Динамика воздействия гусеничных машин
на лесные машины- почва - грунт
Лобанов В.Н. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
The article contains the method of determination of strain in the thickness of soils with taking into account the changes of their density.
Механизм воздействия гусеничных лесных машин на почву значительно сложнее, чем у обычной гусеничной техники (транспортной, сельскохозяйственной, экскаваторной). Это объясняет сложными условиями работы лесных машин, вызывающими резкие изменения нагрузок в процессе работы, действующих как в узлах технологического оборудования, трансмиссии, ходовой системы, так и непосредственно на почву. Колебания корпуса лесных машин, возникающие при их движении в процессе работы по неровной поверхности лесосеки, вызывают дополнительное увеличение давления гусеницы на почву и приводит к изменению поля напряжений в толще грунта. При этом переуплотнение почвогрунта происходит не только в верхних слоях, но и на глубине 40-50 см. В результате корневая система растений формируется в пределах почвенного покрова (20-25 см), содержание влаги в котором неустойчиво, что в значительной степени отражается на продуктивности растений и деревьев.
Определение основных параметров механики грунтов – нормального напряжения сжатия и касательного напряжения сдвига представляет собой сложные задачи, особенно для случаев динамического нагружения, которые характеризуются незначительным временем воздействия.
В настоящее время процессы взаимодействия гусеничных машин со слабыми лесными почво-грунтами описываются без учета изменения их физико-механических свойств при деформировании и без учета времени протекания процесса.
Определение напряжений в толще грунта с учетом изменения плотности массива и других его параметров при динамическом нагружении проведем с использованием положений волновой теории деформации.
В случае одномерных движений со сферическими и плоскими волнами основными искомыми функциями являются в общем случае компоненты тензора напряжения, плотность или объемная деформация грунта и скорость частиц, а определяющими параметрами – константы, входящие в уравнения движения и в граничные и начальные условия задачи. Координатную ось R выбираем совпадающей с направлением движения частиц грунта.
Основные уравнения, описывающие вертикальное движение частиц грунта в переменных Эйлера, имеют вид [1, 2]:
Тогда основные уравнения, описывающие горизонтальное движение частиц грунта в переменных Эйлера (R = x, t), примут вид:
В этих уравнениях: n = 0 для плоского, n1 = 1 – для цилиндрического и n1 = 2 - для сферического движений;
r - плотность грунта: 
и 
V – скорость движения частиц грунта:
и 
si – компоненты напряжений в грунте:
и 
;
ЕD, ЕS – модули динамического (
) и статического (
) сжатия грунта.
Интегрирование основных уравнений движения грунта даст возможность определить поле напряжений при вертикальной деформации грунта гусеничными машинами и оценить скорость деформации грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях. Это позволяет выбрать конструктивные параметры гусеничного движителя лесных машин, исходя из требуемых условий эксплуатации.
Литература
1 Ляхов Г.М. Волны в грунтах и пористых многокомпонентных средах. – М.: Наука, 1982. – 286 с.
2 Цытович Н.А. Механика грунтов. – М.: Высшая школа, 1979. – 272 с.
3 Состояние и перспективы развития дорожного комплекса. Сб. научных статей. Вып.3 – Брянск: БГИТА, 2001.- 82с.