который не оказывает заметного влияния на проходимость ЛТМ.

Твердость снега в ненарушенном снежном покрове имеет немаловажное значение. Твердость снега - это способность снега сопротивляться проникновения в него другого тела, не получающего остаточных деформаций. Твердость определяется как отношение усилия, необходимого для внедрения наконечника в снег, к площади его отпечатка:

<Object: word/embeddings/oleObject1.bin> (1)

где НС - твердость снега, МПа; Р - нагрузка, Н; S - площадь отпечатка, м2.

Твердость характеризирует прочность снежного покрова, поддерживающую способность, компактность расположения кристаллов и другие физико-механические свойства снега.

Из графика (рисунок 5) видно, что чем больше плотность р, тем больше твердость НС зависит от температуры.

-25 -20 -15 -10 -5 0

Температура снега, T:, град С

Рисунок 1.4 - Зависимость твердости снега от температуры и плотности:

—♦— плотность снега 0,2 г/см3;—●— плотность снега 0,3 г/см3;

—‖— плотность снега 0,4 г/см3; —∆—плотность снега 0,5 г/см3

Резкое увеличение твердости плотного снега при понижении температуры и небольшое увеличение твердости рыхлого снега объясняется тем, что твердость снега в основном зависит от прочности самих снежинок и лишь в небольшой степени от прочности связи между ними.

При оценке эффективности лесотранспортных машин особую значимость приобретает анализ энергетических затрат на передвижение. Основным видом сопротивления передвижению при глубоком снежном покрове или на слабых грунтах является работа, затрачиваемая на образование колеи, поэтому при улучшении опорной проходимости, эффективность транспортной машины повышается. В задачах экологической совместимости ходовой части с лесной средой используется зависимость повреждения опорной поверхности (глубина колеи, степень минерализации и т.д.). Снежный покров создает значительные затруднения для движения.

Следовательно, с точки зрения эффективности использования лесотранспортных машин, в труднопроходимых условиях лесосеки, наиболее важным показателем является опорная проходимость, поэтому данный эксплуатационный показатель рассматривается в качестве одного из критериев эффективности.

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. Савсюк, М.В. Взаимодействие гибкой резинометаллической гусеницы с пневматическими колесами [Текст] / М.В. Савсюк, И.Н. Кручинин // Транспорт Урала. - 2007. - № 3. - С. 22-23.