ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ШНЕКОВОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ЛЕСОПОЖАРНОЙ ГРУНТОМЕТАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

П.И. Попиков, А.К. Поздняков, В.И. Усков, М.Н. Лысыч, М.А. Гнусов

Скачать

№ 3 (43)

Технологии. Машины и оборудование

Аннотация: 

В работе представлены результаты исследований рабочих процессов шнековых рабочих органов в различных отраслях производства. Установлено, что исследований технологических параметров шнековых рабочих органов при удалении напочвенного покрова с горючими растительными остатками проведено недостаточно. Предложена новая конструкция лесопожарной машины, включающая шнековые рабочие органы для удаления напочвенного покрова с горючими растительными остатками, вырезные диски для образования почвенного вала перед ротором-метателем, регулируемый кожух-направитель с возможностью изменять направленный поток грунта. Рабочий процесс гидропривода шнековых рабочих органов лесопожарной грунтометательной машины описан системой дифференциальных уравнений поступательного, вращательного движений шнекового рабочего органа и уравнением расходов рабочей жидкости. Рассмотрена задача Коши на интервале t∈ (t_0; t_end). В силу нелинейности исходная система сводится к системе рекуррентных соотношений, заменяя производные искомых функций их конечными аналогами. Эта система неразрешенная относительно старшего члена. Благодаря свойству фредгольмовости операторного коэффициента перед старшим членом можно применить метод расщепления системы на системы в подпространствах уменьшающихся размерностей и решить систему в этих подпространствах. Аналитическое решение математической модели удаления напочвенного покрова шнековыми рабочими органами лесопожарной грунтометательной машины при прокладке противопожарных полос и тушении низовых лесных пожаров позволяет по конечным формулам определить кинематические и динамические параметры шнековых рабочих органов. Проведено имитационное моделирование рабочего процесса шнека на лабораторном виртуальном стенде. Получены зависимости динамических характеристик шнековых рабочих органов при преодолении препятствий. Установлено, что максимальное среднее значение крутящего момента наблюдается при преодолении препятствия высотой 100 мм и скорости вращения рабочего органа 400 об/мин и составляет 1468,49 Н∙м, при котором не нарушается его работоспособность.

 

Ключевые слова: 

моделирование, напочвенный покров, шнековый рабочий орган, грунтометательная машина

 

Для цитирования: 

Математическое моделирование удаления напочвенного покрова шнековыми рабочими органами лесопожарной грунтометательной машины / П. И. Попиков, А. К. Поздняков, В. И. Усков, М. Н. Лысыч, М. А. Гнусов // Лесотехнический журнал. – 2021. – Т. 11. – № 3 (43). – С. 140–151. – Библиогр.: с. 147–150 (16 назв.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.3/12.

 

Литература: 

1. Лобанов Г. Л., Погоров Т. А. Математическая модель траектории движения ножей шнекового режущего аппарата в зоне резания стеблей растений. Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2017; 1(25). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/matematicheskaya-model-traektorii-dvizheniya-nozhey-shnekovo go-rezhuschego-apparata-v-zone-rezaniya-stebley-rasteniy (дата обращения: 14.05.2021).

2. Закиров М. Ф. Исследование влияния шага шнека на мощность привода питателя малогабаритного шнекороторного снегоочистителя. Интеллектуальные системы в производстве. 2015;2: 56-57. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=40999966/ (дата обращения: 27.04.2021).

3. Хайбуллин Р.Р. Теоретические основы разрушения грунта при фрезеровании и бурении рабочими органами строительных машин: автореф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.05.04. Mосква, 2008. URL: http://www.scholar.ru/speciality.php?spec_id=276 (дата обращения: 15.05.2021).

4. Bartenev I. M., Popikov P. I., Malyukov S. V. Research and development of the method of soil formation and delivery in the form of a concentrated flow to the edge of moving ground forest fire. IOP Conference Series: Earth and Environmental. 2019;226(1): 012052. DOI: 10.1088/1755-1315/226/1/012052.

5. Согин А. В. Средства гидромеханизиции для очистки водных объектов от донных отложений: дис. … д-ра техн. наук. Москва, 2011. 360 с. URL: https://www.dissercat.com/content/sredstva-gidromekhanizatsii-dlya-ochis... (дата обращения: 16.05.2021).

6. Бартенев И. М., Поздняков А. К. Анализ рабочих органов технических средств для тушения лесных пожаров. Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. Воронеж, 2020. № 1 (48). С. 119–122. DOI: 10.34220/2308-8877-2020-8-1-119-122.

7. Whitehouse N. J. Forest fires and insects: palaeoentomological research from a subfossil burnt forest. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2000;164(1-4): 231-246. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031018200001887 (дата обращения: 15.05.2021).

8. Nunez-Regueira L. [et al.] Calculation of forest biomass indices as a tool to fight forest fires. Thermochimica Acta. 2001;378(1-2): 9-25. DOI: 10.15372/SJFS20150609.

9. Бартенев И. М. (и др.) Комбинированный лесопожарный грунтомет и рекомендации по его применению. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012;84. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kombinirovannyy-lesopozharnyy-gruntomet-i-rekomendatsii-po-ego-primeneniyu (дата обращения: 16.05.2021).

10. Патент № 2684940 Российская Федерация, МПК Е02 F 3/18. Пожарный грунтомет-полосопрокладыватель : № 2016104672; 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 им. Г.Ф. Морозова». URL: https://patents.google.com/patent/RU2541987C1/ru (дата обращения: 01.02.2021).

11. Драпалюк, М. В. (и др.) Математическая модель процесса подачи и выброса грунта рабочими органами комбинированной машины для тушения лесных пожаров. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012;84. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/matematicheskaya-model-protsessa-podachi-i-vybrosa-grunta-rabochimi-organami-kombinirovannoy-mashiny-dlya-tusheniya-lesnyh-pozharov (дата обращения: 12.03.2021).

12. Гнусов М. А., Попиков П. И., Малюков С. В., Шерстюков Н. А., Поздняков А. К. Повышение эффективности предупреждения и тушения лесных пожаров с помощью лесопожарной машины. IOP: Материаловедение и инженерия. 2020;919(3): 032025. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-rezhimov-raboty-lesopozharnoy-gruntometatelnoy-mashiny-s-gidroprivodom-na-pokazateli-effektivnosti (дата обращения: 22.04.2021).

13. Kruggel-Emden H., Wirtz S., Scherer V. (2008) A study on tangential force laws applicable to the discrete element method (DEM) for materials with viscoelastic or plastic behavior. Chemical Engineering Science, 63(6), 1523-1541. URL: https://www.edemsimulation.com/papers/a-study-on-tangential-force-laws-applicable-to-the-discrete-element-method-dem-for-materials-with-viscoelastic-or-plastic-behavior/ (дата обращения: 27.05.2021).

14. Tsunazawa Y., Shigeto Y., Tokoro C., Sakai, M. (2015) Numerical simulation of industrial die filling using the discrete element method. Chemical engineering science, 138, 791-809. DOI: 10.14419/ijet.v7i2.23.11876.

15. Guo Y., Curtis J. S. (2015) Discrete element method simulations for complex granular flows. Annual Review of Fluid Mechanics, 47, 21-46. URL: https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-fluid-010814-014644.

16. Орловский С. Н. Определение энергетических и динамических параметров тракторов, режимов резания активных рабочих органов машинно-тракторных агрегатов: моногр. Красноярск: КрасГАУ, 2011. 376 с. URL: http://lesnoizhurnal.ru/issuesarchive/ ELEMENT_ID=294450 (дата обращения: 21.05.2021).