Forestry Engineering Journal Forestry Engineering Journal Лесотехнический журнал 2222-7962 90640 10.34220/issn.2222-7962/2024.3/12 Технологии. Машины и оборудование TECHNOLOGIES. MACHINERY AND EQUIPMENT Технологии. Машины и оборудование Prediction of changes in kinematic and dynamic parameters of a new design of auger soil thrower based on the author’s methodology Прогнозирование изменения кинематических и динамических параметров новой конструкции шнекороторного грунтомета на основе авторской методики Попиков Петр Иванович Popikov Petr Ivanovich popikovpetr@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Зленко Андрей Викторович Zlenko Andrey Viktorovich 89686763952@mail.ru Петков Александр Федорович Petkov Aleksandr Fedorovich Попиков Виктор Петрович Popikov Viktor Petrovich vglta-mlx@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-3542-9662 Усков Владимир Игоревич Uskov Vladimir Igorevich vum1@yandex.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Боровиков Роман Геннадьевич Borovikov R. Gennad'evich Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Воронежский государственный лесотехнический университет им Г.Ф. Морозова Россия Воронежский государственный лесотехнический университет им Г.Ф. Морозова Russian Federation ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова» Россия ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова» Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Russian Federation 12 05 2025 12 05 2025 14 3 204 221 16 04 2024 29 06 2024 http://lestehjournal.ru/en/journal/2024/no-3-55/prediction-changes-kinematic-and-dynamic-parameters-new-design-auger-soil

Анализ литературных источников показал, что вопросы обоснования параметров конических шнеков для подачи грунтов к роторам метателям изучены недостаточно. Целью исследования является прогнозирования изменения кинематических и динамических параметров новой конструкции шнекороторного грунтомета на основе авторской методики с применением фредгольмовых операторов. В разработанной математической модели рабочего процесса новой конструкции шнекороторного грунтомета уравнение такого вида называется неразрешенным относительно старшей (второй) производной. Если оператор необратим, то задача Коши имеет решение не при всех начальных значениях. Благодаря свойству фредгольмовости, можно применить метод каскадной декомпозиции, заключающийся в том, что данное дифференциальное уравнение и условия раскладываются на соответствующие уравнения и условия в подпространствах уменьшающихся размерностей. Получены зависимости искомых функций и их производные в виде кубических многочленов. С применением программы ЭВМ построены графики функций угла поворота шнекороторноного метателя, давления рабочей жидкости в гидроприводе и пути движения лесопожарного агрегата. С помощью математической модели можно установить оптимальные параметры и режимы работы для повышения эффективности рабочего процесса шнекороторноного лесопожарного грунтомета при предупреждении и ликвидации лесных пожаров.

An analysis of literary sources showed that the issues of substantiating the parameters of conical augers for supplying soil to the throwing rotors have not been sufficiently studied. The purpose of the study is to predict changes in the kinematic and dynamic parameters of a new design of a rotary auger soil thrower based on the author’s methodology using Fredholm operators. In the developed mathematical model of the working process of a new design of auger soil thrower, an equation of this type is called unresolved with respect to the highest (second) derivative. If the operator is irreversible, then the Cauchy problem does not have a solution for all initial values. Thanks to the Fredholm property, it is possible to apply the cascade decomposition method, which consists in decomposing a given differential equation and conditions into corresponding equations and conditions in subspaces of decreasing dimensions. The dependences of the sought functions and their derivatives in the form of cubic polynomials are obtained. Using a computer program, graphs of the functions of the rotation angle of the rotary auger thrower, the pressure of the working fluid in the hydraulic drive and the path of movement of the forest fire unit were constructed. Using a mathematical model, it is possible to establish optimal parameters and operating modes to increase the efficiency of the working process of a rotary auger forest fire soil thrower when preventing and eliminating forest fires.

 шнекороторный грунтомет гидропривод метатель грунт математическая модель прогнозирование рабочий процесс screw-rotor primer hydraulic drive thrower soil mathematical model forecasting workflow\

Ведищев, С. М., Завражнов, А. И., Прохоров, А. В., Кжияхметова, А. А. Определение рационального количества витков шнекового смесителя с активным каналом обратного хода. Наука в центральной России. 2022; 3 (57): 14-23. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=48728600 Vedischev, S. M., Zavrazhnov, A. I., Prohorov, A. V., Kzhiyahmetova, A. A. Opredelenie racional'nogo kolichestva vitkov shnekovogo smesitelya s aktivnym kanalom obratnogo hoda. Nauka v central'noy Rossii. 2022; 3 (57): 14-23. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=48728600 Ведищев, С. М., Кажияхметова, А. А., Бралиев, М. К., Умбеткалиев, А. Н. Определение полезного объема шнекового смесителя рассыпных комбикормов. Наука и образование. 2022; 3-3 (68): 275-289. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=54158356 Vedischev, S. M., Kazhiyahmetova, A. A., Braliev, M. K., Umbetkaliev, A. N. Opredelenie poleznogo ob'ema shnekovogo smesitelya rassypnyh kombikormov. Nauka i obrazovanie. 2022; 3-3 (68): 275-289. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=54158356 Завражнов А.И., Ведищев, С. М., Бралиев М.К., Кжияхметова, А. А. Исследование влияния конструктивно-режимных параметров смесителя на его показатели. Наука и образование. 2021; 2: 65-72. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=44276474 Zavrazhnov A.I., Vedischev, S. M., Braliev M.K., Kzhiyahmetova, A. A. Issledovanie vliyaniya konstruktivno-rezhimnyh parametrov smesitelya na ego pokazateli. Nauka i obrazovanie. 2021; 2: 65-72. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=44276474 Шабаев, О. Е., Нечепаев В. Г., Зинченко П. П. Обоснование рациональных структуры и параметров очистных комбайнов со шнеками малых диаметров. Вестник Донецкого национального технического университета. 2021. 1: 20-28. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=47145989 Shabaev, O. E., Nechepaev V. G., Zinchenko P. P. Obosnovanie racional'nyh struktury i parametrov ochistnyh kombaynov so shnekami malyh diametrov. Vestnik Doneckogo nacional'nogo tehnicheskogo universiteta. 2021. 1: 20-28. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=47145989 Борисова, М. В., Новиков В.В., Коновалов В.В. Аналитическое описание показателей работы смесителя сыпучих материалов с винтовыми лопастями. Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2019; 1: 69-78. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=37100648 Borisova, M. V., Novikov V.V., Konovalov V.V. Analiticheskoe opisanie pokazateley raboty smesitelya sypuchih materialov s vintovymi lopastyami. Izvestiya Samarskoy gosudarstvennoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2019; 1: 69-78. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=37100648 Борисова М. В., Титов А. Ю., Новиков В. В., Коновалов В. В. Регрессионная модель производительности опорожнения тихоходного смесителя. Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2019; 2(50): 103-108. DOI: 10.31563/1684-7628-2019-50-2-103-109. Borisova M. V., Titov A. Yu., Novikov V. V., Konovalov V. V. Regressionnaya model' proizvoditel'nosti oporozhneniya tihohodnogo smesitelya. Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019; 2(50): 103-108. DOI: 10.31563/1684-7628-2019-50-2-103-109. Яблонев А. Л., Гусева А. М. Определение энергоемкости процесса формования кускового торфа. Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2019; 1 (1): 36-45. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=39562643 Yablonev A. L., Guseva A. M. Opredelenie energoemkosti processa formovaniya kuskovogo torfa. Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki. 2019; 1 (1): 36-45. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=39562643 Павлов, П. И., Дзюбан, И. Л., Везиров, А. О. Обоснование параметров шнекового погрузчика-смесителя органоминерального компоста. Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина". 2019; 6 (94): 4-9. DOI: 10.34677/1728-7936-2019-6-4-9. Pavlov, P. I., Dzyuban, I. L., Vezirov, A. O. Obosnovanie parametrov shnekovogo pogruzchika-smesitelya organomineral'nogo komposta. Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya "Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet imeni V.P. Goryachkina". 2019; 6 (94): 4-9. DOI: 10.34677/1728-7936-2019-6-4-9. Ражабов, И. Я., Агзамов, М. М., Каримова, М. М. Теоретический анализ определения потребляемой мощности в шнековой части очистителя хлопка. Endless Light in Science. 2023; 2-2: 251-260. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50483669 Razhabov, I. Ya., Agzamov, M. M., Karimova, M. M. Teoreticheskiy analiz opredeleniya potreblyaemoy moschnosti v shnekovoy chasti ochistitelya hlopka. Endless Light in Science. 2023; 2-2: 251-260. Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50483669 Хасанов И.С., Кучкаров Ж.Ж., Рафаиловна У.Ф. Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник научных трудов XV-ой Международной научно-практической конференции 19-20 марта 2020 года. 2020; 321-325. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42627223 Hasanov I.S., Kuchkarov Zh.Zh., Rafailovna U.F. Sovremennye instrumental'nye sistemy, informacionnye tehnologii i innovacii. Sbornik nauchnyh trudov XV-oy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii 19-20 marta 2020 goda. 2020; 321-325. Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42627223 Хасанов, И. С., Хикматов, П. Г., Олимов, Х. Х., Януков, Н. В., Камилов, А. И. Экспериментальные результаты установленных шнеков перед ковшом планировщика. Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. 2021; 23: 715-719. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=48314937 Hasanov, I. S., Hikmatov, P. G., Olimov, H. H., Yanukov, N. V., Kamilov, A. I. Eksperimental'nye rezul'taty ustanovlennyh shnekov pered kovshom planirovschika. Aktual'nye voprosy sovershenstvovaniya tehnologii proizvodstva i pererabotki produkcii sel'skogo hozyaystva. 2021; 23: 715-719. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=48314937 Абрамов, О. В., Абрамова, И. Н., Лазукин, В. В. Перспективная конструкция снегоочистителя. Актуальные проблемы науки и техники. Сборник трудов по материалам IX Международного конкурса научно-исследовательских работ. Уфа: ФГКВОУ ВО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». 2022; 21-26. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=49485930 Abramov, O. V., Abramova, I. N., Lazukin, V. V. Perspektivnaya konstrukciya snegoochistitelya. Aktual'nye problemy nauki i tehniki. Sbornik trudov po materialam IX Mezhdunarodnogo konkursa nauchno-issledovatel'skih rabot. Ufa: FGKVOU VO «Voennyy uchebno-nauchnyy centr Voenno-vozdushnyh sil «Voenno-vozdushnaya akademiya imeni professora N.E. Zhukovskogo i Yu.A. Gagarina». 2022; 21-26. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=49485930 Васильев, С. А., Затылков, Н. И. Теоретические предпосылки для реализации контурной обработки почвы склоновых земель активным шнековым орудием. Природообустройство. 2019; 3: 54-61. DOI: 10.34677/1997-6011/2019-3-54-61. Vasil'ev, S. A., Zatylkov, N. I. Teoreticheskie predposylki dlya realizacii konturnoy obrabotki pochvy sklonovyh zemel' aktivnym shnekovym orudiem. Prirodoobustroystvo. 2019; 3: 54-61. DOI: 10.34677/1997-6011/2019-3-54-61. Поздняков, А. К. Обзор кинематических и динамических характеристик шнекового рабочего органа грунтомета-полосопрокладывателя на виртуальном стенде в лесных условиях. Механика и машиностроение. Наука и практика. Материалы международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: ИП Жукова Елена Валерьевна, 2022; 111-112. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=50075270 Pozdnyakov, A. K. Obzor kinematicheskih i dinamicheskih harakteristik shnekovogo rabochego organa gruntometa-polosoprokladyvatelya na virtual'nom stende v lesnyh usloviyah. Mehanika i mashinostroenie. Nauka i praktika. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. Sankt-Peterburg: IP Zhukova Elena Valer'evna, 2022; 111-112. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=50075270 Поздняков А.К. Имитационная модель очистки грунта от напочвенного покрова шнековым барабаном лесопожарного грунтомета- полосопрокладывателя. В сборнике: повышение эффективности лесного комплекса. Материалы Восьмой Всероссийской национальной научно-практической конференции с международным участием. 2022; 155-156. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=49563490 Pozdnyakov A.K. Imitacionnaya model' ochistki grunta ot napochvennogo pokrova shnekovym barabanom lesopozharnogo gruntometa- polosoprokladyvatelya. V sbornike: povyshenie effektivnosti lesnogo kompleksa. Materialy Vos'moy Vserossiyskoy nacional'noy nauchno-prakticheskoy konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. 2022; 155-156. Rezhim dostupa: https://elibrary.ru/item.asp?id=49563490 Gnusov, M. A., Drapalyuk M. V., Druchinin D. Yu. Theoretical study of forest fire extinguishing machine use. JOP Conference Series: Metrological Support of Innovative Technologies, Krasnoyarsk, 04 марта 2020 года. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Vol. 1515. – Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. – P. 52066. – DOI 10.1088/1742-6596/1515/5/052066. Gnusov, M. A., Drapalyuk M. V., Druchinin D. Yu. Theoretical study of forest fire extinguishing machine use. JOP Conference Series: Metrological Support of Innovative Technologies, Krasnoyarsk, 04 marta 2020 goda. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Vol. 1515. – Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. – P. 52066. – DOI 10.1088/1742-6596/1515/5/052066. Gnusov M.A., Drapalyuk M.V., Lysych M.N. Simulation of layout schemes of soil-throwing machine-tractor units based on articulated load-bearing machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Krasnoyarsk, Russia, 31 июля 2020 года. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Vol. 919. – Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. – P. 32023. – DOI 10.1088/1757-899X/919/3/032023. Gnusov M.A., Drapalyuk M.V., Lysych M.N. Simulation of layout schemes of soil-throwing machine-tractor units based on articulated load-bearing machines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Krasnoyarsk, Russia, 31 iyulya 2020 goda. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Vol. 919. – Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. – P. 32023. – DOI 10.1088/1757-899X/919/3/032023. Gnusov, M. A., Lysych M.N., Druchinin D. Yu. Volumetric dynamometer units for laboratory and field testing of tillage equipment. Journal of Physics: Conference Series : II International Scientific Conference on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT II-2021), St.Petersburg, 03–06 марта 2021 года. Vol. 1889. – Krasnoyarsk: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 52047. – DOI 10.1088/1742-6596/1889/5/052047. Gnusov, M. A., Lysych M.N., Druchinin D. Yu. Volumetric dynamometer units for laboratory and field testing of tillage equipment. Journal of Physics: Conference Series : II International Scientific Conference on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT II-2021), St.Petersburg, 03–06 marta 2021 goda. Vol. 1889. – Krasnoyarsk: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 52047. – DOI 10.1088/1742-6596/1889/5/052047. Gnusov M. A., Drapalyuk M. V., Druchinin D. Yu., Bukhtoyarov L. D. Electromechanical stand for the process of throwing soil with a cutter-thrower. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Krasnoyarsk, Russia, 29–31 июля 2021 года. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering. Vol. Volume 1181. – Krasnoyarsk, Russia: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 12023. – DOI 10.1088/1757-899X/1181/1/012023. Gnusov M. A., Drapalyuk M. V., Druchinin D. Yu., Bukhtoyarov L. D. Electromechanical stand for the process of throwing soil with a cutter-thrower. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Krasnoyarsk, Russia, 29–31 iyulya 2021 goda. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering. Vol. Volume 1181. – Krasnoyarsk, Russia: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 12023. – DOI 10.1088/1757-899X/1181/1/012023. Малюков С. В., Ступников Д. С., Шаров А. В., Ступников А. С. Многофакторная оптимизация параметров фрезерного рабочего органа лесопожарной грунтометательной машины. Лесотехнический журнал. – 2019. – № 3 (35). ˜– С. 172–179. – Библиогр.: с. 177–179 (14 назв.). – DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2019.3/16. Malyukov S. V., Stupnikov D. S., Sharov A. V., Stupnikov A. S. Mnogofaktornaya optimizaciya parametrov frezernogo rabochego organa lesopozharnoy gruntometatel'noy mashiny. Lesotehnicheskiy zhurnal. – 2019. – № 3 (35). ˜– S. 172–179. – Bibliogr.: s. 177–179 (14 nazv.). – DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2019.3/16. Попиков П. И., Поздняков А. К., Усков В. И., Лысыч М. Н., Гнусов М. А. Математическое моделирование удаления напочвенного покрова шнековыми рабочими органами лесопожарной грунтометательной машины. 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. Popikov P. I., Pozdnyakov A. K., Uskov V. I., Lysych M. N., Gnusov M. A. Matematicheskoe modelirovanie udaleniya napochvennogo pokrova shnekovymi rabochimi organami lesopozharnoy gruntometatel'noy mashiny. Lesotehnicheskiy zhurnal. – 2021. – T. 11. – № 3 (43). – S. 140–151. – Bibliogr.: s. 147–150 (16 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.3/12. Малюков С.В., Бухтояров Л.Д., Лысыч М.Н., Шавков М.В., Поздняков Е.В., Петков А.Ф. Метод динамики частиц: моделирование комбинированного почвообрабатывающего орудия, применяемого при лесовосстановлении и защите леса. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2023; 245: 215-234. DOI: 10.21266/2079-4304.2023.245.215-234. Malyukov S.V., Buhtoyarov L.D., Lysych M.N., Shavkov M.V., Pozdnyakov E.V., Petkov A.F. Metod dinamiki chastic: modelirovanie kombinirovannogo pochvoobrabatyvayuschego orudiya, primenyaemogo pri lesovosstanovlenii i zaschite lesa. Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotehnicheskoy akademii. 2023; 245: 215-234. DOI: 10.21266/2079-4304.2023.245.215-234. Секерин И.М., Ерицов А.М., Кректунов А.А., Залесов С.В. Эффективный способ тушения торфяных пожаров в зимний период. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2023;(245):23-35. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.245.23-35 Sekerin I.M., Ericov A.M., Krektunov A.A., Zalesov S.V. Effektivnyy sposob tusheniya torfyanyh pozharov v zimniy period. Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotehnicheskoy akademii. 2023;(245):23-35. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2023.245.23-35 Усков В.И. Задача Коши для вырожденного дифференциального уравнения второго порядка в банаховом пространстве. Вестник ТвГУ. Серия: Прикладная математика. 2023; 4: 70-80. DOI: 10.26456/vtpmk665. Uskov V.I. Zadacha Koshi dlya vyrozhdennogo differencial'nogo uravneniya vtorogo poryadka v banahovom prostranstve. Vestnik TvGU. Seriya: Prikladnaya matematika. 2023; 4: 70-80. DOI: 10.26456/vtpmk665.