Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронеж, Воронежская область, Россия
При разработке лесных машин и орудий активно используют метод конечных элементов (МКЭ), для расчета влияния внешних нагрузок на прочностные и частотные характеристики конструкций. Как правило для этого используются дорогостоящие коммерческие пакеты программ ANSYS, LS-DYNA и др. На ранних стадиях проектирования проверка неудовлетворительных решений дорогостоящими пакетами программ не является целесообразной. Авторами разработан метод, экспресс-оценки напряжённо-деформированного состояния (НДС) протестированный на конструкции кустореза, который работает прямо с геометрической моделью, выполненной в системе автоматизированного проектирования (САПР) и предоставляет возможность инженеру получать показатели прочности и жёсткости, имеющие важное значение для технологического процесса. Предлагаемый метод включает в себя: импорт САПР модели в формате STL; вокселизацию и построение регулярной сетки HEX8 с управляемым шагом h; задание условий Дирихле в зоне заделки и эквивалентной нагрузки Неймана через распределённое давление на нагруженных участках; сборку и решение линейно-упругой задачи; вычисление полей напряжений и эквивалентных напряжений Мизеса, а также оценку максимальных перемещений; экспорт результатов для последующего анализа. На примере балки кустореза продемонстрирована работа экспресс-методики. Установлено что при заданных нагрузках F=3000 Н максимальное напряжение у балки L=500, 40х40x3 мм составило 268 МПа что превышает предел текучести стали – 220 МПа. Методика позволила отбраковать эту балку и заменить на новую, с параметрами L=500, 80х80x3 мм, получены напряжения 58,3 МПа. Таким образом неудовлетворительный вариант был исключен ещё до тяжёлых мультифизических расчётов. Представленная методика предназначена для предварительной отбраковки слабых решений для снижения стоимости дальнейшей разработки лесных машин. Область применения – крупногабаритные механические узлы лесных машин и орудий.
кусторез, уход за лесными культурами, лесные машины, методика, математическое моделирование, метод конечных элементов (МКЭ), системы автоматизированного проектирования (САПР).
1. Chen Q., Zhao Y., Wang D., Chen Z., Wang Q., Yuan X. Multi-Level Matching Optimization Design of Thin-Walled Beam Cross-Section for Tri-Axle Unmanned Forestry Vehicle Frame. Forests, 2025; 16(1): 69. – DOI: https://doi.org/10.3390/f16010069
2. Mergl V., Zeizinger L., Popela D., Kašpárek J. Strength analysis of different design solutions of boom exten-sions for attaching the harvester head to the excavator. International Journal of Forest Engineering, 2025; 1–13. – DOI: https://doi.org/10.1080/14942119.2025.2484948
3. Mușa, E.C., Bitir I. Evaluating the Forest Road Systems Subjected to Different Loadings by Using the Finite Element Method. Forests, 2022; 13(11): 1872. – DOI: https://doi.org/10.3390/f13111872
4. Mergl V., Kašpárek J. Verifying the Lifting and Slewing Dynamics of a Harvester Crane with Possible Level-ling When Operating on Sloping Grounds. Forests, 2022; 13(2): 357. – DOI: https://doi.org/10.3390/f13020357
5. Zhu B., Liu J., Yang C., Qu W., Ding P. Power Compensation Strategy and Experiment of Large Seedling Tree Planter Based on Energy Storage Flywheel. Forests, 2023; 14(5): 1039. – DOI: https://doi.org/10.3390/f14051039
6. Jia N., Guo L., Zhang Y., Liu J. Multi-Physical Field Coupling Simulation and Experimental Study on the Ra-diation Characteristics of Sawing Noise from Circular Saw Blades in Woodworking. Forests, 2025; 16(3): 442. – DOI: https://doi.org/10.3390/f16030442
7. Jia N., Guo L., Wang R., Liu, J. Design of Vibration and Noise Reduction for Ultra-Thin Cemented Carbide Circular Saw Blades in Woodworking Based on Multi-Objective Optimization. Forests, 2024; 15(9): 1554. – DOI: https://doi.org/10.3390/f15091554
8. Takeyama K., Yokochi H., Nishio S., Tsuchikawa S. Characteristics of resonance sound in a circular saw en-closure. BioResources, 2023; 18(4): 8473-8483. – DOI: https://doi.org/10.15376/biores.18.4.8473-8483
9. Ding Y., Ma Y., Liu T., Zhang J., Yang C. Experimental Study on the Dynamic Stability of Circular Saw Blades during the Processing of Bamboo-Based Fiber Composite Panels. Forests, 2023; 14(9): 1855. – DOI: https://doi.org/10.3390/f14091855
10. Ji B., Zhao Y., Chen J., Xu L., Zhou H., Zhou J. Vibration Control of Forestry Storage Ventilation Fans Through Structural Parameter Optimization Considering Substructure Uncertainty. Forests, 2025; 16(6): 1011. – DOI: https://doi.org/10.3390/f16061011
11. Liu Y., Ban Y., Zhang X., Zhao G., Wen J., Lin C. Tool–Branch Interaction Mechanism of Impact-Pruning Process Based on Finite Element Method. Forests, 2024; 15(11): 1902. – DOI: https://doi.org/10.3390/f15111902
12. Ban Y., Liu Y., Zhao X., Lin C., Wen J., Li W. Experimental Study on the Design and Cutting Mechanical Properties of Bionic Pruning Blades. Forests, 2024; 15(10): 1765. – DOI: https://doi.org/10.3390/f15101765
13. Krilek J., Tichý B., Kováč J., Melicherčík J., Kuvik, T. Design of a stationary disc chipper project for den-dromass chipping with stress analysis FEM methods. BioResources, 2021; 16(4): 8205-8218. – DOI: https://doi.org/10.15376/biores.16.4.8205-8218
14. Cao J., Fan B., Xiao S., Su X. Stability Analysis of Planetary Rotor with Variable Speed Self Rotation and Uniform Eccentric Revolution in the Rubber Tapping Machinery. Forests, 2024: 15(6), 1071. – DOI: https://doi.org/10.3390/f15061071
15. Li X., Wang S., Guo Y., Zhang J., He L., Zhou J., Miao Y., Liu Z. Experiments and Simulation on the Effects of Arch Height Variation on the Vibrational Response of Paulownia Wood. Forests, 2025; 16(3): 545. – DOI: https://doi.org/10.3390/f16030545
16. Xuan Y., Xu L., Liu G., Zhou J. The Potential Influence of Tree Crown Structure on the Ginkgo Harvest. Forests, 2021; 12(3): 366. – DOI: https://doi.org/10.3390/f12030366
17. Драпалюк М.В., Бухтояров Л.Д., Придворова А.В. Имитационная модель ротора кустореза с шестью лезвиями // Лесотехнический журнал. – 2021. – Т. 11, № 3(43). – С. 121-129. – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.3/10
18. Драпалюк М.В., Бухтояров Л.Д., Прокудина А.В. Результаты исследований процесса резания ветвей ротором с шарнирно-сочлененными и жестко установленными лезвиями // Лесотехнический журнал. – 2022. – Т. 12, № 2(46). – С. 80-88. – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.2/7
19. Драпалюк М.В., Бухтояров Л.Д., О.А. Куницкая и др. Изучение мощностных показателей и качества среза шарнирно- сочлененным и ножевым рабочими органами роторного кустореза // Системы. Методы. Тех-нологии. – 2023. – № 2(58). – С. 7-13. – DOI: https://doi.org/10.18324/2077-5415-2023-2-7-13
20. Бухтояров Л.Д. Имитационное моделирование работы ротора кустореза с шарнирно установленны-ми лезвиями // Лесной вестник. Forestry Bulletin. – 2025. – Т. 29, № 1. – С. 38-49. – DOI: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2025-1-38-49
