Инженерная модель ножевого катка для осветления лесных культур

Л.Д. Бухтояров; С.В. Малюков; М.Н. Лысыч

doi:10.37482/0536-1036-2025-3-132-144

Авторы

Л.Д. Бухтояров Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова https://orcid.org/0000-0002-7428-0821
С.В. Малюков Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова https://orcid.org/0000-0003-2098-154X
М.Н. Лысыч Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова https://orcid.org/0000-0002-3764-3873

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-3-132-144

Ключевые слова:

ножевой каток, кинематика, динамика, имитационное моделирование, UMlab, САПР

Аннотация

Для выполнения осветления лесных культур необходимо применять механизированные средства, такие как ножевые катки. Обзор научной литературы показал, что отсутствие отечественных ножевых катков – значительная проблема при искусственном лесовосстановлении. Цель данного исследования заключается в обосновании технологических параметров ножевых катков с учетом их положения относительно поверхности почвы, а также уровня жесткости предохранительных пружин. Для разработки параметров новых типов орудий требуется использование современных программных средств, позволяющих учитывать все действующие на конструкцию факторы. С помощью систем автоматизированного проектирования создана 3-мерная твердотельная модель ножевого катка, которая стала объектом изучения. Обзор методов моделирования показал, что наиболее широко сегодня применяются подходы, базирующиеся на численных расчетах. Для осуществления расчетов применялся комплекс «Универсальный механизм 9.1», предназначенный для моделирования динамических и кинематических процессов в механических системах. С помощью названного программного комплекса была создана виртуальная модель ножевого катка, учитывающая взаимодействие звеньев машины и силы трения катка при контакте с грунтом. Проведен вычислительный эксперимент по установлению кинематических и динамических характеристик катка при разных уровнях жесткости предохранительных пружин и изменении высоты установки навески относительно поверхности почвы. Определены такие параметры, как траектория движения навески, тяговое усилие трактора и силы, возникающие в процессе взаимодействия катка с грунтом. На основе разработанных параметров был изготовлен опытный образец ножевого катка, который прошел лабораторные испытания в почвенном канале. В ходе экспериментов с использованием тензометрического оборудования измерены тяговые усилия, необходимые для работы орудия. Полученные данные подтвердили точность предлагаемой имитационной модели, ее эффективность для дальнейшего проектирования и применения на практике.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биографии авторов

Л.Д. Бухтояров, Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова

канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAO-5129-2020

С.В. Малюков, Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова

канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: N-2656-2016

М.Н. Лысыч, Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова

канд. техн. наук; ResearcherID: N-3089-2016

Библиографические ссылки

Бартенев И.М., Драпалюк М.В. Совершенствование технологии лесовосстановления на вырубках с применением энергонасыщенных тракторов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. No 5. С.117–133. Bartenev I.M., Drapalyuk M.V. Improving the Technology of Reforestation in Cuttings with the Use of Energy-Efficient Tractors. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2021, no. 5, pp. 117–133. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-5-117-133

Бухтояров Л.Д., Малюков С.В., Лысыч М.Н. Имитационная модель для анализа кинематики лесопосадочного аппарата с двумя роторами // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 2023. No 243. С. 197–209. Bukhtoyarov L.D., Malyukov S.V., Lysych М.N. Simulation Model for the Analysis of the Kinematics of a Forest Planter with Two Rotors. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehnicheskoj akademii, 2023, no. 243, pp. 197–209. (In Russ.). https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.243.197-209

Каляшов В.А., До Туан А., Хитров Е.Г., Григорьева О.И., Гурьев А.Ю., Новгородов Д.В. Современные системы машин и технологии заготовки древесины и лесовосстановления в условиях горных лесосек // Resources and Technology. 2022. Т. 19, No 2. С. 1–47. Kalyashov V., Do Tuan An’, Hitrov E., Grigoreva O., Gur’ev A., Novgorodov D. Modern Systems of Machinery and Technologies for Timber Harvesting and Reforestation in Mountain Forests. Resources and Technology, 2022, vol. 19, no. 2, pp. 1–47. (In Russ.). https://doi.org/10.15393/j2.art.2022.6163

Клубничкин В.Е., Клубничкин Е.Е., Горбунов А.Ю., Дручинин Д.Ю. Разработка узла сочленения лесной погрузочно-транспортной машины // Лесотехн. журн. 2020. Т. 10, No 4 (40). С. 217–226. Klubnichkin V.E., Klubnichkin E.E., Gorbunov A.Yu., Druchinin D.Yu. Development of the Forwarder Articulation Joint. Lesotekhnicheskij zhurnal = Forestry Engineering Journal, 2020, vol. 10, no. 4 (40), pp. 217–226. (In Russ.). https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2020.4/18

Клубничкин Е.Е. Моделирование мобильности колесных транспортных средств, оснащенных средствами повышения проходимости // Тр. НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2023. No 1 (140). С. 84–96. Klubnichkin Е.Е. Modeling the Mobility of Wheeled Vehicles Equipped with Traction Devices. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva = Transactions of NNSTU n.a. R.E. Alekseev, 2023, no. 1 (140), pp. 84–96. (In Russ.). https://doi.org/10.46960/1816-210X_2023_1_84

Посметьев В.И., Никонов В.О., Мануковский А.Ю., Посметьев В.В. Компьютерное моделирование работы рекуперативного поворотного коникового устройства лесовозного тягача с прицепом-роспуском // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. No 5. С. 85–99. Posmetyev V.I., Nikonov V.O., Manukovskii A.Yu., Posmetyev V.V. Computer Simulation of the Operation of the Recuperative Swivel Bunk Device of a Hauling Tractor with a Timber Drug. Lesnoy Zhurnal =Russian Forestry Journal, 2022, no. 5, pp. 85–99. (In Russ.) https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-5-85-99

Хитров Е.Г., Должиков И.С., Дмитриев А.С., Каляшов В.А., Григорьев И.В., Григорьева О.И. Расчет коэффициента сцепления колесного движителя лесной машины с почвогрунтом // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. No 5. С. 126–134. Khitrov E.G., Dolzhikov I.S., Dmitriev A.S., Kalyashov V.A., Grigorev I.V., Grigoreva O.I. Calculation of the Coefficient of Adhesion of the Forest Machine Wheeled Mover with Soil. Lesnoy Zhurnal =Russian Forestry Journal, 2023, no. 5, pp. 126–134. (In Russ.) https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-5-126-134

Bivainis V., Jotautienė E., Lekavičienė K., Mieldazys R., Juodišius G. Theoretical and Experimental Verification of Organic Granular Fertilizer Spreading. Agriculture, 2023, vol. 13, no. 6, art. no. 1135. https://doi.org/10.3390/agriculture13061135

Bukhtoyarov L.D., Drapalyuk M.V., Pridvorova A.V. Simulation of the Movement of Hedge Cutter Links in the Simulink Application of the Matlab Package. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 875, art. no. 012004. https://doi.org/10.1088/1755-1315/875/1/012004

Bukhtoyarov L., Kunickaya O., Urazova A., Perfiliev P., Druzyanova V., Egipko S., Burgonutdinov A., Tikhonov E. Substantiating Optimum Parameters and Efficiency of Rotary Brush Cutters. Journal of Applied Engineering Science, 2022, vol. 20, no. 3, pp. 788–797. https://doi.org/10.5937/jaes0-36513

Kim W.-S., Kim Y.-J., Baek S.-Y., Baek S.-M., Kim Y.-S., Choi Y., Kim Y.-K., Choi I.-S. Traction Performance Evaluation of a 78-kW-Class Agricultural Tractor Using Cone Index Map in a Korean Paddy Field. Journal of Terramechanics, 2020, vol. 91, pp. 285–296. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2020.08.005

Kim Y.-S., Kim W.-S., Baek S.-Y., Baek S.-M., Kim Y.-J., Lee S.-D., Kim Y.-J. Analysis of Tillage Depth and Gear Selection for Mechanical Load and Fuel Efficiency of an Agricultural Tractor Using an Agricultural Field Measuring System. Sensors, 2020, vol. 20, no. 9, art. no. 2450. https://doi.org/10.3390/s20092450

Kim Y.-S., Kim T.-J., Kim Y.-J., Lee S.-D., Park S.-U., Kim W.-S. Development of a Real-Time Tillage Depth Measurement System for Agricultural Tractors: Application to the Effect Analysis of Tillage Depth on Draft Force during Plow Tillage. Sensors, 2020, vol. 20, no. 3, art. no. 912. https://doi.org/10.3390/s20030912

Ma H., Lu Y., Wu Z., Tai X., Li H., Wen B. A New Dynamic Model of Rotor–Blade Systems. Journal of Sound and Vibration, 2015, vol. 357, pp. 168–194. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2015.07.036

Musabbir A.A., Rahman A.M., Anjum N., Ali M. Performance Evaluation of New Rotary Blades and Roller Cutter of Versatile Multi-Crop Planter on Residue Management. Sarhad Journal of Agriculture, 2022, vol. 38, iss. 5, pp. 211–221. https://doi.org/10.17582/journal.sja/2022/38.5.211.221

Ucgul M., Fielke J.M., Saunders C. 3D DEM Tillage Simulation: Validation of a Hysteretic Spring (Plastic) Contact Model for a Sweep Tool Operating in a Cohesionless Soil. Soil and Tillage Research, 2014, vol. 144, pp. 220–227. https://doi.org/10.1016/j.still.2013.10.003

Ucgul M., Saunders C., Fielke J.M. Discrete Element Modelling of Tillage Forces and Soil Movement of a One-Third Scale Mouldboard Plough. Biosystems Engineering, 2017, vol. 155, pp. 44–54. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2016.12.002

Ucgul M., Saunders C., Fielke J.M. Discrete Element Modelling of Top Soil Burial Using a Full Scale Mouldboard Plough under Field Conditions. Biosystems Engineering, 2017, vol. 160, pp. 140–153. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.06.008

Ucgul M., Saunders C., Li P., Lee S.-H., Desbiolles J. Analyzing the Mixing Performance of a Rotary Spader Using Digital Image Processing and Discrete Element Modelling (DEM). Computers and Electronics in Agriculture, 2018, vol. 151, pp. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.05.028

Ye S., Wang X., Zhang C., Zhang J., Wang J., Zheng D. Design and Experiments of a Roll-Knife Pickup for a Buckwheat Pickup Harvester. Agronomy, 2024, vol. 14, no. 9, art. no. 1944. https://doi.org/10.3390/agronomy14091944