МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВЫРЕЗНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ДИСКОВ С ГИДРОПРИВОДОМ ЛЕСОПОЖАРНОЙ ГРУНТОМЕТАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

М.А. Гнусов, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, Н.А. Шерстюков

Скачать

№ 1 (37)

Технологии. Машины и оборудование

Сведения об авторах

Гнусов Максим Александрович – кандидат технических наук, научный сотрудник научно-исследовательского отдела (НИО)

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

e-mail: mgnusov@yandex.ru

Драпалюк Михаил Валентинович – 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: md@vglta.vrn.ru

Попиков Петр Иванович – 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: popikovpetr@yandex.ru

Шерстюков Никита Александрович – аспирант кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин

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

e-mail: nikita.sherstyukov@mail.ru

 

Аннотация: 

В данной статье значительное внимание уделяется методике математического создания структурно сложной почвенной среды с растительностью. Определены конструктивные и технологические параметры взаимодействия рабочих органов лесопожарного грунтомета с почвогрунтом с помощью имитационно физико-математической модели взаимосвязи сферического диска, оснащенного режущей кромкой с полукруглыми вырезами, с почвенной средой. В матмодели представлены сложная геометрия всех форм активных рабочих плоскостей, а также взаимосвязь рабочих органов с элементами почвогрунта. Поверхности сложной конструкции в процессе применения метода конечных элементов преобразованы в большое количество упрощённых плоских фигур. Грунт в имитационно физико-математической модели описан как комплексная система большого количества элементов шарообразной формы, детерминированным образом связывающихся между собой, а также с рабочими плоскостями машины. Было определено, что взаимосвязь частиц почвогрунта при деформации имеет вязкоупругий характер взаимодействия. Представлен расчет сил в виде алгоритма взаимодействия элементов друг на друга в зависимости от расстояния их расположения. Использованы уравнения движения, описывающие изменение динамического состояния грунта с течением времени. Движение рабочих органов агрегата, в том числе и сферических дисковых рабочих органов с вырезами в рамках математической модели, рассматривается в моделируемом пространстве, описанном как параллелепипед. Возможно моделирование взаимодействия рабочих органов лесопожарной грунтометательной машины с рабочей средой, в том числе с корнями растений, которые расположены рядом друг с другом в виде сферических элементов в геометрической области. Задача повышения эффективности рабочих процессов лесопожарной грунтометательной машины при прокладке противопожарных полос решена благодаря повышению качества подготовки сферическими дисками с гидроприводом, оснащенными режущей кромкой с полукруглыми вырезами, почвенного вала, который впоследствии забирают фрезы-метатели и подают поток грунта в заданном направлении.

 

Ключевые слова: 

резание почвы, почвенная среда, рабочий орган, сферический диск, моделирование, метод конечных элементов, сферическая частица

 

Для цитирования: 

Моделирование рабочего процесса вырезных сферических дисков с гидроприводом лесопожарной грунтометательной машины / М. А. Гнусов, М. В. Драпалюк, П. И. Попиков, Н. А. Шерстюков // Лесотехнический журнал. – 2020. – Т. 10. – № 1 (37). – С. 185–192. – Библиогр.: с. 191–192 (12 назв.). – DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2020.1/23

 

Литература: 
  1. Патент 2684940 РФ, МПКЕ02F 3/18 (2006.01) E02F 5/00 (2006.01) A62C 3/02 92006.01). Пожарный грунтомет-полосопрокладыватель : 2018125062, 09.07.2018 ; заявл. 09.07.2018 ; опубл. 16.04.2019 / И. М. Бартенев, П. И. Попиков, С. В. Малюков, С. В. Зимарин, Н. А. Шерстюков; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».
  2. Математическая модель процесса подачи и выброса грунта рабочими органами комбинированной машины для тушения лесных пожаров / М. В. Драпалюк, И. М. Бартенев, М. А. Гнусов [и др.] // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2012. – № 84. – С. 232–246.
  3. Hoover, W. G. Atomistic Nonequilibrium Computer Simulations / W. G. Hoover // Physica A. – 1983. – Vol. 118. – P. 111–122.
  4. Белоцерковский, О. М. Метод крупных частиц в газовой динамике / О. М. Белоцерковский, Ю. М. Давыдов. – Москва : Наука, 1982. – 392 с.
  5. Хокни, Р. Численное моделирование методом частиц / Р. Хокни, Дж. Иствуд. – Москва : Мир, 1987. – 638 с.
  6. 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.
  7. Кривцов, А. М. Метод частиц и его использование в механике деформируемого твердого тела / А. М. Кривцов, Н. В. Кривцова // Дальневосточный математический журнал ДВО РАН. – 2002. – Т. 3. – № 2. – С. 254–276.
  8. Español, P. Hydrodynamics from Dissipative Particle Dynamics / P. Español // Phys. Rev. E. – 1995. – Vol. 52. – P. 1734–1742.
  9. Jakob, C. Particle Methods. An Overview / C. Jakob, H. Konietzky. – Freiberg, 2012. – 24 p.
  10. Particle Dynamics Modeling for Colloid Suspensions / D. S. Bolintineanu, G. S. Grest, J. B. Lechman [et al.] // Comp. Part. Mech. – 2014. – Vol. 1. – P. 321–356.
  11. A Disspative Particle Dynamics Method for Arbitrary Complex Geometries / Li Zhen, Bian Xin, Tang Yu-Hang, G. E. Karniadakis // arXiv:1612.08761v1.
  12. Kovalev, O. O. On Simulation of Hydraulic Fracturing Using Particle Dynamics Method / O. O. Kovalev // Proc. of Summer School – Conference "Advanced Problems in Mechanics". – Saint-Petersburg, 2013. – P. 285–291.