МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОРЧЕВАНИЯ ДЕРЕВЬЕВ САМОХОДНОЙ МАШИНОЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ДИНАМИКИ ЧАСТИЦ

В.И. Прядкин, И.М. Бартенев, В.В. Посметьев

Скачать

№ 4 (36)

Технологии. Машины и оборудование

Прядкин Влавдимир Ильич – доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобилей и сервиса

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: vip16.vgltu@mail.ru

Бартенев Иван Михайлович – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: kafedramehaniza@mail.ru

Посметьев Виктор Валерьевич – кандидат физико-математических наук, директор ИП Посметьев, г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: viktorvpo@mail.ru

 

Аннотация: 

В статье приведен анализ способов корчевания деревьев. За рубежом наибольшее распространение получил способ, при котором происходит одновременное удаление надземной и подземной частей деревьев в процессе одной технологической операции путем приложения нагрузки к стволу на некотором расстоянии от поверхности земли. Основными техническими средствами реализации технологии прямого корчевания являются самоходные высокопроизводительные корчеватели различной мощности, а процесс корчевания деревьев осуществляется, в основном, при вертикально приложенном усилии, когда создается опрокидывающий момент. Цель исследования – разработка математической модели процесса корчевания деревьев при вертикально приложенном усилии на основе метода динамики частиц. Разработанная математическая модель позволяет моделировать почву и корневую систему деревьев, находящуюся в ней, а также процесс выемки корневой системы дерева, определить вертикальное усилие, приложенное к стволу дерева, при котором происходит обрыв питающих корней и выход основных корней из почвы. В ходе проведения численного эксперимента установлено, что при корчевании деревьев диаметром 300 мм максимальное вертикальное усилие достигает 74 кН. Благодаря высокой физической адекватности и пространственным разрешением модель позволяет исследовать влияние параметров корчевателя и корневой системы на эффективность процесса корчевания.

 

Ключевые слова: 

самоходный корчеватель пней, машинные технологии корчевания, способ корчевания, метод динамики частиц

 

Для цитирования: 

Прядкин, В. И. Моделирование процесса корчевания деревьев самоходной машиной на основе метода динамики частиц / В. И. Прядкин, И. М. Бартенев, В. В. Посметьев // Лесотехнический журнал. – 2019. – Т. 9. – № 4 (36). – С. 151–161. – Библиогр.: с. 158–160 (25 назв). – DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2019.4/17.

 

Литература: 

1. Винокуров, В. Н. Машины и механизмы лесного хозяйства и садово-паркового строительства / В. Н Винокуров, Г. В. Силаев, А. А. Золотаревский. – Москва, 2004.

2. Laitila, J. Comparison of two harvesting methods for complete tree removal on tree stands on drained peatlands / J. Laitila, K. Väätäinen, A. Asikainen // Suoseura. – 2013. – No. 64(2-3). – P. 77–95.

3. Конструкции и параметры машин для расчистки лесных площадей: монография / И. М. Бартенев, М. В. Драпалюк, П. И. Попиков, Л. Д. Бухтояров. – Москва : Флинта : Наука, 2007. – 208 с.

4. Criteria and guidance considerations for sustainable tree stump harvesting in British Columbia / S. M. Berch, M. Curran, C. Dymond [et al.] // Scandinavian Journal of Forest Research. – 2012. – No. 27(8). – P. 709–723.

5. Stump removal to control root disease in Canada and Scandinavia: A synthesis of results from longterm trials / M. R. Cleary, N. Arhipova, D. J. Morrison [et al.] // Forest Ecology and Management. – 2013. – No. 290. – P. 5–14.

6. Czereyski, K. Rationalization of stump extraction (FO-FAO/ECE/LOG, 158) / K. Czereyski, I. Galinska, H. Robel. Geneva: Joint FAO/ECE/ILO Committee on Forest Working Techniques and Training of Forest Workers, 1965.

7. Гуцелюк, H. A. Технология машин в лесном и садово-парковом хозяйствах / H. A. Гуцелюк, C. B. Спиридонов. – Санкт-Петербург : ПрофиКС, 2008. – 696 с.

8. Машины и механизмы лесного и лесопаркового хозяйства / А. Ф. Алябьев, В. Н. Винокуров, В. И. Казаков, A. A. Котов, В. Г. Шаталов ; под ред. В. Н. Винокурова. – Москва : ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. – 468 с.

9. Бычков, В. В. Ресурсосберегающие технологии и технические средства для механизации садоводства / В. В. Бычков, Г. И. Кадыкало, И. А. Успенский // Садоводство и виноградарство. – 2009. – № 6. – С. 38–42.

10. Ресурсосберегающие технологии восстановления придорожных лесополос / А. В. Артёмов, А. В. Федянин, С. А. Ермоленко, В. И. Прядкин // Матер. III Междунар. науч.-практ. конференции, в рамках
3-го Международного Научного форума Донецкой Народной Республики ; Донецкая академия транспорта; ГУ "Институт Экономических Исследований", 2017. – С. 159–61.

11. Тенденции развития перспективных технических средств для корчевания деревьев / А. В. Артёмов, А. В. Федянин, С. А. Ермоленко, В. И. Прядкин // Альтернативные источники энергии на автомобильном транспорте: проблемы и перспективы рационального использования. – Т. 4. – № 1 (7). – Воронеж, 2017. – С. 343–348.

12. Египко, C. B. Совершенствование технологии корчевания одиночных пней рычажным корчевателем / С. В. Египко // Лесное хозяйство. – 2006. – № 5. – С. 46–47.

13. Czupy, I. Vertical force requirement for stump lifting / I. Czupy, E. Horvath-Szovati // Journal of Forest Science. – 2013. No. 59(7). – P. 267–271.

14. Golob, T. B. Analysis of forces required to pull out stumps of varying age and different species (Information Report FMR-X-92) / T. B. Golob, T. B. Tsay, D. A. MacLeod. – Ottawa, Ontario, Canada: Forest Management Institute, Canadian Forestry Service, 1976.

15. Forces required to vertically uproot tree stumps / O. Lindroos, M. Henningsson, D. Athanassiadis, T. Nordfjell // Silva Fennica. – 2010. – No. 44(4). – P. 681–694.

16. Завражнов, А. А. Теоретическое определение усилия разрушения корней в почве рабочим органом корчевателя / A. A. Завражнов, В. Ю. Ланцев, Д. А. Егоров // Достижения науки и техники АПК. – 2013. – № 4. – С. 49–51.

17. Дручинин, Д. Ю. Математическая модель взаимодействия рабочего органа выкопочной машины с почвой и корнями растений / Д. Ю. Дручинин, О. Р. Дорняк, М. В. Драпалюк // Научный журнал КубГАУ. – 2011. – № 68(04).

18. Разработка коцептуальной модели корчевателя пней плодовых деревьев / А. И. Завражнов, A. A. Завражнов, В. Ю. Ланцев, Д. А. Егоров // Технологии и средства механизации в АПК. Вестник МичГАУ. – 2012. – № 1, Ч. 1. – С. 154–162.

19. Jakob, C. Particle Methods. An Overview / C. Jakob, H. Konietzky. – Freiberg, 2012. – 24 p.

20. Хокни, Р. Численное моделирование методом частиц / Р. Хокни, Дж. Иствуд. – Москва : Мир, 1987. – 638 с.

21. Hoover, W. G. Atomistic Nonequilibrium Computer Simulations / W. G. Hoover // Physica A. – 1983. – Vol. 118. – P. 111–122.

22. Кривцов, А. М. Деформирование и разрушение тел с микроструктурой / А. М. Кривцов. – Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 304 с.

23. Белоцерковский, О. М. Метод крупных частиц в газовой динамике / О.М. Белоцерковский, Ю. М. Давыдов. – Москва : Наука, 1982. – 392 с.

24. Григорьев, Ю. Н. Численное моделирование методами частиц-в-ячейках / Ю. Н. Григорьев, В. А. Вшивков, М. П. Федорук. – Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2004. – 360 с.

25. Зализняк, В. Е. Основы вычислительной физики. Ч. 2. Введение в методы частиц / В. Е. Зализняк. – Москва – Ижевск : НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика” ; Институт компьютерных исследований, 2006. – 156 с.