Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Арутюнян А.Ю. 1 Бурмистрова О.Н. 1 Бурмистров Д.В. 2

---

1 ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»

2 АО «Транснефть – Север»

В статье рассматривается ездовые поверхности волоков. Рассмотрено влияние неровностей на проходимость машин и получена формула, позволяющая определить комплексную величину среднего удельного сопротивления движению колесных машин с учетом пороговых неровностей. Подтверждено первостепенное влияние на интенсивность колееобразования модуля деформации грунта и показателя рД автомобиля, характеризующего воздействие автомобиля на ездовую поверхность. Рассчитанные в статье зависимости коэффициента сцепления и средневзвешенного удельного сопротивления характеризуют влияние физико-механических свойств грунта и его состояние на величину сцепления ведущих колес машин с ездовой поверхностью и позволяют установить оптимальные значения среднего удельного давления колеса трелевочно-транспортной системы, диаметра колеса и, следовательно, величины pD, характеризующей воздействие системы на ездовую поверхность, а также минимальный радиус проходимости и другие характеристики.

Статья в формате PDF

400 KB

волок

масса

дорога

грунт

трелевочно-транспортная система

сцепление

1. Галактионов О.Н. Характеристики настила из лесосечных отходов и состояние грунта на трелевочном волоке / О.Н. Галактионов, А.В. Кузнецов, М.А. Пискунов // Уч. зап. Петрозав. гос. ун-та. Сер.: Естеств. и техн. науки. – 2009. – № 7 (101). – С. 90–95.

2. Герасимов Ю.Ю. Экологическая оптимизация технологических машин для лесозаготовок / Ю.Ю. Герасимов, В.С. Сюнев. – Йоэнсуу: Изд-во ун-та Йоэнсуу, 1998. – 178 с.

3. Герц Э.Ф. Обоснование и разработка методов определения напряжений и деформаций в поперечном сечении многослойного хворостяного настила трелевочного волока / Э.Ф. Герц, А.Ф. Кулиничев, А.В. Мехренцев // Лесосеч., лесосклад. работы и трансп. леса: Межвуз. сб. науч. тр. – СПб.: ЛТА, – 2002. – С. 69–76.

4. Горбачевский В.А. Исследование колееобразования при многократных проходах колес лесовозных автомобилей по грунтовым поверхностям / В.А. Горбачевский, Л.Д. Дараган // Тр. ЦНИИМЭ. – 1967. – № 82. – С. 26–28.

5. Ильин Б.А. Лесные дороги. – Л.: ЛТА, 1980. – 68 с.

Сегодня эффективность развития лесопромышленного комплекса зависит от эффективности развития транспортной инфраструктуры. Однако, по данным Федерального агентства лесного хозяйства Российской Федерации, в России на 1 тыс. га леса приходится всего лишь 1,2 км лесовозных дорог, в то время как в Европе эта цифра во много раз больше.

В настоящее время лесовозные дороги без должной регулярной реконструкции непригодны для эксплуатации. Весной и осенью они становятся непроходимыми. Все это обуславливает сезонность работы лесопромышленного комплекса, которую можно устранить при развитии и одновременном поддержании качества лесовозных дорог на должном уровне. Сеть постоянных лесовозных дорог – необходимое условие для перехода на интенсивное воспроизводство лесов.

В регионе лесозаготовительных и деревоперерабатывающих предприятий необходимо создать единую транспортную сеть для перевозки лесных грузов, в которой лесовозные дороги являются необходимыми звеньями. При этом государство должно выполнять координирующую роль – модернизацию всего лесного сектора страны, начальный этап которой – оптимизация его транспортной инфраструктуры.

Повышению эффективности выполнения лесозаготовительных операций посвящены труды ученых. Однако взаимосвязь системы «машина ? грунт» до конца еще не изучена и не раскрыта.

В отечественной и зарубежной литературе достаточно много исследований, посвященных вопросам зависимости колееобразования от числа проходов лесовозной техники. Доказано, что глубина колеи лесовозных усов определяется, прежде всего, физико-механическими свойствами грунта, а также получаемой нагрузкой.

В работах авторов [1, 2] выполнен анализ глубины колеи в зависимости от нагруженности колеса, при этом, к сожалению, не упоминается про модуль деформации грунтов. Однако авторы подробно занимаются изучением влияния геометрических параметров дорог, а также числа проездов техники на образование колеи. Авторы приходят к выводу, что установленные параметры способствуют образованию колеи.

В некоторых работах [3] рекомендуется для уменьшения давления на грунт и снижения колееобразования колесо транспортного средства погрузить в грунт на 0,2D, где D – диаметр колеса автопоезда. Авторы утверждают, что увеличивается площадь контакта колеса с естественной поверхностью и, следовательно, уменьшается нагрузка на почвогрунт. К сожалению, такие рекомендации не согласуются с требованиями отечественных стандартов. Исходя из требований ГОСТ 26955-86, величина удельного давления на почвогрунт колеса транспортного средства определяется отношением создаваемой колесом нагрузки и площадью отпечатка колеса на жестком основании. При этом известно, что величина давления на почвогрунт по отношению к величине давления на жесткое основание берется на 10 % ниже. Следуя рекомендациям зарубежных исследователей при определении величины давления на почвогрунт теоретически, получаем ее значение, заниженное в 2,5 раза по сравнению со значением, полученным экспериментальным путем.

В работах авторов [4] изучено влияние сезонности лесозаготовок на образование колеи лесовозных усов. К сожалению, весенняя и осенняя распутицы способствуют образованию колеи и снижают в 2…4 раза работоспособность лесовозных дорог и эффективность вывозки лесопродукции, а, также увеличивают себестоимость древесины в 4…5 раз.

Установлено влияние скорости движения транспортного средства на удельное давление на грунт. Получены оптимальные скорости движения транспортного средства – 4…5 км/ч, при которых наблюдается наименьшая интенсивность колееобразования.

Ездовыми поверхностями для трелевочно-транспортных систем (ТТС) являются расчищение от древесной и кустарниковой растительности трелевочные волоки, естественные грунтовые поверхности, луговины, лесные просеки и т.п.

Проезжая часть волоков грубо планируется с засыпкой ям и срезкой горбов, препятствующих движению. При удовлетворительной эксплуатации волоков и уходе за ними неровности пологого профиля групповой поверхности по высоте, как показали исследования, не превосходят 10 см [1, 2]. Авторами по материалам натурных обследований и съемок микропрофилей волоков в Республике Коми была установлена следующая корреляционная зависимость между высотами пологих неровностей (в метрах):

Hнер = 0,03B + 0,002,

где В – длина неровности, м.

На волоках, при высокой влажности грунта и недостаточном уходе, в процессе эксплуатации возникают неровности порогового типа (пни, корни и т.п.).

Значительную часть года ездовые поверхности волоков покрыты снегом. Проезжаемость трелевочных волоков, то есть их пригодность для движения комплексных трелевочно-транспортных систем (КТТС) как с грузом, так и без груза с неэксплуатационными скоростями зависит в основном от наличия на ездовой поверхности:

– неровностей различного вида, в том числе пороговых, то есть с отвесными или близкими к этому стенками, расположенных выше уровня ездовой поверхности (пни, камни и т.д.);

– колеи и рытвины, образовавшиеся при движении КТТС;

– рода грунта на поверхности волока и его влажности.

Количественными показателями, характеризующими проезжаемость волока, могут быть значения коэффициента сцепления, средне известного удельного сопротивления давлению КТТС с грузом и предельные размеры (высота или глубина) редко выраженных неровностей на волоке, в том числе колей.

Металлические свойства грунтов, слагающих ездовые поверхности, определяются зерновым составом почв и грунтов, их влажностью и плотностью, а также наличием или отсутствием дернового покрова.

В табл. 1 приводятся средние значения механических показателей связанных грунтов.

Сцепные свойства несвязных грунтов в меньшей степени зависят от влажности. Величина сцепления у песков близка к нулю (в среднем с = 0,1 Н/см2 у крупных песков и доходит до с = 0,4…0,7 Н/см2 – у пылеватых и мелких песков). Сцепные свойства песчаного грунта зависят в основном от угла внутреннего трения, величина которого колеблется от 38…40° (крупные пески) до 32…38° (мелкие пески) [3, 4, 5].

Сопротивление движению увеличивает липкость грунтов. Это свойство оценивают удельной силой, которую необходимо приложить к пластине для ее отрыва от грунта. Липкость грунта зависит от удельного содержания глинистых частиц в грунте и влажности. Например, для супеси липкость равна 0,5 Н/см2 при Wот = 0,7; 1,2 Н/см2 при Wот = 0,8; 1,8 Н/см2 при Wот = 0,9; 0,8 Н/см2 Wот = 1; 0,5 Н/см2 при Wот = 1,1.

Таблица 1

Средние значения механических показателей связанных грунтов

Таблица 2

Свойства снега

Свойства снега зависят от его плотности и температуры. Например, при t = –10 °С снег имеет следующие свойства (табл. 2).

Величина коэффициента сцепления зависит от физико-механических свойств грунтовой поверхности следующим образом:

(1)

где Kн – коэффициент, учитывающий неодновременность появления сдвигов грунта во впадинах протектора шин; Kш – коэффициент распределения давления колеса на грунт между грунтозацепами и впадинами; с – сцепление, Н/см2; τр – удельное сопротивление трению покрышки по грунту, Н/см2; λ – отношение р:po; р – удельное давление колеса на грунт, Н/см2; po – давление воздуха в шине, кгс/см2; φ – угол внутреннего трения грунта.

Величину средневзвешенного удельного сопротивления движению КТТС с грузом, с учетом влияния пороговых неровностей, можно выразить следующим образом

(2)

где (3)

(4)

где Qм – масса КТТС, т; Qпол – масса полезной нагрузки, т; K – коэффициент распределения полезной нагрузки между опорным устройством КТТС и грунтовой поверхностью; Wдр – удельное сопротивление движению пакета сортиментов по грунту, Н/т; Wкол – основное удельное сопротивление движению КТТС, Н/т; – среднее дополнительное удельное сопротивление движению КТТС по пороговым неровностям, Н/т; Q1 – масса КТТС, приходящаяся на 1 колесо, т; D – диаметр колеса, см; E – модуль деформации грунта, Н/см2; Kкин – коэффициент, учитывающий возмещение расходований при преодолении порогового препятствия кинетической энергии (1,1…1,2); β – среднее количество пороговых препятствий на 1 пог. м волока; Hср – средняя высота порогового препятствия, см; δ – деформация шины под нагрузкой, см.

Ограничение проезжаемости волоков наличием внешних непреодолимых неровностей порогового типа или глубоких, близких к величине дорожного просвета машины рытвин, колей и т.п. может иметь место лишь при неудовлетворительном содержании волока, чего нельзя допускать.

Полученные зависимости характеризуют влияние физико-механических свойств грунта и его состояния (влажности) на величину сцепления ведущих колес машин с ездовой поверхностью и позволяют установить оптимальные значения среднего удельного давления колеса трелевочно-транспортной системы, диаметра колеса и, следовательно, величины pD, характеризующей воздействие системы на ездовую поверхность, а также минимальный радиус проходимости и другие характеристики.

Библиографическая ссылка