Оценка влияния гидродинамического давления на движение экскаватора-погрузчика через водную преграду вброд

   Введение. Гидродинамическое давление играет значительную роль в работе транспортно-технологических машин, используемых в зонах затопления для проведения восстановительных и неотложных работ. Изучение этого влияния имеет большую актуальность в связи с необходимостью повышения эффективности и безопасности операций в условиях водной среды. Гидродинамическое давление может вызывать изменения в поведении машины, влиять на ее маневренность и устойчивость. Понимание этих процессов позволяет разрабатывать более эффективные методы борьбы с негативными последствиями воздействия водной среды на работу машин, может оценить безопасные условия их применения.

   Целью исследования влияния гидродинамического давления на движение транспортно-технологических машин через водную преграду вброд, на примере полноприводного экскаватора-погрузчика с равновеликими колесами, является определение критических значений параметров водной преграды, при которых обеспечивается эффективное и безопасное преодоление водных препятствий данной техникой.

   Материалы и методы. Для анализа использовались теоретические исследования, связанные с влиянием водного потока на движение самоходных колесных машин. Проводилось математическое моделирование прямолинейного движения экскаватора-погрузчика через водную преграду различной глубины и скорости течения. В качестве основных исследуемых параметров были приняты поперечное (лобовое) гидродинамическое сопротивление, продольное (боковое) гидродинамическое давление и нормальные реакции на колесах машины.

   Результаты. Выведены математические зависимости для определения нормальных реакций на передней и задней осях экскаватора-погрузчика при воздействии поперечного гидродинамического сопротивления в стоячей воде, нормальных реакций на левом и правом бортах машины при воздействии продольного гидродинамического давления на неподвижную и движущуюся машину, приведены графические зависимости нормальных реакций на колесах от глубины водного потока.

   Обсуждение и заключение. Наличие неблагоприятных факторов водной среды, влияющих на движение транспортно-технологических машин через водную преграду, дает основание для разработки методики определения предельных параметров затопления, при которых машины смогут безопасно и эффективно выполнять работы в зонах затопления. Исследование влияния гидродинамического давления на транспортно-технологические машины является важной задачей, направленной на решение этой проблемы. Полученные результаты помогут развивать технику и технологии для работы в условиях повышенного гидродинамического давления, что способствует развитию отраслей, связанных с работой наземных транспортно-технологических машин в водной среде.

1. Dong B., Xia J., Li Q., & Zhou M. Risk assessment for people and vehicles in an extreme urban flood: Case study of the “7.20” flood event in Zhengzhou, China // International journal of disaster risk reduction. 2022. Vol. 80. P. 103205. doi: 10.1016/j.ijdrr.2022.103205

2. Zhang M., Wang J. Global flood disaster research graph analysis based on literature mining // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. №. 6. doi: 10.3390/app12063066

3. Lazzarin T., Viero D.P., Molinari D., Ballio F., & Defina A. Flood damage functions based on a single physics-and data-based impact parameter that jointly accounts for water depth and velocity // Journal of Hydrology. 2022. Vol. 607. doi: 10.1016/j.jhydrol.2022.127485

4. Borowska-Stefańska M., Bartnik A., Dulebenets M. A., Kowalski M., Sahebgharani A., Tomalski P., & Wiśniewski S. Changes in intra-city transport accessibility accompanying the occurrence of an urban flood // Transportation research part D: transport and environment. 2024. Т. 126. doi: 10.1016/j.trd.2023.104040

5. He H., Li R., Pei J., Bilodeau, J.P., & Huang G. Current overview of impact analysis and risk assessment of urban pluvial flood on road traffic // Sustainable Cities and Society. 2023. doi: 10.1016/j.scs.2023.104993

6. Gangwal U., Siders A.R., Horney J., Michael H.A., & Dong S. Critical facility accessibility and road criticality assessment considering flood-induced partial failure // Sustainable and Resilient Infrastructure. 2023. Vol. 8. №. sup1. P. 337-355. doi: 10.1080/23789689.2022.2149184

7. Toathom T., Champrasert P. Vehicle Route Planning for Relief Item Distribution under Flood Uncertainty // Applied Sciences. 2024. Vol. 14. №. 11. P. 4482. doi: 10.3390/app14114482

8. Bocanegra R.A., Francés F. Assessing the risk of vehicle instability due to flooding // Journal of flood risk management. 2021. Vol. 14. №. 4. doi: 10.1111/jfr3.12738

9. Hu X., Li J., Wang W., & Fang X. Experimental testing to determine stability thresholds for partially submerged vehicles at different flow orientations // Journal of Hydrology. 2023. Vol. 620. doi: 10.1016/j.jhydrol.2023.129525

10. Shu C., Xia J., Falconer R.A., & Lin, B. Incipient velocity for partially submerged vehicles in floodwaters // Journal of hydraulic research. 2011. Vol. 49. №. 6. P. 709-717. doi: 10.1080/00221686.2011.616318

11. Xia J., Teo F.Y., Lin B., & Falconer R.A. Formula of incipient velocity for flooded vehicles // Natural Hazards. 2011. Vol. 58. P. 1-14. doi: 10.1007/s11069-010-9639-x

12. Teo F.Y., Xia J., Falconer R.A., & Lin B. Experimental studies on the interaction between vehicles and floodplain flows // International journal of river basin management. 2012. Vol. 10. №. 2. P. 149-160. doi: 10.1080/15715124.2012.674040

13. Teo F.Y., Liew Y.S., Falconer R.A., & Lin, B. Estimation of flood hazard risk relating to vehicles // IAHR World Congress, Chengdu (China). 2013.

14. Xia J., Falconer R.A., Xiao X., & Wang Y. Criterion of vehicle stability in floodwaters based on theoretical and experimental studies // Natural hazards. 2014. Vol. 70. P. 1619-1630. doi: 10.1007/s11069-013-0889-2

15. Arrighi C., Alcèrreca-Huerta J. C., Oumeraci H., & Castelli F. Drag and lift contribution to the incipient motion of partly submerged flooded vehicles // Journal of Fluids and Structures. 2015. Vol. 57. P. 170-184. doi: 10.1016/j.jfluidstructs.2015.06.010

16. Kramer M., Terheiden K., Wieprecht S. Safety criteria for the trafficability of inundated roads in urban floodings // International journal of disaster risk reduction. 2016. Vol. 17. P. 77-84. doi: 10.1016/j.ijdrr.2016.04.003

17. Martinez-Gomariz E., Gomez M., Russo B., & Djordjević S. A new experiments-based methodology to define the stability threshold for any vehicle exposed to flooding // Urban Water Journal. 2017. Vol. 14. №. 9. P. 930-939. doi: 10.1080/1573062X.2017.1301501

18. Pregnolato M., Ford A., Wilkinson S.M., & Dawson R.J. The impact of flooding on road transport: A depth-disruption function // Transportation research part D: transport and environment. 2017. Vol. 55. P. 67-81. doi: 10.1016/j.trd.2017.06.020

19. Добромиров В.Н. Методика оценки проходимости автотранспортных средств при преодолении водных преград вброд // Вестник гражданских инженеров. 2012. №. 1. С. 188–191.

20. Магдина Е.Р., Добромиров В.Н. Проблемные вопросы применения дорожно-строительных машин в зонах затопления // Русский инженер. 2023. № 3(80). С. 40–43.