close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Методы прогнозирования и повышения проходимости колесных лесных машин

код для вставкиСкачать
на правах рукописи
ХАХИНА Анна Михайловна
МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ
ПРОХОДИМОСТИ КОЛЕСНЫХ ЛЕСНЫХ МАШИН
05.21.01 – «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Архангельск
2018
Работа выполнена в Федеральном государственном автономном
образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский
политехнический университет Петра Великого»
Научный консультант
Официальные
оппоненты
Ведущая организация
Григорьев
Игорь
Владиславович,
доктор
технических наук, профессор
Галактионов Олег Николаевич
доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВО
«Петрозаводский государственный университет»,
кафедра технологии и организации лесного
комплекса, заведующий кафедрой
Иванов Николай Алексеевич
доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВО
«Тихоокеанский государственный университет»,
кафедра технической эксплуатации и сервиса
транспортно-технологических машин, профессор
Козлов Вячеслав Геннадиевич
доктор технических наук, ФГБОУ ВО «Воронежский
государственный
аграрный
университет
им.
императора Петра I», кафедра эксплуатации
транспортных и технологических машин, доцент
Федеральное
государственное
бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Братский государственный университет»
Защита диссертации состоится 26 июня 2018 г. в __ часов на заседании
диссертационного совета Д 212.008.01, созданного на базе ФГАОУ ВО «Северный
(Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», по адресу:
163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, ауд. 1220.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте университета
www.narfu.ru.
Автореферат разослан «___» __________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, к.т.н.
Т.В. Тюрикова
2
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Проходимость – то есть способность
двигаться по деформируемым опорным поверхностям и преодолевать препятствия
– одна из важнейших характеристик движения трелевочной машины по лесосеке.
Проблема прогнозирования и повышения проходимости колесной трелевочной
техники до сих пор актуальна для лесозаготовительного производства. Это
отмечается ведущими отечественными и зарубежными учеными, утверждение
неоднократно высказывалось в научных статьях и диссертационных
исследованиях по тематике повышения эффективности трелевки.
Отечественные ученые внесли колоссальный вклад в теорию движения
колесных транспортных средств условиях бездорожья. Проблематике
проходимости колесной трелевочной техники посвящены научные труды Г.М.
Анисимова, Ю.Ю. Герасимова, Э.Ф. Герца, И.В. Григорьева, В.А. Иванова, В.М.
Котикова, В.Г. Кочегарова, А.М. Кочнева, В.К. Курьянова, В.А. Макуева, В.Н.
Меньшикова, А.И. Никифоровой, Ф.В. Пошарникова, П.Б. Рябухина, В.С. Сюнева,
И.Р. Шегельмана, Ю.А. Ширнина и многих других.
Несмотря на накопленный опыт, обширные теоретические разработки и
экспериментальные исследования, до настоящего времени ряд важных вопросов,
формирующих проблематику исследования проходимости, не получил
законченного научного описания.
Центральное место здесь занимают вопросы моделирования взаимодействия
пневмоколеса с деформируемым почвогрунтом. Теоретическую основу
моделирования составляют зависимости, следующие из положений механики
деформируемых сред – области, в которой задействован сложнейший
математический аппарат, где получение решения, пригодного для практического
использования, для одно лишь частного случая может превратиться в отдельную
трудоемкую задачу. Ученые в технических науках и по сей день зачастую идут на
существенные упрощения, пренебрегая рядом явлений, с целью получить
сведения, способствующие формированию базы для дальнейших разработок.
Например, получены решения задач о вдавливании штампов-движителей в
однородные грунтовые массивы, подтвержденные экспериментом, но до
настоящего времени практически не проработаны вопросы взаимодействия
штампов-движителей с неоднородными массивами грунта. Созданы теоретические
модели, описывающие процесс колееобразования и, в ряде случаев,
прогнозирующие тягово-сцепные свойства движителя при проходе по целинному
грунту, также подтвержденные практикой, но не развит в должной мере
теоретический аппарат для прогноза развития колеи и изменения тягово-сцепных
свойств движителя при многократном прохождении по трассе движения.
Вторую часть проблемы, на наш взгляд, составляет изменчивость и
вариативность свойств поверхностей движения лесных машин. Эта часть, в свою
очередь, делится на две области. Первая область, которая также далека от
3
завершения, связана с накоплением, систематизацией и анализом сведений о
физико-механических свойствах опорных поверхностей и их взаимосвязях. Вторая
область связана с составлением почвенно-грунтовой картины трассы движения,
поскольку для практического использования научных результатов в области
проходимости следует располагать сведениями о физико-механических свойствах
опорной поверхности. Можно заключить, что необходимость сбора множества
полевых данных существенно усложняет применение рекомендаций, следующих
из научных разработок.
При этом отметим, что предприятия, выпускающие трелевочную технику,
конкурируют в условиях рынка. С целью привлечь потребителя, компании
стремятся к выпуску крупногабаритных машин с высокой грузоподъемностью,
мощностью двигателя, массой. Можно настаивать на том, что наметилась стойкая
тенденция к выпуску большего числа образцов высокоэнергонасыщенной
техники, относящейся к классу тяжелых машин. При этом отечественные ученые
уже отмечали, что подобный подход далеко не всегда ведет к повышению
технологических показателей процесса трелевки. В ряде случаев потребители,
ориентируясь на сведения производителей техники, сталкиваются с
невозможностью эксплуатировать технику в своих природно-производственных
условиях по причине потери ей проходимости. В этой связи остро проявляется
недостаток сведений о взаимодействии движителей с грунтом, объединенных в
единую систему, способствующую принятию рациональных практических
решений. Таким образом, вопрос прогнозирования тягово-сцепных свойств
трелевочных машин в широком спектре почвенно-грунтовых условий приобретает
особую актуальность для практики.
Важным является и то обстоятельство, что, с развитием научного описания
влияния различных факторов, относящихся как к технике, так и к окружающей
среде, расширяются возможности для проектирования новых образцов техники,
более пригодных для эксплуатации в специфических условиях лесосек. Анализ
влияния таких параметров, как, например, соотношения высоты и ширины шины,
внутреннего давления, насыщенности протектора и т.д., на проходимость
колесных трелевочных машин позволит выявить направления дальнейшего
совершенствования движителей, облегчит конструкторам решение задач в области
проектирования.
Ввиду изложенного, полагаем, что выбранная тематика исследования
актуальна как для теории, так и для практики лесозаготовительного производства.
Цель работы – повышение проходимости колесных лесных машин на
основе дальнейших разработок:
 теоретического аппарата в области воздействия штампов-движителей на
деформируемые массивы грунта и лесного почвогрунта;
 в области исследования физико-механических свойств почвенно-грунтовых
поверхностей лесосек;
4
 в области системного подхода к прогнозированию показателей
взаимодействия движителей трелевочных машин с опорными поверхностями.
Степень разработанности темы исследования. В области исследования
проходимости колесных машин отечественные ученые придерживаются двух
основных подходов. В первом случае разработки строятся на зависимости
Бернштейна-Летошнева для связи давления и деформации опорной поверхности.
На этой базе составлены и успешно реализованы схемы для решения проблем в
области динамики трелевочных систем, однако уравнения состояния почвогрунта
получены для случая воздействия жесткого недеформируемого штампа, а
параметры грунта необходимо определять экспериментально по результатам
трудоемких опытов, методика которых до сих пор не приведена к единому виду.
Ориентированность методологии на определение интегральных показателей
взаимодействия штампа с почвогрунтом сужает область применения подхода. Во
втором случае методика базируется на положениях механики грунтов,
обеспечивается возможность модификации и уточнения получаемых моделей за
счет замены входящих в них отдельных формул, движитель характеризуется
практически всеми основными параметрами – нагрузка, геометрические
параметры шины и её протектора, жесткость движителя и внутренне давление в
камере шины. Однако большое число факторов, включаемых в математические
модели, а также структура уравнений, образующих эти модели, обуславливают
возникновение проблем вычислительного характера. До настоящего времени не
разработаны унифицированные модели и методики оценки проходимости
колесных лесных машин с учетом наиболее существенных факторов в сумме даже
на однородных опорных поверхностях. За рубежом сложился подход к
моделированию взаимодействия трелевочных машин с грунтом, основанный,
главным образом, на экспериментальных данных. Главным и, зачастую,
единственным показателем, который характеризует грунт, является конусный
индекс (значение давления на наконечнике конического индентора, при котором
индентор погружается в грунт на определенную глубину). В распространенных
зарубежных моделях учтены далеко не все важные характеристики процесса
взаимодействия движителя с опорной поверхностью, такие как жесткость
движителя, наклон трассы движения, неоднородность грунта.
Задачи исследования:
 Исследовать тенденции изменения эксплуатационных характеристик
колесных трелевочных машин и получить математические модели, выражающие
взаимосвязи характеристик техники.
 Выполнить эксперименты и получить зависимости, описывающие физикомеханические свойства лесных почвогрунтов с учетом пористости и
консистенции.
 Выполнить эксперименты и получить дополнительные сведения о
реологических свойствах лесных почвогрунтов.
5
 Проанализировать изменение свойств минеральных и почвенно-грунтовых
опорных поверхностей при уплотнении, получить аналитические зависимости
изменения физико-механических свойств грунтов различной консистенции.
 Исследовать и аналитически описать взаимосвязи физико-механических
свойств опорных поверхностей движения лесных машин с показателями,
определяемыми зондированием в полевых условиях.
 Разработать метод расчета параметров взаимодействия штампа-движителя с
неоднородной опорной поверхностью с учетом её переменных деформативных
свойств.
 Разработать математические модели, предназначенные для расчета
показателей проходимости колесного движителя на неоднородной опорной
поверхности с учетом различных факторов, относящихся к движителю и грунту.
 Разработать методику и математические модели, предназначенные для
расчета показателей циклического взаимодействия колесного движителя с
опорной поверхностью с учетом изменения свойств опорной поверхности.
 Проанализировать и дать математическое описание показателей,
характеризующих
проходимость
колесных
машин
при
циклическом
взаимодействии с опорными поверхностями.
 Разработать комплексную методику полевой оценки свойств опорных
поверхностей, определяющих проходимость колесных трелевочных машин.
Научная новизна. Разработанные и исследованные математические модели
циклического взаимодействия колесных движителей лесных машин с
неоднородными опорными поверхностями, позволяющие проводить оценку
влияния параметров движителей на показатели взаимодействия с грунтами и
проходимость лесных машин при варьировании физико-механических свойств,
плотности и консистенции грунта, дают возможность прогнозировать
проходимость техники в условиях лесосек и формулировать рекомендации по её
повышению.
Теоретическая
значимость
работы.
Полученные
зависимости,
описывающие взаимосвязи физико-механических свойств опорных поверхностей
и закономерности их изменения с учетом консистенции грунта и уплотнения,
развивают научное описание условий работы лесных машин. Разработанные
математические модели, включающие в себя новые подходы к описанию
воздействия движителей на неоднородные опорные поверхности, расчету
показателей циклического воздействия движителей на грунты и проходимости,
дополняют и развивают теорию движения колесных лесных машин.
Практическая значимость работы. Полученные зависимости и методики
позволяют в полевых условиях оперативно получать данные, необходимые для
прогноза показателей взаимодействия движителей с грунтами и проходимости.
6
Предлагаемые результаты позволяют прогнозировать влияние параметров
движителей на показатели циклического взаимодействия движителей с опорными
поверхностями и проходимости колесных лесных машин.
Математические модели, методики и программы, а также рекомендации
позволяют обоснованно подходить к выбору эксплуатационных параметров
колесных трелевочных машин, при которых обеспечиваются требуемые
показатели проходимости машин при работе на местности.
Положения, выносимые на защиту:
 Результаты исследования закономерностей развития и изменения
эксплуатационных свойств колесных лесных машин.
 Математические
модели,
устанавливающие
взаимосвязи
физикомеханических свойств опорных поверхностей различной плотности и
консистенции.
 Результаты исследования реологических свойств лесного почвогрунта.
 Зависимости для полевого определения свойств опорной поверхности,
необходимых для прогноза проходимости колесных лесных машин.
 Методика расчета показателей взаимодействия штампа-движителя с
неоднородной опорной поверхностью.
 Математические модели, позволяющие прогнозировать показатели
циклического взаимодействия движителей колесных лесных машин с
неоднородным опорными поверхностями.
 Результаты вычислительного эксперимента по исследованию влияния
параметров колесных движителей на показатели их взаимодействия с различными
грунтами.
 Математические модели и результаты вычислительного эксперимента,
прогнозирующие проходимость колесных трелевочных машин на местности.
Методология и методы исследования. Теоретической базой исследования
являются положения механики грунтов и теории движения вездеходных колесных
машин. При решении задач использованы методы математического анализа и
прикладной математики – вычислительный эксперимент, численные методы
решения уравнений, аппроксимация численных данных. При проведении
экспериментальных исследований использованы положения теории планирования
эксперимента и методы статистической обработки опытных данных.
Степень достоверности результатов исследования. Достоверность
результатов исследования обеспечивается использованием современных средств
научного проникновения, лицензионного программного обеспечения на всех
этапах исследования, качественным и количественным согласованием результатов
теоретических и экспериментальных исследований, в известных случаях –
удовлетворительными результатами сопоставления авторских разработок с
данными независимых исследователей.
7
Соответствие диссертации паспортам научных специальностей.
Диссертация соответствует пункту 2 паспорта специальности 05.21.01, поскольку
ее результаты развивают теорию воздействия техники и технологий на лесную
среду в процессе заготовки древесного сырья, пункту 4, поскольку выполнено
исследование условий функционирования колесных лесных машин, пункту 5, так
как результаты позволяют обосновать и оптимизировать параметры и режимы
работы лесозаготовительных машин.
Апробация результатов. Положения работы докладывались и обсуждались
на Второй Всероссийской научно-практической конференции с международным
участием, посвященной 65-летию высшего лесного образования в Республике
Карелия
(Петрозаводск,
2016),
международных
научно-технических
конференциях «Леса России: политика, промышленность, наука, образование»
(Санкт-Петербург, 2016-2017), международной научно-технической конференции
«Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика»
(Воронеж, 2013 – 2016), Международном научно-практическом форуме
«Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2013).
всероссийской научно-практической конференции «Проблемно-ориентированные
исследования процессов инновационного развития региона» (Петрозаводск, 2013),
международных научно-технических интернет – конференциях «ЛЕСА РОССИИ
В XXI ВЕКЕ» (Санкт-Петербург, 2012 – 2015), международной научнотехнической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития
лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2013).
По результатам исследования опубликовано 16 печатных работ в ведущих
рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, всего опубликовано 35
печатных работ, 1 монография, получено 2 патента РФ на полезную модель.
Сведения о структуре работы. Результаты исследования изложены в
диссертации объемом 287 страниц, состоящей из введения, 6 глав, заключения с
основными выводами, рекомендациями и анализом результатов, списка
литературы (450 источников), 5 приложений. Основной текст работы содержит
111 рисунков, 85 таблиц.
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
В главе рассмотрены и проанализированы три основных направления в
научном описании взаимодействия колесных движителей с опорными
поверхностями:
- зарубежные эмпирические модели на основе полевых данных;
- разработки на основе зависимости Бернштейна-Летошнева для напряжения и
деформации опорной поверхности;
- разработки на основе решения задачи механики грунтов о вдавливании штампадвижителя в деформируемое основание.
Зарубежные модели. За рубежом сложился подход к моделированию
взаимодействия трелевочных машин с грунтом, основанный, главным образом, на
8
экспериментальных данных (WES-метод). Главным и, зачастую, единственным
показателем, который характеризует грунт, является конусный индекс CI (cone
index). Конусный индекс представляет собой значение давления на наконечнике
конического индентора (пенетрометра), при котором индентор погружается в
грунт на определенную глубину. Процедура замера конусного индекса
регламентирована стандартом ISO, как и параметры пенетрометра. Участок, на
котором работает техника, например, трелевочный волок, исследуют при помощи
пенетрометра, определяют значения конусного индекса грунта в нескольких
точках. Далее сопоставляют результаты воздействия движителя (как правило,
глубину колеи h, реже – уплотнение грунта), показатели работы движителя
(коэффициент сопротивления движению μR, коэффициент сцепления μR,
коэффициент тяги μP) и характеристики движителя, такие как ширина колеса B,
диаметр колеса D, нагрузка на колесо GW, высота шины HT, радиальная
деформация шины hZ. В результате получают т.н. WES-модели, представляющие
собой нечто близкое к регрессионным уравнениям.
Для расчета глубины колеи, образующейся под воздействием колесного
движителя, известны следующие модели:
h  0,003 
h
0,38
N CC
0,328
N CI
h  0,005 
0,142
D
N CI0,83
0,13
h  0 ,88  D
NM
0,432
h  0 , 79  D
CN
0,108
h  0, 76  D
N CI
h
(1)
(2)
1,212
NC
(3)

0,287 
  D (4)
h   0,003 
N

CC 

0,248 
  D (5)
h    0,001 
N

CI 
(6)
(7)
(8)
(9)
Наиболее распространенные WES-модели, предложенные для оценки
тягово-сцепных свойств движителей колесных машин:


0,2
1,2
 R  0,04 
  R  0,07  N

NC
CI


0
,
27

T  0,75  1  exp 0,3N C S 
(10)    0,63 
(11)

T
N CI



1,2 








0
,
75

1

exp

0
,
3
N
S

0
,
04

 P
  0,56  0,47
C

N C 


 P

9
N CI
0,287



0
,
049

R

N CI

   0,796  0,92   1  exp S  4,838  0,061N  
CI
 T 
N CI 

0,287

 0,049 
N CI



0,92 
  1  exp S  4,838  0,061N CI 
  P   0,796 
N CI 


1
0,05S




0
,
04

R

NB
N B0 , 5

T  0,88  1  exp 0,1N B   1  exp 7,5S   0,04
   0,88  1  exp 0,1N   1  exp 7,5S  
P
B

 1
0,05S 





0,5 
N

N
 B

B


 G  0,22
 R  0,1   W  
 0,20

W
N


R
C


 GW 








0
,
47

1

exp

0
,
2
N
S

0
,
28

C
 T

 WR 

 P  0,47  1  exp 0,2 N C S   0,28   GW  
W 

 R



 G  0,22

   0,1   W  
 0,20 

 WR  N C


(13)
(14)

0,453
 R  0,017 

N CI

3,2
0,453


T  0,817 
N CI  1,91
N CI

3,2



0
,
8

P

N CI  1,91

где WR – номинальная нагрузка на колесо, S – коэффициент буксования.
В формулах использованы вспомогательные коэффициенты:
CI  B  D N  CI  B  D hZ N  CI  B  D  hZ  1
NC 
CI
CC
GW
HT 1  B
GW
HT
GW
2D
10
(12)
(15)
h 

1  5 Z 
CI  B  D
HT 
NM 
 hZ0, 4 N B  CI  B  D  
(16)

B 
GW
GW
 1 3 D 


Отметим, что учтены далеко не все важные характеристики процесса
взаимодействия движителя с грунтом. Жесткость движителя учитывается
косвенно введением в формулы значения относительной радиальной деформации
колеса, значение этой величины относится к исходным данным при расчете.
Наклон трассы движения в известных WES-моделях не учитывается.
WES-модели (1) – (15) использованы в нашем исследовании как
независимый источник для точечной проверки результатов теоретических
разработок по исследованию параметров проходимости движителя.
Отечественные модели. В работах отечественных ученых представлены,
главным образом, два подхода, отличающиеся способом определения связи
напряжение-деформация грунта под воздействием движителя.
Первый из них основан на эмпирических и экспериментальных
зависимостях связи напряжения и осадки штампа-движителя, по структуре
подобных формуле Бернштейна-Летошнева. Подробный анализ поведения грунта
под нагрузкой отходит на второй план, так как исходные положения подхода
предполагают получение только интегральных показателей процесса
деформирования грунта.
Рассмотренный подход позволил получить важнейшие результаты в области
моделирования взаимодействия трелевочных машин с почвогрунтами. Расчетные
зависимости позволяют сравнительно быстро получить интегральные показатели
взаимодействия движителя с опорной поверхностью, не прибегая к
использованию трудоемких вычислений, необходимых для решения большинства
задач механики грунтов. Благодаря этому, на основе рассмотренного подхода,
например, составлены и успешно реализованы схемы для решения проблем в
области динамики трелевочных систем.
Тем не менее, важно заметить, что уравнения состояния почвогрунта
получены для случая воздействия жесткого недеформируемого штампа, причем
параметры пятна контакта принимаются в качестве исходных данных. Помимо
этого, параметры грунта необходимо определять экспериментально по
результатам трудоемких опытов, методика которых у различных исследователей
разнится и до сих пор не приведена к единому виду.
В середине XX века в отечественной научной школе стал применяться
подход, основанный на решении задачи механики грунтов о вдавливании штампадеформатора в упругое полупространство. На его базе в лесной науке к
настоящему времени решены актуальные и трудоемкие, но лишь частные задачи в
области проходимости трелевочных машин.
0 ,8
0 ,8
11
Важно, что обеспечивается возможность модификации и уточнения
получаемых моделей за счет замены входящих в них отдельных формул, не
требующая изменения общей структуры математических моделей.
Движитель характеризуется практически всеми основными параметрами –
нагрузка, геометрические параметры шины и её протектора, жесткость движителя
и внутренне давление в камере шины.
В качестве характеристик грунта используются параметры, имеющие строго
определенный физический смысл – модуль деформации, удельное сцепление, угол
внутреннего трения, модуль сдвига, удельный вес, коэффициент Пуассона,
толщина деформируемого слоя. Методики определения этих величин
апробированы и стандартизованы.
Однако, большое число факторов, включаемых в математические модели, а
также структура уравнений, образующих эти модели, обуславливают
возникновение проблем вычислительного характера. До настоящего времени не
разработаны унифицированные модели и методики оценки проходимости
колесных лесных машин с учетом наиболее существенных факторов в сумме даже
на однородных опорных поверхностях. В случае, если в базовых зависимостях для
осадки штампа учесть переменный характер физико-механических свойств грунта,
проблема моделирования осложнится ещё больше. Тем не менее, можем
настаивать на необходимости подобного усложнения – ведь лесные машины
взаимодействуют с неоднородными опорными поверхностями, свойства которых
меняются и в процессе работы машин под циклическим воздействием движителей.
Физико-механические свойства опорных поверхностей. Отдельный класс
вопросов формируют условия, в которых работают колесные лесные машин.
Многообразие и вариативность физико-механических свойств опорных
поверхностей движения лесных машин общеизвестны. Тем не менее, к
настоящему времени выработаны подходы к их систематизации, получены
важные для практики соотношения, устанавливающие взаимосвязи физикомеханических свойств минеральных грунтов и лесных почвогрунтов.
Для приближенной оценки модуля деформации E [МПа], внутреннего
сцепления C [кПа] и угла внутреннего трения φ [o], модуля сдвига G [МПа]
связных минеральных грунтов в МГТУ им. Баумана получены следующие общие
формулы:
E   AaE  BaE I L   e  A  B I 
(17)
bE
C   AaC  BaC I L   e  A
bE L
bC  BbC I L
  Aa  Ba I L  e
5E
G
2  1  
 Ab  Bb I L 
12

(18)
(19)
(20)
где AaE, BaE, AbE, BbE, AaС, BaС, AbС, BbС, Aaφ, Baφ, Abφ, Bbφ – числовые коэффициенты
(таблица 1), IL – показатель текучести, характеризующий консистенцию грунта, e –
коэффициент пористости грунта, ν – коэффициент Пуассона грунта.
Таблица 1 – Коэффициенты для расчёта угла внутреннего трения
Тип грунта
Abφ
Bbφ
AbC
BbC
AbE
Супесь
Суглинок
Глина
–0,390
–0,315
–0,204
–0,250
–0,722
–2,506
–1,475
–1,204
–1,136
–1,118
–0,647
–0,220
–1,524
–1,403
–0,969
BbE
–0,974
–1,089
–1,975
В лесоинженерном деле была разработана и апробирована собственная
классификация лесных почвогрунтов. Установлены характерные сочетания
физико-механических свойств почвогрунтов и предложена их классификация
(таблица 2).
Таблица 2 - Классификация лесных почвогрунтов
Категории почвогрунта
Параметры
III (слабый)
II (нормальный)
I (прочный)
Е, МПа
0,4
1
3
С, кПа
5
12
24
о
φ,
11
15
16
Н, м
0,8
0,4
0,3
Влажность и состав почвогрунта в классификации напряпрямую не
учитываются, однако влияние этих показателей учитывается косвенно через
значения обозначенных в таблице физико-механических свойств.
Заметим, что трелёвочная техника работает и на слабонесущих
заболоченных грунтах. Ранее установлены тесные связи C [кПа], φ [o], G [МПа], γ
[кН/м3] с E [МПа]:
(21)
C  30,207 E  1,8805 (R2 = 0,8663)
2
(22)
  5,8276 ln E  18,501 (R = 0,7217)
(23)
G  0,7039E  0,2858 (R2 = 0,8024)
2
(24)
  2,2697 E  6,4981 (R = 0,2125)
2. РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ДВИЖЕНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН
Оценка физико-механических свойств грунтовых поверхностей при
помощи зондирования. В разделе составлены математические модели для
прогнозирования физико-механических свойств различных типов грунта по
конусному индексу и проведена их верификация с использованием результатов
независимых исследователей.
Расчетная схема к решению задачи о вдавливания конического индентора в
полупространство представлена на рисунке 1.
13
Рисунок 1 – Расчетная схема процесса вдавливания конусного пенетрометра в грунт
Аналитическое выражение для расчёта конусного индекса известно:
24G m tan   tan  1  sin   tan 
CI  C cot    2 2
d  m  2m  33  sin   tan 3 
  C  Z  L   tan 
3 m
 C  Z   tan 
4 sin 
m 
31  sin  
2 m
(25)
 C  Z  3L  Lm   tan 
где d – диаметр основания конуса, L – длина конической части пенетрометра, Z –
расстояние от поверхности грунта до начала конической части прибора, α – угол
при вершине конуса.
Ранее формула (25) частично верифицирована для некоторых типов глин и
суглинков, лесных почвогрунтов и слабонесущих заболоченных грунтов.
Для каждого из трёх типов грунтов (супесь, суглинок, глина) сгенерированы
серии случайных значений коэффициента пористости и показателя консистенции.
Далее, для этих же значений, рассчитаны E, C, φ, G, CI по формулам (17) – (20),
(25), соответственно. Геометрические параметры стандартных ручных конусных
пенетрометров, значения которых использованы при расчётах: L = 31 мм, d = 35,7
мм, α = 30 о. После этого при помощи метода наименьших квадратов полученные
значения E выражены через расчётные значения CI. Результаты аппроксимации
представлены в таблице 3.
Кроме того, проведены вычисления CI при варьировании E с шагом 0,25
МПа в пределах от 0 до 3 МПа для лесного почвогрунта и от 0 до 2 МПа для
заболоченного грунта. Результаты расчётов также обработаны при помощи метода
наименьших квадратов и представлены в таблице 3.
14
Таблица 3 – Формулы для расчёта модуля деформации по величине конусного индекса
E, МПа
E, МПа
Тип поверхности:
Формула МНК:
R2
Супесь
(26) 0,8991
E  12,151  5,240 ln CI
Суглинок
(27) 0,8267
E  8,914  5,019 ln CI
Глина
(28) 0,9832
E  7,583  7,521ln CI
Лесной почвогрунт
(29) 0,9993
E  2,4713CI
Заболоченный грунт
(30) 0,9987
E  1,1315CI
Формулы таблицы 3 проиллюстрированы графиками на рисунках 2 и 3.
25
14
12
20
10
15
8
6
10
4
5
2
0
0
0
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
CI, МПа
CI, МПа
Супесь
Суглинок
Лесной почвогрунт
Глина
Заболоченный грунт
Рисунок 2 – Зависимости модуля
деформации супеси, суглинка и глины от
конусного индекса
Рисунок 3 – Зависимости модуля
деформации лесного почвогрунта и
заболоченного грунта от конусного индекса
Сопоставление полученных результатов с данными, полученными
предыдущими исследователями, показало, что предлагаемые зависимости
согласуются со справочными данными.
Для получения формул, описывающих изменение свойств грунтов при
уплотнении, выполнены расчеты оценок физико-механических свойств
минеральных грунтов при варьировании коэффициента пористости и показателя
консистенции. По результатам аппроксимации расчетных данных получены
линейные выражения для оценки относительных изменений свойств минеральных
грунтов при уплотнении ξ:
ER  0,483   AbE  BbE I L     1  1
(31)
CR  0,483   AbC  BbC I L     1  1
R  0,483  Ab  Bb I L    1  1
15
(32)
(33)
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ЛЕСНОГО
ПОЧВОГРУНТА
Релаксационные свойства лесного почвогрунта. В опытах исследованы
релаксационные свойства 96 образцов лесного почвогрунта различной влажности
и температуры. Влажность образцов изменялась в пределах 30–60 %, температура
образцов составляла 5–25 оС. Для всех образцов параллельно с реологическим
параметром, характеризующим релаксацию напряжений, параллельно определяли
модуль деформации, угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль
сдвига. Обработка опытных данных позволила установить следующую формулу,
связывающую время релаксации напряжений почвогрунта и его физикомеханические свойства (R2 = 0,8660):
(34)
t p  0,039W 1, 42T 0, 27 E 0, 21
где W – влажность почвогрунта в [%], T – температура в [оC], E – модуль
деформации в [МПа].
Время релаксации напряжений увеличивается по мере увеличения
влажности и уменьшается с увеличением модуля деформации и температуры.
Таким образом, деформации сжатия быстрее развиваются у почвогрунтов с низкой
влажностью и сравнительно высоким модулем деформации и температурой.
Формула (34) далее использована при расчете коэффициента динамичности
при моделировании взаимодействия движителя с почвогрунтом.
Взаимосвязи и изменение свойств лесного почвогрунта при уплотнении.
По результатам обработки опытных данных получены зависимости, связывающие
коэффициент пористости и показатель консистенции лесного почвогрунта.
Зависимость для расчета E [МПа], C [кПа], φ [o], G [МПа], CI [МПа] имеют вид:
C  12,066E 0,8159 ( R2 = 0,9659)
(35)
0 , 8980 ,123I
C  21,6  8,26I L   e
(R2 = 0,9331)
(36)
L
  16,0  1,41I L   e0, 2030,0113I (R2 = 0,8771):
G  5,12  1,89I L   e1,390,0496I (R2 = 0,9385)
CI  1,03  0,517 I L   e 1,110,0797I (R2 = 0,8952):
L
(37)
L
(38)
(39)
Путем аппроксимации расчетных данных, полученных при варьировании
коэффициента пористости в уравнениях (35) – (39), получены линейные
зависимости для изменения физико-механических свойств лесного почвогрунта
при уплотнении:
(40)
ER  0,599  0,151I L     1  1
(41)
CR  0,434  0,0594I L     1  1
R  0,098  0,00546I L     1  1
(42)
GR  0,671  0,024I L     1  1
(43)
L
16
(44)
CI R  0,536  0,0385I L     1  1
По результатам обработки опытных и расчетных данных дополнительно
установлены связи физико-механических свойств почвогрунта с модулем
деформации:
C  12,066E 0,8159 (R2 = 0,8149)
(45)
0 ,1816
2
(R = 0,8471)
(46)
  14,078E
(47)
G  2,0893E1,1371 (R2 = 0,9763)
(48)
CI  0,5004E (R2 = 0,8756)
и конусным индексом:
(49)
E  1,961CI (R2 = 0,8727)
(50)
C  18,116  3,0203CI (R2 = 0,9361)
2
(51)
  3,8847  12,049CI (R = 0,9296):
(52)
G  4,4207CI (R2 = 0,9227)
4. ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК
КОЛЁСНЫХ ЛЕСНЫХ МАШИН
Как отмечено во введении, современные компании стремятся к выпуску
крупногабаритных машин с высокой грузоподъемностью, мощностью двигателя,
массой. Для подтверждения этого утверждения выполнен анализ сведений о
характеристиках
колесных
лесных
машин.
Использованы
сведения
производителей техники за 2007 и 2017 годы. В частности, установлено, что к
2017 году средняя масса форвардеров составила 17,52 т, что выше аналогичного
показателя, полученного к 2007 году, на 27 %. Средняя мощность двигателя
увеличилась на 37 % и составила 155,77 кВт. Средняя грузоподъёмность
форвардеров к 2017 году составила 14,09 т, что выше показателя, полученного к
2007 году, на 19 %. Колея современных форвардеров в среднем составляет 2,82 м,
что на 36 % больше, чем в 2007 году. Возросло на 73 % среднее значение
подъёмного момента манипулятора, составившее 122,77 кН∙м, на 12 % увеличился
вылет манипулятора – до 8,6 м. Практически все лесные машины, порядка 87 %,
представленные на рынке к 2017 году, относятся к тяжёлому классу (рисунок 4).
Уменьшается доля образцов техники, относящейся к малому и среднему классу
энергонасыщенности, при этом растёт доля машин в большом и особо большом
классе (рисунок 5).
17
42.4
18.6
Относительная частота, %
Относительная частота, %
86.9
39
13.1
0
Лёгкий
Средний Тяжёлый
Класс машины по массе
2017
2007
Рисунок 4 – Распределение лесных
машин по классам массы
67.3
58.1
28.2
17.313.7
14.4
1 0
Малый
Средний Большой
Особо
большой
Класс энергонасыщенности
2017
2007
Рисунок 5 – Распределение лесных машин по
классам энергонасыщенности
Характеристики лесных машин коррелируют между собой. Для чокерных
трелёвочных тракторов получены следующие уравнения:
(53)
N  7,2581M  27,559 (R2=0,8792)
(54)
BS  0,0769M  2,3384 (R2=0,8527)
2
(R =0,7542)
(55)
R  0,0787M  1,3753
Для тракторов с пачковым захватом получены следующие уравнения:
(R2=0,8481)
(56)
N  9,2693M  2,423
2
(57)
BS  0,1266M  1,7299 (R =0,7497)
(58)
GA  0,1025M  0,268 (R2=0,7199)
Для форвардеров следующие уравнения:
(59)
N  9,0587M  6,7349 (R2=0,7991)
2
(R =0,7569)
(60)
L  0,801M  0,3902
2
(61)
BS  0,1091M  3,4019 (R =0,5439)
2
(R =0,5250)
(62)
R  0,0834M  1,1554
2
(63)
LM  8,6171M  37,485 (R =0,7598)
где N – мощность двигателя [кВт], M – масса машины [т]; BS – колёсная база [м];
R – колея [м]; GA – площадь раскрытия захвата [м2]; L – грузоподъёмность [т]; LM
– подъемный момент манипулятора [кН∙м].
Формулы (53) – (63) использованы при составлении программы для
автоматизированного прогноза проходимости трелёвочных машин.
18
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВДАВЛИВАНИЯ ШТАМПА-ДЕФОРМАТОРА
В МАССИВ ГРУНТА
Опишем взаимодействие движителя с опорной поверхностью моделью
вдавливания штампа (движителя) в деформируемую среду (опорную
поверхность). В главе получены формулы для расчета осадки штампадеформатора.
Вдавливание штампа в однородное полупространство. Расчётная схема,
использованная при решении, представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Схема к решению задачи о вдавливании штампа в упругое
полупространство
Сопротивление среды описывают модулем общей деформации E:

(64)
E

где σ – нормальное напряжение, ε – относительная деформация сжатия массива.
Закон распределения напряжения σ по глубине массива принят с учётом
затухания:

Jp
2
1 z
ab
 
(65)
где J – параметр, зависящий от геометрических параметров штампа, z –
вертикальная координата, отсчитываемая от поверхности среды, p – давление,
сообщаемое штампом, a – параметр, учитывающий толщину деформируемого
слоя среды, b – ширина штампа.
Сжатие элементарного слоя среды, начальная толщина которого составляла
z0, определим по формуле:
dhL  dz0
(66)
Толщину элементарного слоя в сжатом состоянии определим по формуле:
dz  1   dz0
(67)
Из уравнений (64), (66), (67) следует, что:
19

dhL 
dz
E 
При этом суммарная деформация сжатия среды найдется по формуле:
hL 
(68)
H  hL
 dh
L
(69)
0
После интегрирования выражения (69) получим:
 E H  hL  

Jpab arctan
ab E E  Jp  

hL 
E E  Jp 
(70)
Вдавливание штампа в полупространство с переменным модулем
деформации. Вначале рассмотрен случай вдавливания штампа в массив с
переменным модулем деформации, изменяющимся по линейному закону:
E  a0  a1 z
(71)
где a0, a1 – коэффициенты линейной функции (исходные данные).
Суммарную деформацию сжатия среды определим по формуле (69) с учетом
выражения (71), тогда:
hL 
H  hL

0
ab
2
Jp
dz
ab a0  a1 z  Jp   a1 z 3  a0 z 2
2
(72)
Интегрирование правой части формулы (72) приводит к получению
громоздкого выражения, не удобного ни для анализа, ни для практического
использования.
Для исследования численного решения уравнения (72) в программе Maple
2015 сгенерирован ряд случайных комбинаций двух значений модуля
деформации: непосредственно на поверхности грунта – E1 и на глубине, равной
толщине деформируемого слоя – E2. Также случайным образом сгенерированы
значения толщины деформируемого слоя H. Все три величины распределены по
закону равной плотности в пределах от 0,5 до 5 МПа для модулей и от 0,3 до 0,8 м
для H. По полученным числовым значениям рассчитаны коэффициенты a0, a1
функции (71):
 a0  E1

a  E2  E1
1


H
(73)
Уравнение (72) решено численно относительно hL для каждого сочетания E1,
E2, H. Найденные значения hL подставлены в уравнение (70), которое решается
уже относительно E. Таким образом, получаем модуль деформации однородного
массива грунта, для которого осадка штампа hL при прочих равных будет
соответствовать осадке штампа при воздействии на неоднородный массив.
20
Обработка результатов расчета позволила установить
эквивалентного модуля деформации от a0, a1, H (R2 = 0,9773):
зависимость
Eэкв  0,95a0  0,45a1 H
(74)
Таким образом, при линейном характере изменения модуля деформации
грунта по глубине массива, осадку штампа определим по формуле (70), в которой
модуль деформации рассчитывается по формуле (74).
Аналогично проработан случай вдавливания штампа в массив с переменным
модулем деформации, изменяющимся по квадратичному закону:
E  b0  b1 z  b2 z 2
(75)
где b0, b1, b2 – коэффициенты полиномиальной функции второго порядка, а
суммарная деформация сжатия массива определим по формуле (69) с учетом (75):
hL 
H  hL

0
ab Jp
  ab b
2
z 2 b0  b1 z  b2 z 2
2
0
 b1 z  b2 z 2  Jp 
dz
(76)
коэффициенты b0, b1, b2 функции (75) рассчитаны по трём случайным значениям
E:

b0  E1


3E1  4 E2  E3
(77)
 b1  
H

b2  2  E1  2 E2  E3 

H2
Обработка результатов расчета позволила установить зависимость
эквивалентного модуля деформации от b0, b1, b2 и H (R2 = 0,9094):
E  0,966b0  0,0191b0b1  0,00396b0b2  0,229b1H  0,0543b2 H
(78)
Также рассмотрен случай вдавливания штампа в массив с переменным
модулем деформации, изменяющимся по кубическому закону:
E  c0  c1 z  c2 z 2  c3 z 3
(79)
где с0, с1, с2, с3 – коэффициенты полиномиальной функции третьего порядка, а
суммарная деформация сжатия массива определена по формуле:
hL 
H  hL

0
a 2b 2 Jp
dz (80)
z 5c3  z4 c2  z 3 c3 a 2b 2  c1   z 2 c2 a 2b 2  c0   zc1a 2b 2  a 2b 2 c0  Jp 
коэффициенты c0, c1, c2, c3 функции (79) определены по четырем случайным
значениям E:
21
c0  E1


1 11E1  18E2  9 E3  2 E4
c1   
2
2H

(81)
 c  9  2 E1  5E2  4 E3  E4
2
2

2
H

9 E1  3E2  3E3  E4
 c3   

2
H3
Обработка результатов расчета позволила установить зависимость
эквивалентного модуля деформации от c0, c1, c2, c3 и H (R2 = 0,9552):
E  1,05c0  0,124c1  0,023c2  0,0103c3  0,0000139c0c1c2  0,0000151c0c1c3
 0,00000141c0c2c3  0,0325c0c1H  0,0189c0c2 H  0,00762c0c3 H  7,54 109 c1c2c3
(82)
 0,000183c1c2 H  0,00000738c2c3 H
 0,109c0 H  0,000212c1c2  0,00023c1c3  0,092c1H  0,0000157c2c3
 0,0727c2 H  0,0412c3 H
6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОХОДИМОСТИ
КОЛЕСНЫХ ТРЕЛЕВОЧНЫХ МАШИН
В настоящей главе разработаны математические модели, предназначенные
для оценки проходимости машины по глубине колеи и тягово-сцепным свойствам.
Модели составлены с учетом циклического воздействия колёсного движителя и
учитывают изменение физико-механических свойств опорной поверхности,
вызванных последовательным приложением нагрузки.
Математическая модель взаимодействия эластичного колесного
движителя с деформируемой опорной поверхностью. Осадку штампадвижителя свяжем с нормальным давлением при помощи формулы (70).
Осредненное давление найдём по формуле:
p
GW k d
blk f
(83)
где l – длина штампа, kd – коэффициент динамичности нагрузки, kf – коэффициент
формы пятна контакта.
Примем связь деформации сжатия массива и общей его деформации,
увеличивающейся при потере несущей способности грунта и сдвига его слоев:
h  hL
pS
pS  p
(84)
где pS – несущая способность опорной поверхности.
Перепишем формулу (70) с учётом соотношения (84), в итоге получим
уравнение для расчета общей деформации опорной поверхности:
22
 E Hp  h pS  p  

Jp S pab arctan
abp E E  Jp  

(85)
h
 pS  p  E E  Jp 
В уравнении (85) используется модуль деформации опорной поверхности. В
случаях воздействия движителя на неоднородные опорные поверхности в расчете
следует использовать эквивалентные модули деформации, определяемые по
формулам (74), (78), (82).
Коэффициенты J и a рассчитываются по формулам:
0,03b  l
(86)
J
0,6b  0,43l
0,64 H  0,64b
a
(87)
H
(88)
k f  0,8949E 0,12
kd 
l
l  vtР
(89)
где v – скорость движения машины.
Время релаксации лесного почвогрунта примем по формуле, установленной
в результате опытов в главе 3 настоящей работы, для минеральных грунтов
воспользуемся зависимостью времени релаксации от угла внутреннего трения,
таким образом:
t p  0,039W 1, 42T 0, 27 E 0, 21
(90)

1
t

0
,
0083


Р
Длину и ширину эквивалентного штампа определим по формулам:
bB
l
10h  hZ
1  h  H T  hZ
DhZ  hZ2 
(91)
D  hZ  h   hZ  h
2
(92)
Для расчета радиальной деформации колеса путем аппроксимации опытных
данных о жесткости шин лесных машин нами ранее получена следующая формула
(R2 = 0,9775):
(93)
hZ  0,0715GW0, 691B 0,305PW0, 677D 0,394h 0, 0891P D G B
Несущую способность грунта определим по формуле:
pS  pS 0 Z
(94)
где pS0 – несущая способность слоя грунта неограниченной толщины; αZ –
коэффициент учета толщины деформируемого слоя грунта.
Величина pS0 находится по следующей формуле:
pS 0  0,5K1B1 N1b  N2h  K3 B3 N3C
(95)
0 , 193 0 , 558 0 , 201 0 , 0574
w
W
23
где K1, K3 – коэффициенты учета геометрических параметров пятна контакта; N1,
N2, N3, S – вспомогательные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения
грунта, B1, B3 – коэффициенты учета угла приложения нагрузки на несущую
способность массива почвогрунта.
Формулы для определения коэффициентов K1, K3:
K1 
l b
l
; K3 
l  0,4b
l  0,5b
1
21  S 2  S  tan    
1 S 4


N

;
;
;
N

2
3
S2
S5
S3
4 2
  4 tg 
3  2
; B2 
B1 
  4 tg 
3  2
где β – угол приложения нагрузки, определяемый по формуле:
N1 
 
  arctan   
 p
(96)
(97)
(98)
(99)
где τ – касательное напряжение, α – угол наклона опорной поверхности.
Коэффициент учета толщины деформируемого слоя грунта найден в
следующем виде:
H *h
Z 1
2 H  H  h  0,25H * 
(100)
где H* – вспомогательная величина:
H* 
3 
3
2
  3 
exp    tan b cos tan 
2
4
4
 4 4 
(101)
Для расчета сдвигового напряжения использована следующая формула:
jG
tp tan   Ct  Cj
(102)


t jG  tp tan   Ct  Cj
где j – деформация сдвига, t – шаг грунтозацепов.
Для оценки j по величине s и l нами ранее получена следующая формула (R2
= 0,9554):
(103)
j  1,33 s 3 l
При заданных значениях E, C, φ, γ, H, α (параметры опорной поверхности) и
GW, B, PW, HT, D, S, v (параметры движителя) система предлагаемых формул
содержит одну неизвестную величину – полную осадку h, значение которой
находится из численного решения уравнения (85) после подстановки
необходимых выражений по формулам (83), (86) – (103).
Первое условие обеспечения проходимости: глубина колеи не должна
превысить заданное критическое значение:
h  hКРИТ
(104)
24
Дальнейшие условия обеспечения проходимости связаны с тягово-сцепными
свойствами движителя, в связи с чем необходимы оценки силы сцепления
движителя с опорной поверхностью и силы сопротивления движению. Силу
сцепления движителя с почвогрунтом найдем как сумму силы трения резины о
поверхность почвогрунта и силы сопротивления почвогрунта сдвигу:
RX  GW  RG  1  k m   k f bl
(105)
где φRG – коэффициент трения резины о грунт, km – коэффициент насыщенности
протектора.
Коэффициент трения резины о грунт:
 RG  0,2E 0,67
(106)
Силу сопротивления качению движителя рассчитаем по формуле:
h
FR   bpdh
(107)
0
Коэффициент сопротивления движению рассчитывается по формуле:
R 
FR
GW
(108)
Второе условие обеспечения проходимости:
 R M  Nv
(109)
Коэффициент сцепления рассчитывается по формуле:
T 
RX
GW
(110)
Коэффициент тяги рассчитывается по формуле:
 P  T   R
(111)
Третье условие обеспечения проходимости: обеспечение достаточного
сцепления движителя с поверхностью, то есть:
P  0
(112)
По значению коэффициента тяги проверяем четвертое условие обеспечения
проходимости – способность движителя преодолеть одиночную неровность
заданной высоты:
hП 
D 
 1
2 



2 
1  p 
1
(113)
После проверки соблюдения условий обеспечения проходимости, полагая,
что деформация сдвига не вызывает уплотнения грунта под движителем и с
учётом того, что толщина деформируемого слоя грунта ограничена величиной H,
можем записать для относительного уплотнения грунта:

h
(114)
  P 1 L

H
25
где  P - объёмный вес грунта после воздействия, а деформация сжатия hL
определяется из уравнения (84) при известной величине h.
По величине относительного уплотнения ξ рассчитываем изменения физикомеханических свойств опорной поверхности после воздействия движителя, при
этом оценки получаем по формулам (31) – (33) либо (40) – (44), в зависимости от
типа опорной поверхности.
При необходимости учесть неравномерность уплотнения массива грунта,
воспользуемся дифференциальной зависимостью для относительного уплотнения,
представленной следующей формулой:
1
d  1  dhL
(115)
H
Программа для расчета результатов взаимодействия эластичного
колесного движителя с деформируемой опорной поверхностью. Для
автоматизированного расчета проходимости колесной лесной машины на
местности нами составлена программа на процедурном языке среды Maple 2015.
На первом этапе работы программы вводятся известные и рассчитываются
недостающие
характеристики
опорной
поверхности.
Предлагаемая
математическая модель, лежащая в основе работы программы, позволяет учесть
такие свойства опорной поверхности, как тип, E, C, φ, γ, H, G, CI, α, IL, e, W, T.
В общем случае, значения γ, W, IL, CI, α принимаются в качестве исходных
данных. Значение e определяется расчетным путем. Значение H принимается как
справочная величина. Величины E, C, φ, G можем определить расчетным путем,
если известны IL, e, по формулам (35) – (38).
Кроме того, если в качестве исходной характеристики опорной поверхности
задан только CI, значения E, C, φ, G рассчитываются по формулам (49) – (52). В
частном случае, если в качестве исходной характеристики опорной поверхности
задан только E, значения C, φ, G, CI рассчитываются по формулам (45) – (48).
Для неоднородных поверхностей в расчетах используется значение
эквивалентного модуля деформации, для его определения программе необходимы
несколько результатов замеров E, в зависимости от принятой функции изменения
модуля деформации по глубине: два значения для линейной функции (71), расчёт
ведется по формулам (73), (74); три значения для квадратичной функции (75),
расчёт ведется по формулам (77), (78); четыре значения для кубической функции
(79), расчёт ведется по формулам (81), (82).
Для супесей, суглинков и глин, формулы для расчета E, C, φ, G, CI по
известным IL, e получены ранее – выражения (17) – (20), (25). Комплект
зависимостей дополнен формулами таблицы 3 для определения E по результатам
зондирования.
Программа позволяет учесть в качестве исходных данных для расчетов
такие характеристики движителя, как D, B, S, HT, PW, GW, t, km, v.
26
Значения исходных величин последовательно подставляются в выражения
(88), (93), (91), (92), (86), (87), (90), (89), (83), (103), (102), (99), (96)-(98), (101),
(100), (95), (94) объединённые в систему уравнений. После подстановки исходных
данных и параметров в уравнение (85), последовательно решается численно
относительно величины h. По значению h рассчитывается hL при помощи
уравнения (84). Первое условие обеспечение проходимости – значение h не выше
критического, формула (104).
При тех же значениях исходных величин и параметров по выражениям (88),
(93), (91), (92), (86), (87), (90), (89), (83) происходит численное интегрирование
выражения для FR по формуле (107). Коэффициент сопротивления движению
рассчитывается по формуле (108) По формуле (109) проверяется выполнение
второго условия обеспечения проходимости (мощность двигателя машины должна
быть достаточна для преодоления сопротивления деформируемой опорной
поверхности).
При тех же исходных данных и значениях параметров по формулам (88),
(93), (91), (92), (90), (89), (83), (103), (102), (105), (106), (110) рассчитывается
коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью. Третьим условием
обеспечения проходимости является неотрицательность коэффициента тяги,
рассчитываемого по формуле (111) – формула (112).
Четвертым условием обеспечения проходимости машины является
способность движителя преодолеть одиночное препятствие заданной высоты –
формула (113).
После проверки соблюдения всех заданных условий обеспечения
проходимости, программа оценивает относительное уплотнение опорной
поверхности по формуле (114), либо, при необходимости учесть неоднородность
опорной поверхности – по формуле (115).
Далее происходит расчет свойств опорной поверхности с учетом
произошедшего воздействия движителя. Для лесных почвогрунтов изменения
свойств рассчитываются по формулам (40) – (41), для супесей, суглинков и глин –
по формулам (31) – (33).
Расчет повторяется аналогичным образом заданное количество раз.
Реализация математической модели. Составленная математическая
модель для прогноза проходимости колёсного движителя включает в себя 20
параметров, относящихся как к свойствам опорной поверхности, так и к
движителю: E, C, φ, γ, H, G, α, IL, e, W, T, D, B, S, HT, PW, GW, t, km, v. Большое число
переменных, широкие интервалы их варьирования и отсутствие аналитических
решений уравнений для расчета h, μR, μT, μP затрудняет анализ влияния факторов
на показатели проходимости и, тем самым, осложняет выработку практических
рекомендаций. В связи с этим прибегнем к вычислительному эксперименту с
целью получить более простые и наглядные зависимости.
27
Воздействие единичного движителя на опорную поверхность. В ходе
исследований установлено, что переменные C, φ, γ, H, G могут быть выражены
через E, влияние IL, e на физико-механические свойства опорной поверхности
может быть учтено также через величину E с учетом взаимной связи указанных
факторов, влияние W и T на реологический параметр опорной поверхности так же
учитывается через величину E. Таким образом, число независимых параметров,
учитываемых в предлагаемой модели, сократится до 11: E, α, D, B, S, HT, PW, GW, t,
km, v. Эти переменные используем в качестве управляемых факторов в
вычислительном эксперименте над математической моделью. Интервалы
варьирования факторов указаны в таблице 4.
Таблица 4 – Интервалы варьирования факторов в вычислительном эксперименте по
исследованию глубины колеи после однократного прохода колесного движителя и его
тягово-сцепных свойств
Параметр
Ед. изм.
Интервал варьирования
МПа
0,4 – 3,5
E
б/р
0,05 – 0,3
S
м
0,4 – 0,8
B
м
1,2 – 1,8
D
МПа
0,15 – 0,55
pW
кН
15 – 55
GW
о
1 – 30
α
б/р
0,25 – 0,55
m
м
0,1 – 0,3
t
м
0,4 – 0,8
HT
км/ч
1–5
v
Значения факторов генерировались в указанных диапазонах как случайные
числа, распределенные по закону равной плотности. С использованием
составленной программы вычислены значения h, μR, μT при различных сочетаниях
значений факторов E, α, D, B, S, HT, PW, GW, t, km, v. В результате получены
следующие формулы для h, μR, μT (размерности по таблице 4):
0,000479 pw0,186Gw1,544 0, 0618t 0, 0472H T0, 0414 2
h
(R = 0,9660)
(116)
E 1, 637S 0, 0325B 2,197D 0, 652v 0, 0338
0,00342 pw0, 299Gw1,171 0, 0589t 0, 0485H T0, 0318 2
 R  1, 242 0, 0299 1,898 1, 0658 0, 0302 0, 0471 (R = 0,9719)
E S
B D m v
(117)
0,385E 0, 486B 0,110t 0,132
(118)
T  0,128 0, 0711 0, 266 0, 00980 (R2 = 0,9531)
S Gw m v
Коэффициенты детерминации моделей (116) – (118) не ниже 0,95,
следовательно,
можем
настаивать
на
удовлетворительной
точности
аппроксимации.
28
Кроме того, обработка результатов вычислительного эксперимента
позволила установить ряд практически важных зависимостей. На рисунке 7
представлена зависимость коэффициента сопротивления движению от глубины
колеи. Как видно из рисунка, между этими величинами присутствует тесная
линейная связь (R2 = 0,9578):
 R  1,1798h  0,0229
(119)
Установлена связь коэффициента сцепления и несущей способности
опорной поверхности (R2 = 0,6672) (рисунок 8):
T  1,5605 pS  0,2233
(120)
0.5
0.8
0.6
0.3
μT
μR
0.4
0.2
0.4
0.2
0.1
0
0
0.2
h, м
0
0.4
0
Рисунок 7 – Зависимость коэффициента
сопротивления движению от глубины
колеи
0.1
0.2
pS, МПа
0.3
Рисунок 8 – Зависимость коэффициента
сцепления от несущей способности
почвогрунта
Подставив выражения (117), (118) в уравнение для коэффициента тяги (111),
получим упрощенную зависимость для его оценки:
T  1,5605 pS  1,1708h  0,2004
(121)
Циклическое воздействие движителя на опорную поверхность. Во
второй части вычислительного эксперимента исследовано циклическое
воздействие движителя на опорную поверхность. Отличие от предыдущей серии
вычислений состояло в том, что при каждом сгенерированном сочетании значений
факторов проводили цикл вычислений, на каждом шаге которого в расчет
закладывались измененные значения физико-механических свойств опорной
поверхности. Пересчет проводится с использованием формул (40) – (43).
На рисунке 9 представлен пример результатов расчета глубины колеи после
n- кратного воздействия колесного движителя на опорную поверхность при α = 5 о,
D = 1,333 м, B = 0,6 м, S = 0,2, HT = 0,35 м, PW = 0,45 МПа, GW = 35 кН, t = 0,14 м,
km = 0,4, v = 3 км/ч, на рисунке 10 – пример расчета относительного уплотнения
опорной поверхности.
29
0.5
0.4
ξ
h, м
0.3
0.2
0.1
1.3
1.25
1.2
1.15
1.1
1.05
1
0
1
1
6
6
11
11
n
n
2
3
4
5
6
1
Рисунок 9 –Глубина колеи после i-го
прохода колеса: 1 – E = 0,5 МПа; 2 – E =
1 МПа; 3 – E = 1,5 МПа; 4 – E = 2 МПа;
5 – E = 2,5 МПа; 6 – E = 3 МПа
1
2
3
4
5
Рисунок 10 – Относительное уплотнение
почвогрунта после i-го прохода колеса: 1
– E = 1 МПа; 2 – E = 1,5 МПа; 3 – E = 2
МПа; 4 – E = 2,5 МПа; 5 – E = 3 МПа
Обратим внимание, что результаты расчета показывают: на слабых грунтах
происходит резкое увеличение глубины колеи, стабилизации не наблюдается; на
опорных поверхностях средней прочности глубина колеи с увеличением числа
проходов стремится к некоторому предельному значению; на прочных
почвогрунтах изначально невысокое значение глубины колеи увеличивается
постепенно, колееобразование выражено слабо.
Обработка результатов вычислительного эксперимента при варьировании
факторов в диапазонах, указанных в таблице 4, позволила установить следующую
зависимость отношения глубины колеи после i-го прохода колеса к глубине колеи
после однократного прохода (R2 = 0,9311):
(122)
h  0,906h(1) n 0, 447E 0, 475
и относительного уплотнения лесного почвогрунта (R2 = 0,9363):
  1,0451n 0,0686E 0,0281
(123)
Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными
моделями. На рисунках 11, 12 представлены примеры результатов сравнения
глубины колеи, коэффициентов сопротивления движению, сцепления и тяги с
данными, полученными по экспериментальным WES-моделям. Примеры
представлены при следующих исходных данных: D = 1,333 м, B = 0,6 м, S = 0,2,
GW = 35 кН. При пересчёте модуля деформации, использующегося в предлагаемых
моделях (116) – (118) в конусный индекс использована формула (43). Факторы, не
входящие в WES-модели, в формулах (116) – (118) приняты равными 1.
30
0.60
0.40
0.40
0.30
0.20
0.20
μP
h, м
0.50
0.00
0
0.10
1
2
3
-0.20
0.00
0
1
2
E, МПа
3
-0.40
4
-0.60
Среднее WES
Среднее WES
Предлагаемая модель
Рисунок 11 – Результаты сравнения
глубины колеи по экспериментальным
WES-моделям с расчетными данными по
предлагаемой модели
E, МПа
Предлагаемая модель
Рисунок 12 – Результаты сравнения
коэффициента тяги по экспериментальным
WES-моделям с расчетными данными по
предлагаемым моделям
Можем отметить качественное и количественное согласование результатов,
полученных с использованием математических моделей, предлагаемых в нашем
исследовании, и экспериментальных WES-моделей, полученных независимыми
исследователями. Для более полной оценки сходимости результатов проведены
дополнительные расчёты при варьировании D, B, S, GW в диапазонах, указанных в
таблице 4, также показавшие качественную и количественную схожесть
результатов.
Мобильный измерительных комплекс для исследования лесосеки.
Рассмотрена конструкция предлагаемого мобильного комплекса, задача которого повышение эффективности исследования лесосеки при подготовке лесосеки к
проведению лесозаготовительных работ путем дальнейшего расширения
номенклатуры исследуемых показателей за счет определения характеристик
почвогрунта, определяющих проходимость трелевочной машины.
Усовершенствованный мобильный измерительный комплекс (рисунок 13)
включает в себя съемный комплект измерительных приборов 1, установленный на
трелевочной технике, содержащий датчик 2 измерения конусного индекса
почвогрунта, устройство 3 для измерения неровностей опорной поверхности,
датчики 4 и 5 соответственно измерения угла склона трелевочного волока и
уклона последнего, контактирующие со стабилизированной платформой 6.
31
4
Съемный комплект измерительных приборов снабжен датчиком 7 определения
извилистости трассы волока в плане.
Рисунок 13 – Мобильный измерительный комплекс
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫВОДЫ И
РЕКОМЕНДАЦИИ
1. К 2017 году практически все эксплуатационные характеристики колесных
лесных машин в количественном выражении статистически значимо увеличились
по сравнению с 2007 годом. По ряду показателей увеличение составляет порядка
75 %. Практически все лесные машины, порядка 87 %, представленные на рынке к
2017 году, относятся к тяжёлому классу. Отмечается тенденция к увеличению
энергонасыщенности машин: уменьшается доля образцов техники, относящейся к
малому и среднему классу энергонасыщенности, при этом растёт доля машин в
большом и особо большом классе (рисунок 5).
2. Большинство показателей, таких как мощность двигателя, колея, колёсная
база, грузоподъёмность и пр., можно оценить по массе трелёвочной машины,
формулы (53) – (63).
3. Связь модуля деформации глинистых, суглинистых и супесчаных грунтов с
конусным индексом имеет логарифмический характер при изменении конусного
индекса в пределах от 0,2 до 5 МПа, то есть практически во всем спектре
изменения конусного индекса грунтовых поверхностей движения колесных
машин (таблица 3). Полученные результаты верифицированы путем
сопоставления с данными независимых источников, дополняют и обобщают
известные ранее зависимости, имеющие частный характер.
4. Относительное изменение модуля деформации, удельного сцепления и угла
внутреннего трения глинистых, суглинистых и супесчаных грунтов линейно
зависит от относительного уплотнения, выражения для оценки изменения свойств
грунта при уплотнении представлены формулами (31) – (33). Следует учитывать,
что количественные показатели изменения механических свойств грунтов зависят
32
от показателя консистенции: наиболее заметно увеличение механических свойств
при уплотнении у грунтов с высоким значением показателя консистенции.
5. Связь модуля деформации и конусного индекса заболоченных и лесных
почвогрунтов имеет линейный характер при изменении конусного индекса в
пределах от 0,1 до 2 МПа – практически во всем спектре изменения конусного
индекса поверхностей движения лесных машин, таблица 3. Полученные
зависимости проверены нами экспериментально и дополняют накопленные ранее
экспериментальные сведения, относящиеся к пенетрационным испытаниям
лесных почвогрунтов.
6. Зависимости удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуля сдвига
от конусного индекса лесного почвогрунта при варьировании показателя
консистенции и коэффициента пористости носят линейный характер, формулы
(49) – (52). Таким образом, получена необходимая база для оценки механических
свойств поверхностей движения лесных машин непосредственно на лесосеке при
помощи стандартизованных испытаний ручным конусным пенетрометром.
7. При уплотнении модуль общей деформации, удельное сцепление, угол
внутреннего трения, модуль сдвига и конусный индекс лесного почвогрунта
изменяются по линейным законам, связи относительных изменений указанных
свойств почвогрунта и относительного уплотнения представлены уравнениями
(35) – (39). Как и в случае «классических» глин, суглинков и супесей,
количественные показатели изменения механических свойств зависят от
показателя консистенции почвогрунта.
8. По результатам дополнительных исследований реологических свойств
лесного почвогрунта установлено, что время релаксации напряжений связано с
модулем деформации, влажностью и температурой степенной зависимостью (34).
Время релаксации напряжений увеличивается по мере увеличения влажности и
уменьшается с увеличением модуля деформации и температуры. Таким образом,
деформации сжатия быстрее развиваются у почвогрунтов с низкой влажностью и
сравнительно высоким модулем деформации и температурой.
9. Для неоднородного массива грунта с заданным законом изменения модуля
деформации по глубине можно подобрать такой однородный массив грунта, у
которого значение осадки штампа при прочих равных условиях совпадёт с
неоднородным массивом. Модуль деформации такого однородного массива
назовем эквивалентным модулем деформации. Показано, что при моделировании
воздействия штампа на неоднородное по глубине основание можно
воспользоваться решением уравнения для погружения штампа в однородный
массив (70), в котором используется значение эквивалентного модуля
деформации.
10. Для массивов грунта с линейным законом изменения модуля деформации по
глубине эквивалентный модуль деформации рассчитывается по формуле (74),
полученной по результатам вычислительного эксперимента. Для массивов грунта
33
с квадратичным законом изменения модуля деформации по глубине
эквивалентный модуль деформации рассчитывается по формуле (78). По
результатам вычислительного эксперимента установлено, что для массивов грунта
с кубическим законом изменения модуля деформации по глубине значение
эквивалентного модуля деформации найдется по формуле (82)
11. Предлагаемая математическая модель для прогноза проходимости колесного
движителя позволяет учесть такие свойства опорной поверхности, как тип, модуль
деформации, удельное сцепление, угол внутреннего трения, удельный вес,
толщина деформируемого слоя, модуль сдвига, угол наклона, показатель
консистенции и коэффициент пористости грунта, его влажность и температуру. В
частных случаях, если в качестве исходной характеристики физико-механических
свойств опорной поверхности задан только модуль деформации, значения
удельного сцепления, угла внутреннего трения, модуля сдвига, толщины
деформируемого слоя рассчитываются по формулам (45) – (47); если известен
конусный индекс почвогрунта, то значения удельного сцепления, угла
внутреннего трения, модуля сдвига рассчитываются по формулам (49) – (52). Для
неоднородных поверхностей в расчетах используется значение эквивалентного
модуля деформации, для его определения необходимы несколько результатов
замеров, в зависимости от принятой функции изменения модуля деформации по
глубине: два значения для линейной функции (71), расчёт ведется по формулам
(73), (74); три значения для квадратичной функции (75), расчёт ведется по
формулам (77), (78); четыре значения для кубической функции (79), расчёт
ведется по формулам (81), (82). Предлагаемая математическая модель позволяет
учесть такие характеристики движителя, как диаметр колеса, ширина колеса,
коэффициент буксования, высота шины, внутреннее давление в камере шины,
нагрузка на колесо, шаг грунтозацепов, коэффициент насыщенности протектора,
скорость движения машины.
12. При реализации предлагаемой математической модели для прогноза
проходимости колесного движителя значения исходных величин последовательно
подставляются в выражения (88), (93), (91), (92), (86), (87), (90), (89), (83), (103),
(102), (99), (96)-(98), (101), (100), (95), (94) объединённые в систему уравнений.
После подстановки исходных данных и параметров в уравнение (85),
последовательно решается численно относительно величины h. По значению h
рассчитывается hL при помощи уравнения (84). Первое условие обеспечение
проходимости – значение h не выше критического, формула (104). При тех же
значениях исходных величин и параметров по выражениям (88), (93), (91), (92),
(86), (87), (90), (89), (83) происходит численное интегрирование выражения для FR
по формуле (107). Коэффициент сопротивления движению рассчитывается по
формуле (108) По формуле (109) проверяется выполнение второго условия
обеспечения проходимости (мощность двигателя машины должна быть
достаточна для преодоления сопротивления деформируемой опорной
34
поверхности). При тех же исходных данных и значениях параметров по формулам
(88), (93), (91), (92), (90), (89), (83), (103), (102), (105), (106), (110) рассчитывается
коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью. Третьим условием
обеспечения проходимости является неотрицательность коэффициента тяги,
рассчитываемого по формуле (111) – формула (112). Четвертым условием
обеспечения проходимости машины является способность движителя преодолеть
одиночное препятствие заданной высоты – формула (113). После проверки
соблюдения всех заданных условий обеспечения проходимости, программа
оценивает относительное уплотнение опорной поверхности по формуле (114),
либо, при необходимости учесть неоднородность опорной поверхности – по
формуле (115). Далее происходит расчет свойств опорной поверхности с учетом
произошедшего воздействия движителя. Для лесных почвогрунтов изменения
свойств рассчитываются по формулам (40) – (43), для супесей, суглинков и глин –
по формулам (31) – (33). Расчет повторяется аналогичным образом заданное
количество раз. Для автоматизированного расчета проходимости колесной лесной
машины на местности нами составлена программа на процедурном языке среды
Maple 2015.
13. По результатам вычислительного эксперимента предложена модель (116),
позволяющая на практике рассчитать глубину колеи после однократного прохода
колесного движителя, при этом, в отличие от известных ранее моделей,
одновременно учтены 10 факторов: давление в шине, нагрузка на движитель, угол
наклона поверхности движения, шаг грунтозацепов, высота шины, ширина шины,
диаметр колеса, скорость движения, коэффициент буксования и модуль
деформации опорной поверхности.
14. Для практических расчетов коэффициента сопротивления движению
предлагаем модель (117), учитывающую 11 факторов: давление в шине, нагрузка
на движитель, угол наклона поверхности движения, шаг грунтозацепов,
коэффициент насыщенности протектора, высота шины, ширина шины, диаметр
колеса, скорость движения, коэффициент буксования и модуль деформации
опорной поверхности.
15. Получена модель (118), позволяющая на практике рассчитать коэффициент
сцепления движителя с опорной поверхностью, впервые одновременно учитывает
7 факторов: модуль деформации опорной поверхности, ширину колеса, шаг
грунтозацепов и коэффициент насыщенности протектора шины, коэффициент
буксования, скорость машины и нагрузку на колесо.
16. Обработка результатов вычислительного эксперимента позволила
установить ряд практически важных зависимостей, связывающих коэффициент
сопротивления движению и глубину колеи. Связь представлена формулой (119)
(R2 = 0,9578). По результатам вычислительного эксперимента установлена
линейная связь коэффициента сцепления и несущей способности опорной
поверхности, представленная формулой (120) (R2 = 0,6672). В сумме с уравнением
35
(111) модели (119), (120) позволили получить упрощенную зависимость для
оценки коэффициента тяги – формула (121).
17. По результатам вычислительного эксперимента установлено, что при
циклическом воздействии движителя на слабых грунтах происходит резкое
увеличение глубины колеи, стабилизации не наблюдается; на опорных
поверхностях средней прочности глубина колеи с увеличением числа проходов
стремится к некоторому предельному значению; на прочных почвогрунтах
изначально невысокое значение глубины колеи увеличивается постепенно,
колееобразование выражено слабо.
18. Обработка результатов вычислительного эксперимента при варьировании
факторов в диапазонах, указанных в таблице 4, позволила установить степенную
зависимость отношения глубины колеи после i-го прохода колеса к глубине колеи
после однократного прохода с учетом модуля деформации почвогрунта,
представленную формулой (122) (R2 = 0,9311).
19. Обработка результатов вычислительного эксперимента при варьировании
факторов в диапазонах, указанных в таблице 4, позволила установить степенную
зависимость относительного уплотнения почвогрунта при циклическом
воздействии колесного движителя, представленную формулой (123) (R2 = 0,9363).
20. По результатам сравнения значений глубины колеи, коэффициентов
сопротивления движению, сцепления и тяги с данными, полученными по
предлагаемым нами и известным ранее экспериментальным WES-моделям, можем
отметить качественное и количественное согласование получаемых результатов.
Сопоставление выполнено при варьировании диаметра колеса, ширины колеса,
коэффициента буксования и нагрузки на колесо в диапазонах, указанных в
таблице 4, показало удовлетворительную качественную и количественную
сходимость результатов.
21. Для сбора необходимых сведений о состоянии почвогрунта лесосеки
предлагаем усовершенствованный мобильный измерительный комплекс (рисунок
13), включающий в себя съемный комплект измерительных приборов,
установленный на трелевочной технике, содержащий датчик измерения конусного
индекса почвогрунта, устройство для измерения неровностей опорной
поверхности, датчики измерения угла склона трелевочного волока и уклона
последнего,
контактирующие
со
стабилизированной
платформой.
Модернизированный мобильно-измерительный комплекс позволяет получать
более полную необходимую информацию о трассах движения лесосечных машин
и лесохозяйственных машинотракторных агрегатов, которую в совокупности
можно считать навигационной картой лесосеки, делянки, квартала и использовать
ее аналитически в навигации других мобильных объектов.
36
СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Из изданиях из перечня ВАК:
1. Хитров Е. Г., Хахина А. М., Лухминский В. А., Казаков Д. П. Исследование связи
конусного индекса и модуля деформации различных типов грунтов. Resources and
Technology, том 14 (2017), номер 4, 1 - 16 C.
2. Дмитриева М.Н., Григорьев И.В., Лухминский В.А., Казаков Д.П., Хахина А.М.
Экспериментальные исследования конусного индекса и физико-механических свойств
заболоченного грунта. Лесотехнический журнал. 2017. Т. 7. № 4 (28). С. 167-174.
3. Хахина А.М., Дмитриева М.Н., Лухминский В.А., Математическая модель для
расчета глубины колеи при работе малогабаритного трелевочного трактора. Известия
Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2017. № 219. С. 144-155.
4. Хахина А.М., Хитров Е.Г., Дмитриева М.Н., Лухминский В.А., Теоретический
расчет конусного индекса заболоченного грунта. Системы. Методы. Технологии. 2017.
№ 3 (35). С. 126-130.
5. Хахина А.М., Хитров Е.Г., Дмитриева М.Н., Песков В.Б., Григорьева О.И.
Уточненная модель для оценки тягово-сцепных свойств колесного движителя лесной
машины. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2016. № 217. С.
108-119.
6. Иванов В.А., Коротков Р.К., Хахина А.М., Лухминский В.А., Дмитриева М.Н.
Взаимосвязи сдвиговых напряжений и деформаций лесного почвогрунта. Системы.
Методы. Технологии. 2016. № 4 (32). С. 142-147.
7. Хитров Е.Г., Хахина А.М., Григорьев И.В., Григорьева О.И., Никифорова А.И.
Расчет тягово-сцепных свойств колесных лесных машин с использованием WES-метода.
Лесотехнический журнал. 2016. Т. 6. № 3 (23). С. 196-202.
8. Иванов В.А., Хахина А.М., Устинов В.В., Коротков Р.К. Уточненные зависимости
для расчета сдвиговой деформации лесного почвогрунта по величине буксования и
параметрам пятна контакта. Системы. Методы. Технологии. 2015. № 4 (28). С. 116-120.
9. Хитров Е.Г., Григорьев И.В., Макуев В.А., Хахина А.М., Калинин С.Ю. Модель
для оценки радиальной деформации колеса лесной машины с учетом деформации
почвогрунта. Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2015. Т. 19. № 6. С. 87-90.
10. Григорьев И.В., Макуев В.А., Былев А.Б., Хахина А.М., Григорьева О.И., Калинин
С.Ю. Оценка уплотнения почвогрунта при ударных воздействиях на расстоянии от места
удара. Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2014. № S2. С. 30-35.
11. Григорьев И.В., Никифорова А.И., Пелымский А.А., Хитров Е.Г., Хахина А.М.
Экспериментальное определение времени релаксации напряжений лесного грунта.
Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2013. № 8 (137). С.
77-80.
12. Григорьев И.В., Никифорова А.И., Хахина А.М. Новые технические решения для
повышения эффективности лесосечных работ. Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2013. №
1 (93). С. 46-49.
13. Базаров С.М., Барашков И.А., Никифорова А.И., Хахина А.М. Математическая
модель колееобразование в почвогрунтах под воздействием лесных машин. Известия
Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2012. № 198. С. 86-95.
37
14. Базаров С.М., Григорьев И.В., Киселев Д.С., Никифорова А.И., Хахина А.М.
Математическая модель образования колеи в почвогрунтах колесными машинами с
упругими шинами. Научное обозрение. 2012. № 5. С. 332-341.
15. Григорьев И.В., Былев А.Б., Хахина А.М., Никифорова А.И. Математическая
модель уплотняющего воздействия динамики поворота лесозаготовительной машины на
боковые полосы трелевочного волока. Ученые записки Петрозаводского
государственного университета. 2012. № 8-1 (129). С. 7216. Nikiforova A.I., Yazov V.N., Barashkov I.A., Rudov M.E., Khakhina A.M.
Experimental studies of the deflected mode of soil during its hardening in the process of
skidding system maneuvering. Научное обозрение. 2011. № 5. С. 239-248.
В прочих изданиях:
17. Хахана А.М., Григорьев И.В. Анализ зарубежных математических моделей
взаимодействия движителей лесных машин с поверхностью движения. Актуальные
направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2017. Т. 5. № 10 (36).
С. 548-551.
18. Калистратов А.В., Хахина А.М. О дальнейших исследованиях в области
взаимодействия лесных машин с почвогрунтом. В сборнике: ПОВЫШЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА Материалы Второй Всероссийской
научно-практической конференции с международным участием, посвященной 65-летию
высшего лесного образования в Республике Карелия. 2016. С. 126-129.
19. Хитров Е.Г., Хахина А.М., Орденко Л.В. Пенетрационные испытания и методика
оперативного контроля свойств лесного почвогрунта. В книге: Леса России: политика,
промышленность, наука, образование материалы научно-технической конференции.
Под. ред. В.М. Гедьо. 2016. С. 169-172.
20. Хахина А.М., Устинов В.В. О дальнейших исследованиях тягово-сцепных свойств
колесного движителя. В сборнике: ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСНОГО
КОМПЛЕКСА Материалы Второй Всероссийской научно-практической конференции с
международным участием, посвященной 65-летию высшего лесного образования в
Республике Карелия. 2016. С. 271-274.
21. Рудов М.Е., Никифорова А.И., Хахина А.М. Повышение энергетической
эффективности лесных машин. Воронежский научно-технический Вестник. 2015. Т. 4. №
1. С. 58-61.
22. Устинов В.В., Хахина А.М. Энергонасыщенность техники в контексте проблемы
повышения эффективности первичного транспорта древесины. Актуальные направления
научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 9-2 (20-2). С. 277-280.
23. Хахина А.М., Устинов В.В. Влияние модуля деформации на форму пятна контакта
движителя с почвогрунтом. Актуальные направления научных исследований XXI века:
теория и практика. 2015. Т. 3. № 9-2 (20-2). С. 287-290.
24. Хахина А.М. Оценка коэффициента динамичности нагрузки на лесной
почвогрунт. Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и
практика. 2015. Т. 3. № 2-2 (13-2). С. 361-364.
25. Устинов В.В., Хахина А.М. Энергонасыщенность техники в контексте проблемы
повышения эффективности первичного транспорта древесины. Актуальные направления
научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 4-1 (15-1). С. 407-410.
38
26. Хахина А.М., Устинов В.В. Влияние модуля деформации на форму пятна контакта
движителя с почвогрунтом. Актуальные направления научных исследований XXI века:
теория и практика. 2015. Т. 3. № 4-1 (15-1). С. 419-422.
27. Хахина А.М., Григорьев Г.В. Оценка физико-механических свойств трассы
движения трелевочной машины по результатам пенетрационных испытаний.
Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3.
№ 8-3 (19-3). С. 47-51.
28. Калистратов А.В., Никифорова А.И., Рудов М.Е., Хахина А.М. Влияние свойств
лесного почвогрунта на процесс его уплотнения. Воронежский научно-технический
Вестник. 2014. № 4 (10). С. 94-97.
29. Никифорова А.И., Григорьева О.И., Киселев Д.С., Хахина А.М., Рудов М.Е.
Оценка экологической безопасности работы лесных машин. В сборнике: Природные
ресурсы и экология Дальневосточного региона. Материалы Международного научнопрактического форума. 2013. С. 134-138.
30. Валяжонков В.Д., Никифорова А.И., Андронов А.В., Хахина А.М., Киселев Д.С.
Преимущества и недостатки повышения рабочих скоростей лесных машин. В книге:
Проблемно-ориентированные исследования процессов инновационного развития
региона. Материалы всероссийской научно-практической конференции. Петрозаводский
государственный университет. 2013. С. 23-24.
31. Хахина А.М. Пути совершенствования методик оценки уплотнения боковых полос
трелевочного волока. В сборнике: ЛЕСА РОССИИ В XXI ВЕКЕ материалы девятой
международной научно-технической интернет - конференции. 2012. С. 109-113.
32. Григорьев И.В., Хахина А.М., Рудов М.Е. Пути совершенствования методики
трассирования трелевочных волоков с учетом поворотов трактора. В сборнике:
Актуальные
проблемы
и
перспективы
развития
лесопромышленного
комплексаматериалы международной научно-технической конференции, посвященной
50-летию кафедры механической технологии древесины ФГБОУ ВПО КГТУ.
Администрация Костромской области, Департамент образования и науки,
Международная академия наук о древесине (ИАВС), Региональный координационный
совет по современным проблемам древесиноведения, ФГБОУ ВПО «Московский
государственный университет леса», ФГБОУ ВПО «Костромской государственный
технологический университет». 2012. С. 142-145.
Патенты:
33. Григорьев И.В., Свойкин Ф.В., Никифорова А.И., Григорьева О.И., Хахина А.М.
Канатно-рельсовая трелевочная установка. Патент на полезную модель RUS 113917
24.11.2011
34. Анисимов Г.М., Кочнев А.М., Григорьев И.В., Юшков А.Н., Никифорова А.И.,
Хахина А.М. Мобильный измерительный комплекс. Патент на полезную модель RUS
116624 21.02.2012
Монографии:
35. Хитров Е.Г., Григорьев И.В., Хахина А.М. Повышение эффективности трелевки
обоснованием показателей работы лесных машин при оперативном контроле свойств
почвогрунта. Научное издание / Санкт-Петербург, 2015.
39
Просим принять участие в работе диссертационного Совета или прислать
Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по
адресу 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Ученому секретарю
диссертационного совета Д212.008.01.
40
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
15
Размер файла
991 Кб
Теги
метод, лесные, прогнозирование, колесных, повышения, проходимости, машина
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа