РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ РАСЧЕТА УПЛОТНЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КОЛЁСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ ЛЕСНЫХ МАШИН  НА СЛАБЫЕ ПОЧВО-ГРУНТЫ

 

Лобанов В.Н. (БГИТА, г. Брянск, РФРФ)

 

Development of programs of calculation of condensing influence of wheel and track laying wood vehicles on soft grounds

 

Ключевые слова: грунт, колесные, гусеничные машины

Key words: Soil, wheel, track laying vehicles

 

Механизм взаимодействия гусеничных лесных машин со слабым грунтом значительно сложнее, чем у обычной гусеничной техники (транспортной, сельскохозяйственной, экскаваторной). Это объясняется 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 почво-грунта происходит не только в верхних слоях, но и на глубине.

Определение основного параметра механики грунтов – нормального напряжения сжатия представляет собой сложную задачу, особенно для случаев динамического нагружения, которые характеризуются незначительным временем воздействия.

В настоящее время процессы взаимодействия гусеничных машин со слабыми лесными грунтами описываются без учета изменения их физико-механических свойств при деформировании и без учета времени протекания процесса.

Определение плотности и скорости деформации грунта с учетом изменения его параметров при динамическом нагружении проведем с использованием положений волновой теории деформации.

Основные уравнения, описывающие вертикальное движение частиц грунта в переменных Эйлера, имеют вид [1, 4]:

                     (1)

где  ν -  коэффициент,  зависящий от формы движителя (для плоской - ν = 0, для цилиндрической - ν = 1, для сферической -  ν = 2); ρ(z,t) -  плотность грунта; V(z,t) -   скорость перемещения частиц грунта; z  - глубина, на которую распространяется фронт волны (в расчетах z = 2b), м.

При движении лесных гусеничных машин по лесосеке  грунт под движителем изменяет свою форму и объем. В толще грунта под движителем возникает волна деформации, под действием которой частицы грунта перемещаются  вниз.

Так как относительная  деформация грунта изменяется в пределах от  0 до 1, то его  плотность в пространстве между гусеничным движителем и волной можно считать практически постоянной. Тогда первое уравнение системы (1) примет вид

                             

или с учетом, что ρ  ≠ 0

                                    (2)

Решая уравнение (2) с граничным условием

V0 =V1 (z= V0 t, t)  при  t ≥ 0,                                    (3)

найдем скорость V1 (z, t).  Решение будем искать в виде:

V1 (z, t) =  V1 ( t) · V1 (z), где  V1 (t) ≠ 0.                        (4)

Подставляя  (4) в (2) и разрешив его относительно функции V1(z), получим уравнение

 или               (5)

Из (3) видно, V1(z, t) убывающая по z функция, так как  .

Интегрируя уравнение (5), имеем

       или       ,                        (6)

где с -  производная постоянная.

Подставляя выражение V1(z) в уравнение (4), получим

.                                                (7)

Используя граничное уравнение (3) z = V0 t,  имеем выражение для V0

, при t ≥ 0.                                    (8)

Решаем совместно уравнения (8) и (7), получим

.                         (9)

В окончательном виде получаем выражение для определения скорости движения частиц грунта V1 и плотность грунта   ρ1 между движителем и фронтом волны:

;

                                (10)

.

 

 

Расчет плотности грунта в его толще:       

1. Запустить файл Расчет плотности, ехе.

2.Ввести исходные данные: р0 - плотность в толще грунта, г/см3; V0 - скорость движения трактора, м/с; t - время движения трактора, с; v - коэффициент формы движителя; b - ширина гусеницы, м; L - опорная длина гусеницы, м; q0 - давление гусеницы на грунт, H/m2,z - максимальное и минимальное значение величины распространения фронта волны, м.

 

Расчет напряжения в толще грунта:

Запустить файл Расчет напряжения, ехе.

Ввести исходные данные: b-ширина гусеницы, м; L-опорная поверхность гусеницы, м; z - глубина распространения фронта волны, м; q0 -максимальное и минимальное значение давления гусеницы на грунт, Н/м2

 

Исходные данные

Коэффициент Пуассона для грунтов μ:

 

осушенная торфяная целина

0,28

влажная почва с перегноем

0,3

задернелая почва

0,35

песок

0,4

Плотность грунта на поверхности р0, кг/м3

0,56

Скорость движения трактора V0, м/с

0,1-0,3

Опорная длина гусеницы L, м:

 

ТДТ-55

2,32

ТТ-4

2,72

Ширина гусеницы b, м:

 

ТДТ-55

0,42

ТТ-4

0,5

Давление гусеницы на поверхность грунта q, Н/м

0,1 - 0,6

 

Полученные  зависимости (10) позволяют определить плотность грунта   ρ1 и скорость перемещения частиц  грунта V1 между движителем и фронтом волны, возникающей при динамическом воздействии колеса и  гусениц движущейся машины.

 

Список использованных источников

1. Ляхов Г.М. Волны в грунтах и пористых средах. – М.: Наука, 1982. – 286 с.

2. Умов Н.А. Избранные сочинения. – М.: Наука, 1950. – 412 с.

3. Лобанов В.Н. Исследование взаимодействия гусеничного движителя с деформируемым грунтом. В кн. «Оптимальное взаимодействие». Симпозиум по террамеханике. - Суздаль, 1992. –С. 93-97.

4. Баладинский В.Л., Моисеенко В.Г., Фомин А.В. Динамика разрушения сред в строительстве и горном деле. В кн. «Оптимальное взаимодействие». Симпозиум по террамеханике. - Суздаль, 1992. –С.251-258.