ОЦЕНКА СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
ГУСЕНИЧНЫМИ МАШИНАМИ
Лобанов В.Н. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
The article contains description of the method of extent estimate of forest soil packing with caterpillar tractors, the information about dependence of packing coefficient on the parameters of the caterpillar propelling agent and track pressure on the ground.
Изучение процесса взаимодействия гусеничных движителей с лесными почвами является сложной научной проблемой экологического характера.
Использование тяжелых многооперационных лесосечных машин высокой энергонасыщенности на лесосеках с почвами, имеющими низкую несущую способность, могут резко обострить экологическую обстановку в этих районах. Передвигаясь по слабым почвам, гусеничные лесосечные машины делают глубокие колеи, своими грунтозащипами срезают поверхность почвы при буксовании и частых поворотах. При этом повреждаются корни деревьев, подроста и других растений. На дне колеи и в толще грунта (на глубине равной ширине гусеницы) плотность почвы после прохода машины значительно превышает плотность естественного заложения.
Плотность почвы является существенной характеристикой, от которой зависит комплекс физических условий в почве: водный, воздушный и тепловой режимы, а следовательно, условия биологической активности [1]. Поэтому в системе обработки лесных почв предусматривается прежде всего регулирование плотности почвы.
В переуплотненных почвах возникает явление пространственной «тесноты». При этом вследствие возросшего сопротивления почвы ухудшается развитие растений. Из-за высокой плотности корневая система растений (до 80%) находится в верхних слоях почвы (7…10 см), что отрицательно влияет на протекание биологических процессов.
Огромное значение для продуктивности почв имеет пористость и состав почвенного воздуха. Как правило, часть пор занята водой и суммарный объем воздушных пор будет значительно меньше. Соотношение между объемами, занятыми воздухом и водой в почве, является важнейшей характеристикой почвы.
Для поддержания высокой продуктивности почв не следует допускать их переуплотнения, т.е. плотность почвы должна находиться в пределах 1,25…1,35 г/см3.
В свою очередь, степень уплотнения почвы зависит от числа проходов машины по своему следу, максимального давления движителя на почву, исходной ее пористости, влажности и структуры.
В результате теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия гусеничного движителя лесных машин с почвой получена формула для определения коэффициента уплотнения а [м2/МН]:
где qmax – среднее максимальное давление гусеницы на почву, МН/м2:
;
qmax i - максимальное давление гусеницы на почву под i-м опорным катком, МН/м2; ni - число опорных катков движителя; Н - наибольшая глубина распространения напряжений в толще почвы-грунта от qmax, м; e0 - коэффициент пористости до начала деформации, представляющий собой отношение объема пор в почве-грунте к объему, занимаемому только грунтовыми частицами; h- полная величина упругой и остаточной деформации почвы-грунта (глубина колеи), м [2]:
,
где a - коэффициент упругой деформации грунта, зависящий от его физико- механических свойств и параметров гусеничного движителя:
где Е0 – модуль упругой деформации грунта, МН/м2 ; m - коэффициент поперечной деформации грунта; b - коэффициент, характеризующий боковое расширение грунта [3]:
;
х – коэффициент, характеризующий отношение длины опорной поверхности гусеницы L к ее ширине b.
Полученное уравнение дает возможность оценить степень уплотнение слабых грунтов существующими гусеничными машинами при разработке лесосек, а при проектировании новых лесных машин – обосновать рациональные параметры гусеничного движителя, позволяющие минимизировать уплотнение почвы.
Литература
1. Тракторы. Теория. Под ред. В.В. Гуськова. – М.: Машиностроение, 1988, 375 с.
2. Лобанов В.Н. Исследование взаимодействия гусеничного движителя с деформируемым грунтом. Материалы симпозиума по террамеханике «Оптимальное взаимодействие». – Суздаль: 1992, с. 93-97.
3. В.Ф. Бабков, В.М. Безрук. Основы грунтоведения и механики грунтов. – М.: Высшая школа, 1976, 328 с.