Актуальность проблемы. 
Распределение проходов по длине волока и расчёт рейсовых нагрузок трелёвочного трактора при движении по грунтам с низкой несущей способностью на примере хлыстовой технологии заготовки леса

длина трактор волокно колея Как правило, когда рассматриваются вопросы расчета рейсовой нагрузки трелевочного трактора, при определении коэффициентов сопротивления движению трактора или сил сопротивления движению трактора оперируют некоторыми средними показателями. Средние показатели адекватно описывают процессы движения трактора по грунтам, которые характеризуются высокой несущей способностью. При движении по грунтам с низкой несущей способностью, когда происходит образование колеи и с каждым новым проходом трактора глубина колеи увеличивается, происходит изменение и сил сопротивления движению трактора при каждом проходе.

Так в работе [1] представлена зависимость коэффициента сопротивления движению трактора ТТ-4 от глубины колеи. При движении по лесному суглинистому грунту с влажностью 40% этот коэффициент изменяется от 0,1 при первом проходе до 0,3 при глубине колеи более 50 см.

В обзоре [2] рассматривается эмпирическая зависимость с помощью, которой определяется сопротивление движению колесного трактора в процессе образования колеи.

В исследованиях, предлагаемых в работе [3] приводятся данные об изменении силы сопротивления движению трактора при первом проходе и при проходе в максимальной колее, причем данные представлены как для движения с грузом, так и для порожних проходов.

Результаты исследований в работе [4] указывают на то, что при увеличении глубины колеи с 0,02 до 0,3 м сила сопротивления качению возрастает в 4,2 раза.

Кроме этого на лесосеках существуют участки с различной несущей способностью грунта, и волок проходит как в местах с более «слабыми» грунтами, так и в местах с грунтами более высокой несущей способностью.

Эти работы позволяют сделать вывод о том, что в процессе трелевки при первых проходах трактор формирует первоначальную рейсовую пачку, по мере увеличения проходов по одному следу и соответственно по мере увеличения глубины колеи размер пачки трелевочного трактора следует корректировать. Рассматривая всю протяженность волока, следует, отметить, что количество проходов трактора в разных частях волока изменяется. В начале волока проходов больше, по мере приближения к концу волока количество проходов уменьшается. Из-за различия в количестве проходов и разнице в глубине колеи на участке волока сила сопротивления движению трактора по длине волока также будет изменяться. Тогда в процессе трелевки самый нагруженный, по общему количеству проходов, участок будет определять расчетную рейсовую нагрузку трактора при каждом проходе и вид распределения проходов по длине волока. Расчетный объем пачки по мере образования глубокой колеи изменяется — это необходимо учитывать при планировании лесосечных работ, особенно, на участках с переувлажнёнными грунтами.

Рассмотрим, как будет меняться расчётная рейсовая нагрузка и количество проходов трелёвочного трактора по волоку, если учитывается изменение условий движения по волоку из-за образования глубокой колеи и сравним эти данные с результатами расчётов, выполненных с помощью традиционных принципов.

Методы проведения исследований Проведем расчеты по определению изменения размера пачки и распределения проходов по пасечному волоку на примере использования системы машин: валочно-пакетирующая машина МЛ-135 и трелевочный трактор — пачкоподборщик ТЛК 4−01.

Максимальный вылет манипулятора МЛ-135 равен 9,4 м. Зона обработки площади с одной стоянки машины МЛ-135:

.

где R — вылет манипулятора валочно-пакетирующей машины, м;

l — расстояние между стоянками, м.

Принимаем, что машина работает на максимальном вылете 9 м и расстояние между стоянками 4 м. Зона обработки площади:

м2.

Определим объем пачки формируемый с площади S = 71,4 м² при запасе леса 200 м3/га — м3. Машина МЛ-135 оборудована накопителем в захватно-срезающем устройстве (ЗСУ). При наличии накопителя в ЗСУ валочно-пакетирующей машины объемы формируемых пачек на лесосеках можно увеличить.

Валочно-пакетирующая машина, сформировав с одной стоянки в накопителе пачку, переезжает к следующей стоянке, где укладывает ее, затем срезает деревья с данной стоянки и укладывает в ту же пачку. В данной работе будем считать, что в результате таких приемов формируется пачка объемом 2,8 м³, то есть пачка формируется с двух стоянок валочно-пакетирующей машины и расстояние между соседними пачками равно 8 м.

В работе [3] приведены результаты испытаний колесного трактора ТЛК 4−01. Так при трелевке за вершины объемы пачек достигали 11 м³, сила сопротивления движению при первом проходе с грузом составила 36 кН. Трактор сделал 27 проходов по одному следу прежде, чем был достигнут максимальный размер колеи — 70 см. Сила сопротивления движению с грузом при максимальной глубине колеи составила 80 кН. Коэффициенты сопротивления движению составили при первом проходе 0,194, при движении в максимальной колее 0,432.

Так как условия движения по волоку изменяются с каждым проходом, рассчитаем объемы возможных рейсовых нагрузок при этих изменяющихся условиях.

Объем пачки трелевочного трактора рассчитывается на основе известных зависимостей [5]:

.

где:

• — касательная сила тяги трактора, кН;
• — масса трактора, т;
• — ускорение свободного падения, м/с2;
• — коэффициент сопротивления движению трактора;
• — угол уклона пути движения трактора с пачкой (при уклоне до 50);

— коэффициент распределения массы пачки между коником трактора и поверхностью движения;

— коэффициент сопротивления движению волочащейся части пачки.

Максимальная касательная сила тяги для трактора ТЛК 4−01 равна 112 кН. Масса трактора = 14,67 т. Коэффициент распределения массы пачки между коником трактора и поверхностью движения =0,3 при трелевке за вершины. Коэффициент сопротивления движению волочащейся части пачки =0,8.

Рассчитаем объем возможных рейсовых нагрузок, учитывая при этом, что выражение есть сила сопротивления движению трактора, которая также как и коэффициент сопротивления движению трактора, изменяется в процессе осуществления проходов трактора.

В качестве критических значений коэффициента сопротивления движению, в процессе, когда происходит интенсивное изменение условий движения, в соответствии с выше приведёнными работами для обозначенных условий используем значения 0,295 после 12 прохода, 0,387 после 22 прохода.

Результаты расчета рейсовых нагрузок при средней плотности древесины в пачке, с=0,96 т/м3, представлены в виде графика рис. 1.

Рис. 1. Зависимость рейсового объема пачки от числа проходов трактора.

При первом проходе объем пачки трактора по условиям движения составляет чуть более 11 м³. Для условий, рассматриваемых в данной работе, валочно-пакетирующая машина формирует пачки объемом 2,8 м³. С целью полного использования грузоподъемности трелевочного трактора и повышения эффективности работы используют прием сдваивания пачек. Тогда в рассматриваемом случае целесообразно осуществлять за один рабочий ход трелевку трех пачек с общим объемом 8,4 м³. По условиям движения трелевка такого объема возможна до 12 прохода. Далее, когда из-за образовавшейся колеи изменяется сопротивление движению трактора, необходимо корректировать и рейсовую нагрузку. На рис. 1 объем пачки, начиная с 12 прохода, должен быть меньше 8,2 м³, то есть с 12 прохода за один рабочий ход осуществляется трелевка двух пачек с общим объемом 5,6 м³. В очередной раз необходимо скорректировать рейсовую нагрузку трелевочного трактора при 22 проходе, когда по условиям движения необходимо осуществлять трелевку пачки объемом не более 5,5 м³. В рассматриваемом случае с 22 прохода начинается процесс трелевки без осуществления приема сдваивания пачек, то есть рейсовая нагрузка трелевочного трактора составляет 2,8 м³.

Трелевка пачки объемом 2,8 м³ приводит к неполному использованию грузоподъемности трелевочного трактора по условиям движения, практически повысить рейсовую загрузку трактора можно за счет сдваивания целой пачки и половины пачки. Половина пачки может быть образована валочно-пакетирующей машиной за счет варьирования расстояний переезда.