Воронеж, Воронежская область, Россия
Произведено моделирование фрезы и упоров-улавливателей порослевин, которые позволяют повысить полноту срезания поросли второстепенных древесно-кустарниковых пород и эффективность работы кустореза. Упоры-улавливатели порослевин выступают в качестве подпора. Они обеспечивают подпор поросли, имеющей малое сопротивление изгибу, при фрезеровании. При создании модели был использован метод конечных элементов. Он позволяет максимально адекватно описать математически фрезу и упоры-улавливатели. Поверхность фрезы была разбита на большое количество плоских треугольников, которые легко стыкуются между собой и позволяют воспроизводить поверхность любой формы.
модель, фреза, упоры-улавливатели, поросль, кусторез, треугольник
Срезание тонкомерной поросли второстепенных древесно-кустарниковых пород при осветлении культур производится кусторезами, в большинстве своем фрезерного типа: КОГ-2,3, КОМ-2,3, КОН-2,3, КО-1,5, осуществляющими безподпорное фрезерование, что является существенным недостатком, приводящим к незначительному проценту срезаемой поросли из-за отгиба стволиков [1, 2]. Для лучшего удаления поросли необходимо применять фрезерование с подпором, как это выполнено в изобретении [3], создающим благоприятные условия для срезания поросли. Это положительно скажется на качестве осветления, приведет к уменьшению количества проходов кустореза и к увеличению сроков между ними. Для разработки конструкции и обоснования параметров дополнительных устройств необходимо создать математическую модель.
В модели необходимо корректно воспроизвести сложную геометрическую форму фрезы, ее вращение, а также взаимодействие поверхностей фрезы с элементами-шарами порослевин. В рамках конечно-элементного подхода поверхности сложной формы обычно заменяются большим количеством плоских фигур [4, 5]. Как правило, в качестве элементарной фигуры используют треугольники, так как они легко стыкуются между собой и позволяют воспроизводить поверхность любой формы. Поэтому в рамках разрабатываемой модели поверхности фрезы представляются в виде совокупности элементарных треугольников.
Треугольник в трехмерном пространстве задается координатами трех его вершин Тіl(хil, уil, zil), Ті2(xі2, yі2, zi2), ТiЗ(xіЗ, yi3, zi3), где Т - обозначение точки-вершины треугольника; i - номер треугольника; индексы 1, 2 или 3 означают номер вершины для i'-го треугольника. Для образования сложных поверхностей треугольники стыкуются между собой по какому-либо ребру, при этом для соседних треугольников совпадают по две вершины (например, Τ71 = Τ81, Т72 = Т82). Рабочая поверхность фрезы в модели с некоторой степенью загрубления была разбита на 12 прямоугольников, каждый из которых состоит из двух треугольников (12 х 2 = 24 треугольника). При стыковке треугольников, как показано на рис. 1, поверхности фрезы оказываются замкнутыми вокруг фрезы, однако, по торцам фрезы остаются свободные ребра. Однако последние практически не оказывают влияния на результаты моделирования, так как выходят за области расположения по-
1. Бартенев И.М. Расчет и проектирование лесохозяйственных машин: учеб. пособие. Воронеж: ВГЛТА, 2010. 339 с.
2. Бартенев И.М., Малюков СВ., Посметьев В.В. Моделирование работы кустореза с упорами-улавливателями порослевин //Вестник КрасГау. 2011. № 7. С. 157-161.
3. Пат. 2429596 РФ, МПК А 01 G 23/06 Кусторез / И.М. Бартенев, СВ. Малюков; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2010110219/21; заявл. 17.03. 2010. опубл. 27.09.2011. Бюл №27. 3 с.
4. Драпалюк М.В. Совершенствование технологических операций и рабочих органов машин для выращивания посадочного материала и лесовосстановления : дисс. ... д-ра техн. наук. Воронеж: ВГЛТА, 2006. 415 с.
5. Малюков СВ. Обоснование рабочего процесса и параметров комбинированного рабочего органа кустореза-осветлителя лесных культур : дисс. ... канд. техн. наук. Воронеж: ВГЛТА, 2012. 190 с.
6. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ: учебник / под ред. Е.Ю. Малиновского. М.: Машиностроение, 1980. 216 с.
7. Математическая модель рабочего процесса машины бойкового типа для уничтожения поросли // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления / П.Э. Гончаров, П.И. Попиков, Л.Д. Бухтояров [и др.]. Воронеж: ВГЛТА, 2005. Вып. 10. С. 47-54.
