Systems. Methods. Technologies 3 (43) 2019

Systems Methods Technologies. O.N. Burmistrova et al. Theoretical justification … 2019 № 3 (43) p. 81-88 82 Tracked all-terrain vehicles have very great prospects for use by forestry workers in the area of cutting areas, forest management, work on reforestation and afforestation, etc. Their relatively low cruising speed, compared to all-terrain vehicle wheels, is compensated by a large carrying capacity required, for example, in the delivery of planting material to hard-to-reach areas, or for supplying shift camps to loggers. Such all-terrain vehicles can be used on especially vulnerable, from an environmental point of view, forest areas. In this case, the environmental friendliness of their work comes to the fore - the requirement of minimal disturbance of the soil layer, for example, in tundra conditions. This article is devoted to the development of a mathematical model that allows to predict the degree of negative impact of the propulsion vehicle tracked all-terrain vehicle on the reference surface of the movement. To solve the research tasks, it is necessary to substantiate the parameters of the tracked all-terrain vehicle propulsion unit, which will preserve the upper, most sensitive to mechanical effect, layer of forest soil. It should be noted that domestic and foreign researchers traditionally use the depth of the gauge as an integral indicator of the propulsive effect on the soil, as a result, recommendations are formulated to limit the normal pressure of the propulsion, subject to which the depth of the gauge will not exceed the critical value acceptable from a technolo- gical point of view. This value is approximately of 0.2 m. From the point of view of preserving the upper layer of soil, such a gauge depth is unacceptable, since the layer of soil will be cut off. Therefore, it is necessary to analyze in detail the distribution of the tangen- tial stress arising from the contact patch of the propeller with the supporting surface, and compare it with the strength of the ground to cut. To do this, it is first necessary to determine the draft of the tracked propulsor along the length of the contact patch. To assess the sustainability of the propulsion unit, we use two criteria. First, the total stress caused by the compression and displacement of the soil should not exceed the bearing capacity of the soil. Secondly, the shear stress should not exceed the strength of the ground to cut. The article shows that when justifying the parameters of a tracked all-terrain vehicle propulsion unit, the main attention should be paid to the issues of soil deformation, and not the reference maneuverability. Keywords: tracked all-terrain vehicles; forestry; compaction and deformation of soil grounds. Введение Колесные и гусеничные вездеходы находят все большее распространение в лесном хозяйстве и лесоза- готовительном производстве. Преимуществом колес- ных вездеходов прежде всего является их относительно небольшая стоимость и большая крейсерская скорость. При установке на них шин сверхнизкого давления они практически не оказывают отрицательного воздействия на лесные почвогрунты [1]. С другой стороны, когда возникает необходимость доставки достаточно тяжелых грузов, более 2 т, в усло- виях полного бездорожья, иногда с необходимостью преодоления водных преград, альтернативы гусенич- ным вездеходам просто нет [2]. Из трудов отечественных и зарубежных ученых из- вестно, что лесные машины могут оказывать на поч- вогрунты значительное негативное воздействие [3; 4]. При этом, например, в условиях особенно ранимых лесных экосистем, на особо охраняемых природных территориях такое воздействие должно сводиться к минимуму. Но необходимость перемещаться по дан- ным территориям, например, при противопожарном патрулировании, искусственном лесовосстановлении и лесоразведении все равно остается. В этом случае появляется необходимость разработ- ки математической модели, позволяющей прогнозиро- вать степень негативного воздействия гусеничных вез- деходов на почвогрунты, чтобы иметь возможность организационно-техническими мероприятиями сводить его к допустимому минимуму. Цель работы: разработка математической модели для прогнозных оценок степени влияния гусеничных вездеходов на лесные почвогрунты. Материалы и методы исследования. Использованы справочные данные о физико-механических свойствах лесных почвогрунтов. Моделирование выполнено на основе положений теории механики почв и грунтов. Результаты исследования. Осадка движителя h определяется по уравнению [5]: dz p p p h hH s s        0 1 , (1) где p s —несущая способность почвогрунта; p —среднее давление движителя на почвогрунт; H —мощность слоя почвогрунта (толщина деформируемого слоя); ε— относительная деформация сжатия слоя почвогрунта; z —вертикальная координата, отсчитываемая вниз от поверхности контакта движителя с почвогрунтом. Множитель p p p s s  в уравнении (1) отражает раз- рушение почвогрунта при действии давления, превы- шающего несущую способность. Относительную деформацию сжатия слоя почвог- рунта определяют по формуле [6]: E   , (2) где σ—нормальное напряжение, вызванное воздейст- вием движителя; E —модуль деформации почвогрунта. Напряжение σ определяют с учетом затухания по глубине почвогрунта: 2 1        aB z Jp , (3) где J —коэффициент учета формы пятна контакта; a — коэффициент учета мощности слоя почвогрунта; B — ширина пятна контакта. Интегрирование зависимости (1) с учетом выраже- ний (2), (3) приводит к уравнению:                      Jp EE aB hHE Jp EEp p JpaBp h s s arctg . (4) Уравнение (4) решается численно относительно осадки h при известных J , p , a , B , p s , E . Уравнение (4) получено при допущении о том, что потеря несущей способности происходит вследствие воздействия давления p , превышающего несущую спо-