Обоснование основных ограничений по использованию трелевочных средств в горной местности

В настоящее время около 20 % всей лесопокрытой площади России приходится горные леса Северного Кавказа, при этом доля запаса древесины на данных территориях около 30 % от общего по стране.

Одной из основных особенностей лесозаготовок в горных районах является более высокая стоимость их проведения, связанная со сложными условиями работ из-за рельефа местности. При освоении лесных массивов в горной местности больше всего увеличиваются затраты на первичный транспорт и вывозку леса. Вопрос выбора наиболее экономичных схем транспортного освоения горных лесных участков местности постоянно является актуальным при совершенствовании производственной деятельности лесозаготовительных предприятий [4, c. 25; 2, с.108].

Рельеф разрабатываемых горных территорий снижает производительность и экономичность транспорта леса посредством ухудшения эксплуатационных показателей технических средств (скорость движения, нагрузка, часовая транспортная работа, расход топлива). Стремление исправить такую ситуацию путем уменьшения проектируемых уклонов транспортных путей за счет развития ведет к росту затрат на их строительство, росту протяженности транспортной траектории, а значит и продолжительность движения. Для обоснования оптимального варианта транспортировки древесины из нескольких альтернатив необходимо иметь данные по критическим значениям уклона местности для функционирования каждого сравниваемого технического средства.

В горных условиях в грузовом направлении, как правило, преобладают спуски. В силу этого предельным уклоном для горных лесозаготовок следует считать максимальный подъем в порожнем направлении, который способен преодолеть трактор без груза на 1 передаче без буксования и остановки двигателя. Величина предельного подъема, в этом случае, ограничится мощностью двигателя трактора и условиями сцепления.

Рассмотрим движение трактора на подъеме. Очевидно, при достаточно мощном двигателе движение возникает, когда:

(1)

где - сила тяги трактора, ограничиваемая по условиям сцепления, кН;

- величина суммарного сопротивления движению, кН.

Из расчетной схемы (рис. 1) видно, что

(2)

где - коэффициент сопротивления перемещению трактора;

-угол наклона, град.;

-вес трактора, кН.

Максимальная величина силы тяги по условиям сцепления определяется по формуле

(3)

где - коэффициент сцепления;

- сцепной вес тягача, кН.

Рис. 1. Расчетная схема для определения предельных значений

В свою очередь

(4)

Подставив значения и в основное уравнение, получим

(5)

Разделим обе части полученного равенства на , тогда и отсюда

(6)

Полагая для летних условий работы, получим предельные значения при различных условиях сцепления (рис. 2).

Из графика видно, что условия сцепления оказывают значительное влияние на величену . По данным исследований наиболее типичными для работы трелевочных тракторов в летний период являются условия, когда . Для зимних условий коэффициент сцепления изменяется в следующих пределах . Как видно из графика, для работы в летних условиях а зимних Следовательно, угол подъема является предельно возможным для трелевочного трактора по условиям сцепления.

Рис. 2. Предельные значения в различных условиях сцепления

Определим предельное значение подъема для трелевочного трактора при реализации силы тяги, ограничиваемой мощностью двигателя. Уравнения движения трактора (рис. 1) имеет вид:

(7)

где - касательное усилие на гусеницах трактора, кН.

После преобразования, полагая, что получим полное приведенное квадратное уравнение

(8)

Решая это уравнение относительно , будем иметь

(9)

Для движения трактора вниз по склону расчет и может быть справедлив при обеспечении достаточного сцепления движителя трактора с грунтом и безопасность движения. На рис. 1 приведена схема действия сил, для случая, когда трактор вместе с грузом находится в состоянии покоя на спуске ().

В соответствии с обозначенной схемой, если будет достаточно большим, то

(10)

и трактор вместе с пакетом древесины под действием суммарной составляющей от веса груженого поезда начнет перемещаться вниз по склону.

Обозначим

(11)

(12)

где -доля рейсовой нагрузки, приходящаяся на коник трактора, кH;

-доля рейсовой нагрузки, приходящаяся на волок, кH;

-коэффициент сопротивления перемещению древесины;

-вес груженого средства, кH.

Для нашего случая обязательным является условие

(13)

Разделив обе части неравенства на , получим

(14)

где - величина рейсовой нагрузки, кН.

Следовательно, для обеспечения безопасных условий работы трелевочного трактора на спуске при перемещении пачки древесины вниз по волоку необходимо и достаточно чтобы:

(15)

Обозначив отношение окончательно получим:

(16)

Произведенными расчетами для обозначенных к исследованию трелевочных тракторов установлено (табл. 1), что максимальный подъем, ограничиваемый мощностью двигателя: для ТЛТ-100 составляет – (в летних условиях) и (в зимних условиях), для MT-126 составляет - (в летних условиях) и (в зимних условиях).

Максимальный подъем, ограничиваемый сцеплением движителя с поверхностью: для ТЛТ-100 составляет – (в летних условиях) и (в зимних условиях), для MT-126 составляет - (в летних условиях) и (в зимних условиях).

По условию обеспечения безопасных условий работы на спуске: для ТЛТ-100 составляет – (в летних условиях) и (в зимних условиях), для MT-126 составляет - (в летних условиях) и (в зимних условиях).

Таблица 1

Ограничения по использованию транспортных средств в горной местности

Полученные результаты исследования трелевочных тракторов сводятся в табл. 1, где одновременно представлены критические значения уклонов функционирования других типов техники с целью дальнейшего обоснования из них эффективного варианта первичного транспорта в горной местности.

Выводы

1. При обосновании оптимального варианта транспортировки древесины в горной местности необходимы данные по критическим значениям уклона местности каждой сравниваемой альтернативы [1, c. 3; 3, с. 76 ].

2. Для их расчета при функционировании трелевочных тракторов предлагается методика трех ограничений: в зависимости от мощности двигателя - , сцепления движителя с поверхностью почвогрунта - , условия обеспечения безопасных условий работы на спуске - .

3. Результаты расчета критических значений уклонов функционирования наиболее предпочтительных вариантов трелевочных тракторов в горной местности представлены в табличной форме совместно с другими типами технических средств первичного транспорта.

Литература:

1. Абрамов В.В. Разработка и обоснование эффективной технологии трелевки в малолесных районах: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Воронеж, 2009. —16 с.

2. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В. Выполнение трелевки в условиях постоянного и непрерывного лесопользования // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2008. - №6. - С. 108-111.

3. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Обоснование оптимальных параметров работы трелевочных средств на несплошных рубках // Лесотехнический журнал. — 2011. — № 1. — С. 76-80.

4. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Моделирование природных условий горной местности при исследовании первичного транспорта леса // Лесотехнический журнал. — 2011. — № 2. — С. 25-29.