ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕСНЫХ ТРЕЛЕВОЧНЫХ ТРАКТОРОВ
С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

 

Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р., Суханов А.В. (УГТУ, г. Ухта, РФ)

 

The relative assessment by the offered new measure of a level of ecological impact of applied silvan caterpillar logging tractors on a deformable surface is conducted. The offered procedure allows to estimate on a design stage of the running gear a level of ecological impact of the caterpillar logging tractor on a deformable surface.

 

Для сравнительной оценки экологического взаимодействия трелевочных тракторов с гусеничными элементами ходовой части с поверхностью, содержащей деформируемый слой толщиной Н_Г до относительно твердого основания предложен критерий в виде К_Э=φ_кр0∙ε^-1 [1]. Этот упрощенный вид критерия применим для режима движения без продольного дифферента  рамы от технологических сил сопротивлению движению (с поверхностью взаимодействует полная конструктивная длина опорной поверхности гусеничного движителя) при равномерном распределении вертикальной нагрузки по длине этой опорной поверхности ( = 1,0 или согласно критерию положения центра динамического давления  гусеницы  ).  В дальнейших исследованиях будут учтены изменения этих параметров.

Исследования проводились на базе аналитического алгоритма связи основных параметров взаимодействия [1]:

где Н_Г - толщина деформируемого слоя;

       h_гр - глубина образуемой колеи;

       ε - модуль осадки деформируемого слоя;

       f_S - суммарный коэффициент сопротивлению движению;

       φ - коэффициент сцепления гусениц

Остальные параметры указаны в [1]. Исходные параметры сравниваемых тракторов приведены в табл. 1.

 

     Таблица 1 – Исходные данные сравниваемых тракторов

Тип трактора	Параметры
	GS, т	параметры одной гусеницы			FS, м2	q, кПа
		l, м	b, м
ТДТ-55М	12,8	2,44	0,42	5,82	2,05	62
ТТ-4М	17,2	3,0	0,55	5,45	3,30	52
ТЛТ-100	18	3,2	0,64	5,0	4,10	44

 

В проведенных исследованиях рассматривалась поверхность (суглинок) текучепластичной консистенции (В_К = 0,75…1,0; µ = 0,45…0,48; q_s = 0,115 МПа; w% = 25%; коэффициент сжимаемости a = 0,45…0,48 МПа^-1; коэффициент начальной пористости ε₁ = 1,189…1,3; С₀ = 15 КПа; φ⁰ = 17⁰)

В табл. 2 приведены значения модуля осадки .

 

Таблица 2 - Значения модуля осадки ε

Тип трактора	Толщина деформируемого слоя НГ, м
	0,10	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5	2,0
ТДТ-55М	0,49	0,3	0,185	0,137	0,11	0,09	0,08	0,064
ТТ-4М	0,353	0,23	0,146	0,108	0,087	0,074	0,065	0,05
ТЛТ-100	0,26	0,18	0,118	0,086	0,076	0,06	0,052	0,04

 

На рис. 1 приведено изменение глубины колеи h_гр = f (Н_Г) для сравниваемых тракторов.

Значения суммарного коэффициента сопротивлению движению f_S тракторов с учетом глубины колеи h_гр, радиуса опорных катков r_к = 0,325 м, шага  опорных катков a₁ = 0,68 м и шага звеньев гусеницы t = 0,13…0,14 м приведено на рис. 2.

 

Значения коэффициента сцепления φ с учетом h_гр, показателя напряжений в грунте  и параметров C₀  и φ₀, определяющих сопротивление грунта сдвигу проведены на рис. 3.

Значения коэффициента использования касательной силы тяги гусеничных тракторов по началу буксования определяем по выражению .

Значения критерия оценки экологического взаимодействия  в системе “местность-машина ” приведены на рис. 4.

 

Критерий  К_Э = φ_кр0 /ε позволяет количественно оценить уровень экологического повреждения поверхности с учетом модуля осадки ε и коэффициента использования касательной силы тяги трактора φ_кр0 на начало буксования в данных грунтовых условий (т.е. с учетом основных конечных параметров воздействия тракторов на грунтовый фон)

Логика анализа процессов образования глубины колеи h_гр и начала буксования  по параметру φ_кр0 говорит, что с увеличением значения К_Э уменьшается экологическое последствие процесса взаимодействия трактора с деформируемой поверхностью. Причем, с увеличением толщины деформируемого слоя поверхности Н_Г значение критерия К_Э увеличивается из-за непропорционального изменения деформационных процессов в грунте со стороны ходовой части трактора (гусеницы) – влияют параметры деформатора x и величина удельного давления q. Это связанно с неголономностью развивающихся процессов деформации грунта (почвы). Увеличение коэффициента К_Э в диапазоне Н_Г = 0,1…2,0 м для ТДТ-55М в 5,4 раза, ТТ-4М в 6,7 раза, ТЛТ-100 в 5,9 раза не говорит об улучшении экологического взаимодействия трактора на деформирующую поверхность. Это говорит о разной динамике соотношения параметров взаимодействия (h_гр и φ_кр0) с изменением глубины деформируемого слоя. Поэтому сравнение экологического взаимодействия по критерию К_Э целесообразно проводить по вертикали  для каждого фиксированного значения Н_Г (например, Н_Г  = 0,25 м; Н_Г = 1,0 м и т.д.). С увеличением Н_Г (для каждого уровня Н_Г) наблюдается динамика изменения К_Э, т.е. при малой толщине слоя Н_Г = 0,1 м разность значений К_Э для ТЛТ-100  и для ТДТ-55М равна 1,0, а при Н_Г = 2,0 м равна 6,4.

В принципе возможно применение альтернативного критерия К_Э  в виде К_Э = e× φ_кр0. Но это дает маловыраженный характер изменения параметра. Например, для ТДТ-55М в диапазоне Н_Г  = 0,1…2,0 м К_Э  = 0,218…0,212, а для ТЛТ-100 К_Э  = 0,127…0,018, т.е чем меньше К_Э , тем лучше экологическое последствие воздействия. Однако, применение этого выражения критерия экологического взаимодействия представляется нецелесообразным из-за резкого ухудшения динамики его изменения, что снижает точность оценки  уровня экологического взаимодействия лесных гусеничных и колесно-гусеничных трелевочных тракторов с деформируемой поверхностью.

Критерий К_Э позволит количественно оценить положительное влияние конструктивных мероприятий по увеличению длины и ширины гусениц трактора. Однако, это увеличивает вес и стоимость трактора. Для их снижения необходимо применять не сплошные опорные элементы ходовой части в виде непрерывного обвода по борту,  а дискретные в виде колесно-гусеничных движителей тандемного типа с опорной площадью, соизмеримой с непрерывным гусеничным обводом.

Литература

1. Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р. Экологическая оценка процессов взаимодействия в системе "местность – машина" // Актуальные проблемы лесного комплекса / Сборник научных трудов по итогам межд. НТК. Выпуск 11.- Брянск: БГИТА, 2005.- С. 69-71.