МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА РОТОРА-МЕТАТЕЛЯ ЛЕСОПОЖАРНОЙ ГРУНТОМЕТАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

И.М. Бартенев, А.Ф. Петков, Н.С. Камалова

Скачать

№ 1 (41)

Технологии. Машины и оборудование

Сведения об авторах

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

Петков Александр Федорович – аспирант, младший научный сотрудник

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

e-mail: alexanderpetkoff@mail.ru

Камалова Нина Сергеевна – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры общей и прикладной физики

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

e-mail: rcamel@yandex.ru

 

Аннотация: 

Работа описывает теоретические исследования математических, физических и имитационных моделей изучения грунтометательной техники, в частности, взаимодействие ротора-метателя с почвогрунтом. Изменения и новшества, проводимые мировым сообществом, получают развитие во многих направлениях, связанных с защитой леса от неконтролируемых лесных пожаров. Распространение неконтролируемого лесного низового пожара по горючему биотопливу происходит беглыми набегами по подстилке и по основаниям стволов деревьев с различной скоростью, а высота пламени без принятия мер достигнет верхушки дерева. Нами предложен вариант лесопожарного грунтомета, который выполняет технологический процесс с подъемом пласта грунта над поверхностью почвы, а затем уже трехступенчатый ротор-метатель производит выбрасывание почвогрунта в заданном направлении. Процесс метания грунта в количестве, достаточном для тушения лесной наземной кромки огня, представляет собой сложную систему взаимодействия рабочего органа со средой сыпучих элементов. Основная проблема, на наш взгляд, связана с недостаточным объемом грунта, подаваемым существующими агрегатами. Исследуется вопрос о формализованном моделировании движения грунта в процессе работы ротора лесопожарного грунтомета. При современном развитии цифровых технологий процесс принятия решения о способах модернизации технического оборудования немыслим без проектирования рабочего процесса. Для постоянного развития модели формальные соотношения должны содержать параметры, характеризующие влияние условий эксплуатации оборудования. Таким образом, непрерывное проведение вычислительного эксперимента позволит не только оценивать параметры рабочего процесса, но и управлять оптимизацией самой модели для определения наиболее эффективных значений ее параметров. На первом этапе моделирования было принято решение, что основным параметром эффективности модернизации станет величина средней дальности полёта грунта. Формульные соотношения для модели были получены в рамках физики полёта материальной точки под углом к горизонту при минимальном влиянии внешней среды (пренебрежимо малой вязкости воздуха). На первом этапе моделирования с помощью электронных таблиц была проведена оценка зависимости p(t) с помощью электронных таблиц, которая показала, что давление в системе стабилизируется за доли секунды. Таким образом, с помощью соотношений модели можно определять в результате вычислительного эксперимента величину средней дальности полёта грунта.

 

Ключевые слова: 

рабочий орган, грунтомет, полосопрокладыватель, грунт, имитационная модель

 

Литература: 
  1. Lacroix, K. Climate change beliefs shape the interpretation of forest fire events / K. Lacroix, R. Gifford, J. Rush // Climatic Change. – 2020. – Vol. 159. – № 1. – P. 103–120.
  2. Savchenkova, V. A. The problem of fire fighting during the hours of darkness / V. A. Savchenkova [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2020. – No. 421. – 062002. – DOI: http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/421/6/062002.
  3. Особенности противопожарного обустройства лесов в Российской Федерации / Д. Ю. Дручинин, М. А. Гнусов, С. В. Малюков, И. В. Четверикова // Resources and Technology. – 2020. – Т. 17. – № 2. – С. 80–96. – DOI: 10.15393/j2.art.2020.5302.
  4. Малюков, С. В. Истоки зарождения грунтометательных машин / С. В. Малюков, Д. С. Ступников // Воронежский научно-технический Вестник. – 2018. – Т. 4. – № 4. – С. 83–96.
  5. Бартенев, И. М. К вопросу о тушении лесных пожаров грунтом / И. М. Бартенев, Д. Ю. Дручинин, М. А. Гнусов // Лесотехнический журнал. – 2012. – № 4 (8). – С. 97–101.
  6. Forest fires: methods and means for their suppression / M. Drapalyuk, D. Stupnikov, D. Druchinin, E. Pozdnyakov // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2019. – No. 226. – 012061. – DOI: 10.1088/1755-1315/226/1/012061.
  7. Орловский, С. Н. Теоретическое и экспериментальное исследование резания лесных почв фрезерными рабочими органами / С. Н. Орловский, А. И. Карнаухов // Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов. – Воронеж, 2006. – С. 156–163.
  8. Modern designs of forest fires machines for soil extinguishment of fire / I. M. Bartenev, S. V. Malyukov, M. A. Gnusov [et al.] // Engineering and earth sciences: applied and fundamental research (ISEES 2018). – Grozni, 2018. – P. 48–53.
  9. Колычев, С. А. Стратификация задачи предсказания угрозы лесных пожаров методами системного анализа / С. А. Колычев // Физико-математическое моделирование систем : Матер. XIX Междунар. семинара. – 2018. – С. 137–140.
  10. Колычев, С. А. Механизм обоснования инвестиционной стратегии на основе прогноза динамики рынка лёгких самолётов / С. А. Колычев // Управление экономическими системами: электронный научный журнал. – 2017. – № 12 (106). – С. 31.
  11.  Евсиков, Ф. Д. Применение формализованного моделирования сложных систем к прогнозированию пожаров / Ф. Д. Евсиков, Н. С. Камалова, В. И. Лисицын // Развитие идей Г.Ф. Морозова при переходе к устойчивому лесоуправлению : Матер. междунар. науч.-техн. юбилейной конференции. – 2017. – С. 27–30.
  12.  Системный подход к проблеме обоснования модернизации лесозаготовительных машин / П. И. Попиков, Н. Ю. Евсикова, Н. С. Камалова, В. С. Полянин // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сборник науч. трудов по материалам междунар. заочной науч.-практ. конференции. – Воронеж, 2015. – № 2. – Ч. 2 (13-2). – С. 296–300.