На правах рукописи

Горяев Александр Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ВОДОХРАНИЛИЩ

05.21.01. – «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Братск – 2009

2

Работа выполнена на кафедре «Лесоинженерное дело» Братского го-сударственного университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Угрюмов Борис Иванович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Патякин Василий Иванович

доктор технических наук, профессор

Долотов Алексей Митрофанович Ведущая организация: Сибирский государственный технологический университет

Защита состоится «21» декабря 2009 года в 10 часов на заседании дис-

сертационного совета ДМ 212.018.03 в Братском государственном универ-ситете по адресу: 665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40, БрГУ, аудитория 112.

Просим направлять отзыв на автореферат в двух экземплярах с подпи-

сью, заверенной печатью учреждения, по адресу 665709, г. Братск, ул. Ма-каренко, 40, БрГУ, факс (3953) 33-20-08 ученому секретарю диссертацион-ного совета Чжан С. А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БрГУ. Автореферат разослан «20» ноября 2009 года Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Чжан С.А.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Гидротехнические сооружения, строительство кото-

рых развернулось в конце 40-х - начале 50-х годов XX века в нашей стране на базе широкого использования богатейших водных ресурсов, вызвали кардинальные из-менения гидрологических условий водных путей, в корне изменили ландшафтную картину территорий, а также хозяйственную деятельность населения прожи-вающего рядом с этими объектами.

Ко всему прочему, возникли проблемы гидроэнергетического характера. Предполагалось, что затопленная древесина так и останется на корню до полного разложения на дне водохранилищ. Однако, подмываемая подводными течениями, она начинает всплывать и перемещаться по акватории. Другая часть затопленной древесины непредсказуемо движется в водах водохранилища в направлении входных отверстий турбин ГЭС, перекрывая их. Кроме того, деревья, находящиеся на берегу водохранилищ, подмываются во время паводков, а также в весенний период в ре-зультате резкого повышения уровня верхнего бьефа водохранилища, оказываются в воде и в конечном итоге - у тела плотины ГЭС. По результатам исследований, такие явления имеют место на большинстве ГЭС. Так как на сбор такой древесины обычно нет средств, она превращается в топляк, опускается на дно, усугубляя и без того не благоприятную экологическую обстановку.

По разным данным на акваториях водохранилищ ГЭС Ангаро - Ени-сейского региона находится более 4 млн.м3 плавающей древесной массы, затоплено более 22 млн.м3 древесины, а также сотни тысяч кубометров об-сохшей древесины разбросано по берегам. Наличие такого большого объема древесной массы оказывает негативное влияние на экосистемы водных объ-ектов на территории Сибири. Произошло ухудшение общей экологической об-становки в затопленных зонах водохранилищ. Резко ухудшилось качество воды, со-кратилось количество нерестовых рыб, стало невозможно использовать воду в ка-честве питьевой.

Очистка берегов водохранилищ от обсохшей древесины с целью ее дальнейшей транспортировки к местам переработки на товарную продук-цию является актуальной и своевременной, поскольку это позволит восста-новить экологическое равновесие водных бассейнов, где ранее формирова-лось ложе водохранилища; увеличить объемы древесного сырья без увели-чения объемов вырубки леса.

Целью работы является вовлечение в производство дополнительного объе-ма древесного сырья без увеличения объемов вырубки леса и улучшение эколо-гического состояния водохранилищ, путем разработки способов сбора и транспор-тировки древесины в береговой зоне.

4

Задачи исследований: 1. Провести анализ и дать классификацию существующих технологий

и оборудования для сбора и транспортировки древесины в акватории водо-хранилищ и в береговой зоне.

2. Разработать принципиально новые конструкции устройств для сбо-ра и транспортировки древесины в береговой зоне, обеспечивающие ее дос-тавку в акваторию или в суда.

3. Разработать математическую модель процесса доставки древесины с береговой зоны с учетом остойчивости плавучего основания устройства для сбора и транспортировки.

4. Определить технические и технологические параметры устройств для сбора и транспортировки древесины с берегов.

5. Определение возможности использования деревьев с размываемой береговой зоны водохранилищ в качестве опор для канатно-блочной систе-мы устройств для сбора и доставки древесины.

6. Разработка технологических мероприятий по сбору и транспорти-ровке древесины в береговой зоне водохранилищ.

Методы исследования. При разработке методики определения техни-ческих характеристик устройств для сбора и транспортировки древесины применялись методы математического анализа, математического моделиро-вания с использованием современных средств вычислительной техники.

При выполнении теоретических и экспериментальных исследований применялись методы математической статистики, теории вероятности и теории планирования эксперимента.

Научная новизна работы. - Разработана математическая модель процесса доставки древесины с

береговой зоны водохранилищ с учетом остойчивости плавучего основания устройства для сбора и транспортировки.

- Теоретически выведены математические зависимости для определе-ния технических и технологических параметров устройств для сбора и транспортировки древесины с берегов.

- Получены математические зависимости, описывающие процесс воз-действия усилий от канатной установки на деревья сосны береговой зоны, и уравнения регрессии в различных почвенно-грунтовых условиях, на основа-нии которых можно сделать вывод о возможности использования деревьев в качестве опор канатно-блочной системы.

Практическая значимость. Разработаны технологические схемы для доставки обсохшей древесины с берегов в акваторию или на плавучее осно-вание на базе новых устройств для сбора и транспортировки. Новизна уст-

5

ройств подтверждена патентами РФ на полезную модель №83737, №83759, №83767.

Результаты исследований и методика определения технических харак-теристик названных устройств могут быть использованы при конструктор-ской разработке новой техники, а также при унификации и модификации существующей. Представленные научные знания могут быть использованы в учебном процессе средне - профессиональной, высшей школы при подго-товке по направлениям лесопромышленного профиля.

Положения, выносимые на защиту. 1. Методика расчета максимального веса транспортируемого груза из

условий прочности тягового органа и непревышения допускаемого значения дифферента устройств для сбора и транспортировки древесины.

2. Математическая модель процесса работы устройства для сбора и транспортировки древесины в береговой зоне водохранилищ.

3. Математические зависимости для определения технических и тех-нологических характеристик устройств для сбора и транспортировки древе-сины в береговой зоне.

4. Математические зависимости, описывающие процесс воздействия усилий от канатной установки устройства на деревья сосны береговой зоны в различных почвенно-грунтовых условиях.

5. Технологические схемы сбора и транспортировки древесины с бере-гов водохранилищ с помощью новых устройств.

Обоснованность и достоверность результатов. Подтверждается аргументированностью принятых допущений и ис-

пользованием современных методов фундаментальной науки при теорети-ческих исследованиях, сходимостью результатов экспериментальных иссле-дований с расчетными.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались о обсуждались на международных конференциях: «Актуаль-ные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2009), межрегиональной науч-но-технической конференции «Естественные и инженерные науки – разви-тию регионов Сибири» (Братск 2009), научно-технической конференции студентов и магистрантов «Молодая мысль – развитию лесного комплекса» (Братск 2006). Материалы исследований экспонировались на международ-ных выставках – ярмарках «Сиблесопользование 2007-2009». В 2009 году в составе общей экспозиции результаты работы отмечены золотой медалью выставки.

Работа выполнена в разрезе единого заказ – наряда федерального агентства по образованию РФ «Рациональная переработка и воспроизводст-во лесных ресурсов на основе природоохранных мероприятий и моделиро-

6

вание процессов лесозаготовительных и деревообрабатывающих произ-водств с целью минимизации количества отходов»(2008-2009гг.).

Публикации: по результатам диссертационного исследования опуб-ликовано 6 печатных работ, из них 1 в издании рекомендованном ВАК, по-лучены 3 Патента РФ на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций и приложений, общим объемом 134 страниц машинописного текста, содержит 66 иллюстраций, 11 таблиц и список литературы, включающий 112 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность темы диссертационной работы,

сформулированы ее цели и задачи, научная новизна, практическая значи-мость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены причины образования скоплений зато-нувшей, полузатопленной и обсохшей древесины в водных объектах и бе-реговых зонах.

Приведен анализ полученных исследований, посвященных проблеме засорения акватории водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского региона (АЕР) затопленной, плавающей, а также разбросанной по берегам обсохшей древесины.

Вопросами влияния аварийной древесины на водную среду, ее физико-механическими, прочностными свойствами, количественной и качественной оценкой, разработкой техники и технологий для ее освоения занимались це-лый ряд ученых: Патякин В.И., Минаев А.Н., Овчинников Г.И., Корпачев В.П., Карпачёв С.П., Митрофанов А.А., Камусин А.А., Чебых Н.М., Губин В.В., Угрюмов Б.И., Новоселов А.В., Иванов В.А., Жук А.Ю.

Выявлено, что недостатками существующих конструкций топляко-подъемных агрегатов и грузоподъемных установок является узкий круг вы-полняемых функций, невозможность выполнять одним агрегатом несколь-ких операций, таких как сбор и транспортировка, сортировка и сплотка, а вследствие этого большая металлоемкость, сложность, а иногда и невоз-можность сбора древесины в труднодоступных местах. В частности выявле-на проблема сбора обсохшей древесины в береговой зоне водохранилищ, появляющейся в результате многолетних и сезонных колебаний уровней воды, ветроволновых и ледовых явлений, а также обрушения деревьев с размываемых берегов.

Во второй главе приведены теоретические исследования принципа действия разработанных устройств для сбора и транспортировки древесины.

7

Рассмотрена канатная трелевка лесоматериалов как способ решения проблемы сбора и транспортировки древесины в обсохшем состоянии с бе-реговой зоны водохранилищ.

Разработаны устройства [патенты РФ на полезную модель № 83737, №83759, №83767] для сбора и транспортировки древесины непосредственно в акваторию озер и водохранилищ, позволяющие решить данную проблему.

Для обеспечения работы устройства для сбора и доставки древесины, оно должны быть закреплено относительно береговой зоны в некоторой точке с помощью якоря. При этом плавучее основание будет наклоняться в продольной оси относительно точки закрепления. Необходимо разработать теоретические принципы работоспособности данного устройства.

При воздействии на плавучее основание устройства момента М, вы-званного внешней нагрузкой, основание наклонится относительно точки закрепления на некоторый угол φ (рис.1).

Воздействие внешнего момента М будет определяться только силой выталкивания Р1 от клиновидного объема увеличения подводной части вследствие дифферента на угол φ.

Рис. 1 - Схема основания устройства под действием момента

Выталкивающая сила Р1 будет приложена в центре тяжести призмы ВСЕВ'С'Е', который находится на расстоянии 1/3 высоты от основания пря-моугольного треугольника.

При расчете данной схемы угол наклона φ выражается по формуле:

gbl

M

33 , (1)

где l - длина понтона, м; b – ширина понтона, м; ρ – плотность воды, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.

8

Для обеспечения остойчивости плавучего основания во время сбора и транспортировки груза должно выполняться условие:

φ ≤ [φ], (2) где [φ] – допускаемое значение угла наклона. Допускаемое значение [φ] предлагается находить по формуле:

l

dh , (3)

где h – высота борта, м; d – осадка понтона в нагруженном состоянии, м. Выражения (1) и (3) являются полученными формулами для определе-

ния угла наклонения при воздействии на разработанное устройство внешне-го момента и допускаемого значения угла наклонения соответственно.

Далее разработан алгоритм расчета максимального веса груза. При транспортировке груза его вес P через натяжение каната будет

передаваться на опоры канатной установки, вследствие чего в них будет возникать изгибающий момент. Трелевочная мачта устройства расположена на плавучем основании, поэтому при воздействии момента понтон будет наклоняться на некоторый угол.

При определении максимального веса груза, транспортируемого ка-натной установкой, необходимо разработать порядок действий, в котором будут вестись все последующие расчеты.

1 - плавучее основание; 2 – лебедка; 3 - возвратный канат; 4 - рабочий трелевочный

канат; 5 - трелевочная мачт; 6 – растяжки; 7,8 - направляющие блоки; 9 – акватория водохра-нилища; 10 - береговая зона; 11 - прицепное устройство; 12 – собранная древесина; 13 - угло-вые направляющие блоки; 14 – вспомогательная мачта.

Рис. 2 - Общая схема работы устройства

Максимальное натяжение каната Тmax ограничивается по тяговому усилию лебедки и допускаемому натяжению каната, зависящему от разрыв-ного усилия.

9

Сравниваются максимальное тяговое усилие и допустимое натяжение каната, и в дальнейшие расчеты в качестве Тmax принимается меньшее из значений.

В случае если тяговое усилие лебедки больше допускаемого натяже-ния каната, необходимо предусмотреть встраиваемую в лебедку муфту пре-дельного момента или систему автоматики, срабатывающую при превыше-нии допускаемого натяжения.

Для определения по заданному наибольшему натяжению каната Тmax потребного начального монтажного натяжения каната Т0 можно воспользо-ваться существующим уравнением:

,024

24

coscos3cos

3

1

1

32

1

2max

222

21

332

max2

03

0

n

i

n

ik

n

i

xcpcp

x

cp

xn

xik

l

lFqE

lT

qPlPlqlllqFE

TTT

(4)

где Т0 – начальное монтажное натяжение каната, кН; Тмах – макси-мальное натяжение каната, кН; Е – модуль упругости каната, кПа; F – пло-щадь сечения каната, м2; Р – вес груза, кН; q – интенсивность нагрузки от 1 м каната, кН/м; α – средневзвешенный угол наклона хорды пролета, рад; li – длина i-го пролета между опорами, м; lx– длина загруженного пролета после деформации, м.

Решая уравнение (4) находим начальное монтажное натяжение каната как функцию от груза Т0=f(P).

,0

24

coscos12cos

12

24

1

20

232

21

332

1

20

1

332

02

max3

max

n

i

xxi

cpxx

cp

x

cp

n

xik

n

i

n

ixk

lPT

bqPal

baPlqllqFE

lPT

lFlEqPTTT

(5)

где ах – расстояние от головной мачты до груза, м; bx – расстояние от тыловой мачты до груза, м.

10

Известно уравнение общего состояния каната для многопролетной схемы его навески (5), связывающее начальное монтажное натяжение Т0 и конечное натяжение Тмах при произвольном положении груза Р в одном из пролетов длиной lx.

Подставляя в уравнение (5) все известные величины а также Т0=f(P), решаем это уравнение относительно веса груза Рmax.

Для дальнейших расчетов принимаем, что реакция в опоре R= Рmax, т.к. реакцию (рис. 3) можно определить по формуле:

maxmax

max PbabP

R

. (6)

Тогда момент, приложенный к опоре, будет равен: Мопоры= Рmax· с . (7)

а – расстояние от головной мачты до груза, м; b – расстояние от тыловой мачты до

груза, м; с – расстояние от опоры до точки закрепления (плечо момента), м. Рис. 3 - Схема распределения нагрузок при транспортировке

Приравнивая Мопоры к моменту дифферента М из выражения (1) опре-

деляется угол наклона φ:

gblcP

3max3 . (8)

По выведенной формуле (8) определяется угол наклонения плавучего основания устройства при транспортировке древесины.

Далее полученный угол наклона φ сравнивается с допускаемым зна-чением [φ], определяемым по формуле (3). После этого делается вывод о работоспособности устройства при заданных параметрах.

Решая уравнение состояния каната можно определить зависимости между Р и заданными исходными значениями канатной установки Т0, l, α, Тмах.

Данные зависимости теоретических исследований и выведенные ма-тематические зависимости позволяют определить технические и технологи-ческие параметры устройств.

11

1 2 3 4 5

50

100

150

R T0 P( )

T0 Рис. 4 - График функции Р=f(Т0)

100 200 300 400 500

20

40

60

80

R l P( )

l Рис. 5 - График функции Р=f(l)

0 0.1 0.2 0.3 0.4

40

45

50

55

60

R P( )

Рис. 6 - График функции Р=f(α)

0 10 20 30 40 500

20

40

60

80

R P Tmax( )

P Рис.7 - График функции Тмах=f(Р)

В третьей главе приведена методика исследования сложного процес-

са воздействия натяжений от канатно-блочной системы устройства для сбо-ра и транспортировки древесины на деревья береговой зоны. Целью на-стоящих исследований являлось определение возможности использования деревьев береговой зоны в качестве опор канатной установки путём уста-новления величин усилий, при которых деревья могут быть извлечены из грунта.

Рис. 8 - Схема проведения экспериментов

Для подготовки и проведения серии экспериментов за основу была

взята существующая методика определения усилия, необходимого для из-влечения дерева из грунта опрокидыванием.

12

Особенность проведенных в ходе диссертационных исследований се-рии экспериментов заключается в том, что в качестве тягача был использо-ван не трактор, а буксирный катер пр. 433. Дерево закрепляли стальным ка-натом диаметром 18 мм и длиной 50 м. Усилие замеряли промышленным стальным динамометром 9016, ДПУ-100-1 УХЛ 2 ТУ-25-06.2088-83 с пре-дельной нагрузкой 100 кН. В ходе проведения опыта замерялись различные параметры эксперимента: высота дерева, высота дерева от комля до кроны, диаметр дерева на высоте 1,3 м, ширина кроны, высота берегового уступа, расстояние от кромки обрыва до дерева, длина боковых корней первого по-рядка.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных натур-ных исследований. Был произведен расчет объема ямы под пнем и усилий от канатной установки на поваленные деревья. После компьютерной обра-ботки результатов многофакторного эксперимента получены регрессионные модели процесса воздействия усилий от канатно-блочной системы устрой-ства на деревья береговой зоны водохранилищ.

Модель, описывающая процесс воздействия канатных установок в условиях водохранилищ на деревья сосны, произрастающие на берегах, сложенных суглинистыми грунтами, выражена уравнением:

Y=0,695х12+1,792(х1+х2

2)+1,610х3-2,053(х1х2+(х5/х4)2)+ +0,238(х1-х2)2х4+0,029ехр(х6+х8)+0,341ехр(х6+х7)- (9)

-0,143(ехр(х8)+х3х1)-0,005(х8(х1+х3)), для деревьев сосны, произрастающих на берегах водохранилищ, сло-

женных песчаными грунтами: Y=0,125х1

2+0,631(х1+х22)+0,664х3-0,668(х1х2+(х5/х4)2)+

+0,027(х1-х2)2х4+0,019ехр(х6+х8)+0,358ехр(х6+х7)- (10) -0,013(ехр(х8)+х3х1)-0,002(х8(х1+х3)),

где Y – максимальный вес транспортируемого груза P, кН; x1 – высота дерева Hдер, м; x2 – высота дерева от комля до кроны h2, м; x3 – диаметр дере-ва на высоте 1,3 м. d1.,3, м; x4 – ширина кроны Вкр, м; x5 – высота берегового уступа Hбе.р, уст, м; x6 – расстояние от кромки обрыва до дерева Lоб, м; x7 – длина боковых корней первого порядка lкорн, м; x8– объем ямы под пнем Vям, м3.

Производилась оценка эффективности полученных регрессионных моделей и установлено, что данные модели являются эффективными.

Построены графики зависимостей веса транспортируемого груза P от различных параметров.

Анализ зависимости максимального веса транспортируемого груза от вы-соты дерева для суглинков (рис. 9) и песков (рис. 13) позволяет сделать вы-

13

вод о том, что с увеличением высоты дерева максимальный веса транспор-тируемого груза увеличивается.

Графики зависимостей для суглинков:

y = 0,1186x2 - 3,485x + 45,878R2 = 0,8496

2022242628303234363840

20 21 22 23 24 25 26 27

Высота дерева Ндер, м

Вес

гру

за, к

Н

Рис. 9 - Функция Р = f(Hдер.)

y = -0,0004x2 + 0,8146x - 1,9594R2 = 0,9521

2022242628303234363840

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50Диаметр на высоте 1,3 м(d1,3), м

Вес

гру

за, к

Н

Рис. 10 - Функция Р = f (d1,3)

y = 0,4776x2 + 0,4597x + 17,262R2 = 0,8507

2022242628303234363840

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Длина боковых корней первого порядка, м

Вес

гру

за, м

Рис. 11 - Функция Р = f (lкорн)

y = 1,986x2 - 7,0827x + 29,941R2 = 0,8341

2022242628303234363840

2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1 4,3 4,5

Объем ямы под пнем, м.куб.

Вес

гру

за, к

Н

Рис. 12 - Функция Р = f (Vямы)

Графики зависимостей для песков:

y = 0,0678x2 - 1,9323x + 27,662R2 = 0,8353

1012141618202224262830

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Высота дерева Ндер, м

Вес

гру

за, к

Н

Рис. 13 - Функция Р = f(Hдер.)

y = 0,0351x2 - 2,1082x + 46,652R2 = 0,9215

1012141618202224262830

28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Диаметр на высоте 1,3 м(d1,3), м

Вес

гру

за, к

Н

Рис. 14 - Функция Р = f (d1,3)

y = 0,0351x2 - 2,1082x + 46,652R2 = 0,9215

1012141618202224262830

28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Диаметр на высоте 1,3 м(d1,3), м

Вес

гру

за, к

Н

Рис. 15 - Функция Р = f (lкорн)

y = 0,9838x2 - 2,5317x + 15,721R2 = 0,8318

1012141618202224262830

2 2,5 3 3,5 4 4,5

Объем ямы под пнем, м.куб.

Вес

гру

за, к

Н

Рис. 16 - Функция Р = f (Vямы)

Влияние диаметра на высоте 1,3 м на развитие корневой системы, обу-

словливающую степень устойчивости дерева, не вызывает сомнений, и подтверждается данной зависимостью (рис. 10,14), с увеличением диамет-ра на высоте 1,3 м, происходит увеличение веса транспортируемого груза.

14

При анализе графиков функции веса транспортируемого груза от длины боковых корней первого порядка (рис. 11,15) видно, что функция возрастает, это говорит о том, что с увеличением длины боковых корней первого порядка возрастает максимальный вес транспортируемого груза.

Анализ зависимости веса транспортируемого груза от объема ямы под пнем (рис. 12,16) позволяет определить, что с увеличением объема ямы возраста-ет максимальный вес транспортируемого груза, это объясняется тем, что объем непосредственно связан с длиной боковых корней первого порядка.

В пятой главе приводится описание разработанных устройств для доставки древесины с береговой зоны водохранилищ, новизна которых под-тверждается патентами РФ на полезную модель №83737, №83759, №83767 и технологических схем сбора и транспортировки древесины на базе данных устройств

Разработано устройство и получен патент на полезную модель № 83767 от 20 июня 2009 г.

1 9

1 0 1 1 1 2

1 3

1 4 2 3

4

5 6

7 8

Г В

1 5

2

4 1 7

1 3

1 9

1 8 1 6 Рис. 17 - Агрегат для сбора и транспортировки древесины с берегов Агрегат состоит из плавучего основания 1, выполненного в виде пон-

тона, кабины управления 2, лебедки 3, мачты канатной установки 4, направ-ляющих блоков 5, 6, рабочего 7 и возвратного 8 каната, напалубных стенок накопителя 9 , тросо-блочной системы 10 для подъёма и опускания рампы 11, рольгангов 12, прицепного устройства для транспортировки древесины 13, машинного отделения 15, накопителя 16, барабанов 18, угловых вра-щающихся блоков 19.

Сформированная в пачку древесина 14, зацепляется прицепным уст-ройством 13 к рабочему канату 7, закреплённому на берегу угловыми бло-ками 19. Агрегат, находясь в акватории 17, опускает в воду с помощью тро-

15

со-блочной системы 10 борт-рампу 11 с рольгангами 12, включением при-вода барабанов 18 начинается движение каната 7 с древесиной 14 к агрегату. По борту-рампе 11 и установленным на нём рольгангам 12 осуществляется облегчённая загрузка древесины в накопитель 16. после погрузки, прицеп-ное устройство 13 отцепляется и возвратный канат 8 приводит его в исход-ное положение.

Разработано устройство и получен патент на полезную модель № 83759 от 20 июня 2009 г.

1

2 3 4

5

6 7 8

9

1 0 1 1

Г В

1 2

1 1

1 3 8 1 4

1 5

9

1 7

Рис. 18 - Устройство для сбора и транспортировки древесины с бере-

говой зоны

Устройство состоит из плавучего основания 1, выполненного в виде понтона, лебёдки 2, платформы для лебёдки 3, рабочего каната 4, напалуб-ных стенок трюма 5, тросо-блочной системы для подъёма и опускания рам-пы 6, рампы 7, рольгангов 8, прицепного устройства для транспортировки древесины 9, кабины управления 11, машинного отделения 12, трюма 13, угловых вращающихся блоков 15, возвратного каната 17.

На плавучем основании 1 установлена лебёдка 2, закреплённая на платформе 3, управляемая из кабины 11, собранная на берегу древесина 10, сформированная в пачку, зацепляется прицепным устройством 9 к рабочему канату 4, закреплённому на берегу угловыми блоками 15. Устройство, нахо-дясь в акватории 14, опускает в воду с помощью тросо-блочной системы 6 борт-рампу 7 с рольгангами 8, включением привода лебёдки 2 начинается движение каната 4 с древесиной 10 к устройству. По борту рампе 7 и уста-новленным на нём рольгангам 8 осуществляется облегчённая загрузка дре-весины в трюм 13. после погрузки, прицепное устройство 9 отцепляется и возвратный канат 17 приводит его в исходное положение.

16

Разработано устройство и получен патент на полезную модель №

83737 от 20 июня 2009 г.

Рис. 19 - Устройство для сбора и доставки древесины

Устройство состоит из плавучего основания 1, на палубе располага-

ются накопитель 9, лебедка 2, головная мачта 5 с растяжками 6 и полиспа-стом 14. От барабанов канатной установки, через закрепленные на мачте направляющие блоки 7,8 протянуты несущий канат 3, по которому имеет возможность перемещается каретка 12 с грузом 11, и тягово-подъемный канат 4. Несущий канат проходит через промежуточный башмак 15, закреп-ленный канатами 17 на промежуточной опоре 16. Несущий канат проходит через тыловую опору 13, расположенную в береговой зоне, и закреплен за-жимом 14 и канатами 18.

Собранная в береговой зоне 10 пачка древесины подцепляется к тягово-подъемному канату 4 и с помощью лебедки 2 трелюется полуподвесным способом к несущему канату 3. Затем каретка 12 с грузом 11 поднимается и перемещается в подвешенном положении по несущему канату 3 к понтону 1, находящемуся в акватории озера или водохранилища, где древесина вы-гружается в накопитель 9.

Предложены технологические схемы очистки береговой зоны водохра-нилищ с использованием разработанных устройств для сбора и транспорти-ровки древесины.

Схема (рис.20) предназначена для очистки береговой зоны от обсохшей древесины с помощью устройства для сбора и транспортировки на базе ка-натной установки. Преимущество данной схемы заключается в снижении металлоёмкости, снижении числа машин, участвующих в сборе древесины с

17

берегов, возможности доставки на плавучее основание с берега нескольких брёвен или сформированного пучка.

1 - тягово-несущий рабочий канат; 2 - опоры канатной установки; 3 – об-сохшая аварийная древесина; 4 – береговая зона; 5 – боновое заграж-дение;6 – акватория залива; 7 - уст-ройство для сбора и транспортиров-ки древесины; 8 – буксирный катер; 9 – собранная в трюм древесина; 10 – борт-рампа с рольгангами; 11 – при-цепное устройство; 12 – чокера; 13 – возвратный канат; 14 – собранная на берегу древесина.

Рис.20 - Схема очистки береговой зоны от древесины

1 – трактор с манипулятором для сбора древесины на берегу; 2 – опо-ры канатной установки; 3 – обсохшая древесина; 4 –тяговый канат; 5 – бе-реговая зона; 6 – боновое загражде-ние; 7 - устройство для сбора и транспортировки древесины; 8 – ак-ватория залива; 9 – плашкоут для транспортировки собранной древе-сины; 10 – буксирный катер; 11 – накопитель с древесиной; 12 – несу-щий канат; 13 – тяговая каретка; 14 – трелюемая пачка древесины; 15 - собранная на берегу древесина

Рис. 21 - Схема очистки береговой зоны от древесины с применением ме-ханизированного сбора на берегу и подвесной трелевки

Схема (рис.21) предназначена для очистки береговой зоны от обсохшей

древесины с применением механизированного сбора древесины на берегу и подвесной трелевки до накопителя или плашкоута устройством для достав-ки обсохшей аварийной древесины. При данной схеме уменьшается время простоя оборудования, снижается количество машин, участвующих в сборе аварийной древесины и возможность его в условиях, где применение другой техники затруднительно. Имеется возможность транспортировки свеже-срубленной древесины при заготовках в береговой зоне.

На основании технико-экономических расчетов работы комплекса агре-гатов на базе разработанных устройств, при сборе и транспортировке древе-

18

сины в береговой зоне водохранилищ при объеме 50000 м3 в навигацию, окупаемость капиталовложений составит пять лет. Инвестиции должны со-ставить 12,5 млн. рублей при объеме реализуемой продукции 10,7 млн. руб-лей (по ценам, действующим на 2008 год).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ существующих технологий и оборудования для очистки водо-хранилищ показывает, что на данный момент нет эффективных и не тре-бующих больших капитальных вложений технологий, позволяющих произ-водить очистку водохранилищ и береговой зоны от плавающей, полузатоп-ленной, топляковой и обсохшей древесины.

2. Разработаны устройства для сбора и транспортировки древесины с береговой зоны водохранилищ, новизна которых подтверждается патентами РФ на полезную модель №83737, №83759, №83767.

3. Разработана математическая модель процесса доставки древесины с береговой зоны с учетом остойчивости плавучего основания устройства для сбора и транспортировки.

4. Разработана методика определения технических характеристик уст-ройств для сбора и транспортировки древесины с берегов. Так, для типовой лебедки при изменении предварительного натяжения каната от 1 до 5 кН, максимальный вес транспортируемого груза снижается со 155 до 20 кН.

5. Построены математические модели процесса воздействия усилий от канатной установки на деревья сосны береговой зоны в различных почвен-но-грунтовых условиях.

6. Определен максимальный вес транспортируемого устройством груза по среднему значению усилия корчевания для деревьев береговой зоны. Для деревьев сосны: в суглинистом грунте при среднем усилии корчевания 75,3 кН, максимальный вес груза составляет 30,1 кН; в песчаном грунте при среднем усилии корчевания 45,5 кН, максимальный вес груза равен 17,2 кН.

7. Разработаны технологические схемы и мероприятия по сбору древе-сины с береговой зоны водохранилищ на базе запатентованных устройств.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Горяев, А.С. Обоснование способов освоения аварийной древесины

в береговой зоне водохранилищ [Текст] / А.С. Горяев, А.Ю. Жук // Вестник КрасГАУ. – 2009. - №11(38). – С. 175-181.

Патенты 2. Пат. 83737 Российская федерация, МПК7 В 60 Р 1/00. Устройство

для сбора и доставки обсохшей аварийной древесины [Текст] / Горяев А.С.,

19

Жук А.Ю., Угрюмов Б.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Брат-ский государственный университет. - № 2009107548/22; заявл. 02.03.2009; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17. – 1с.

3. Пат. 83759 Российская федерация, МПК7 В 63 В 35/28. Устройство для сбора и древесины с береговой зоны [Текст] / Жук А.Ю., Горяев А.С., Угрюмов Б.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Братский государ-ственный университет. - № 2009107546/22; заявл. 02.03.2009; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17. – 1с.

4. Пат. 83759 Российская федерация, МПК7 В 65 G 69/20, В 60 Р 3/41. Агрегат для сбора и транспортировки аварийной «бесхозной» древесины с берегов [Текст] / Жук А.Ю., Горяев А.С., Угрюмов Б.И.; заявитель и патен-тообладатель ГОУ ВПО Братский государственный университет. - № 2009107547/22; заявл. 02.03.2009; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17. – 1с.

В других изданиях

5. Горяев, А.С. Способ доставки обсохшей и аварийной и свежесруб-ленной древесины в акваторию озер и водохранилищ [Текст] / А.С. Горяев, А.Ю. Жук, Б.И. Угрюмов // Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: Материалы Всероссийской научно - технической конфе-ренции. – ГОУ ВПО «БрГУ». - Братск, 2009. – С. 99-100.

6. Горяев, А.С. Устройства для сбора и доставки обсохшей аварийной и свежесрубленной древесины [Текст] / А.С. Горяев, А.Ю. Жук // Естест-венные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: Материалы Все-российской научно - технической конференции. – ГОУ ВПО «БрГУ». Братск, 2009. – С. 100-101.

7. Горяев, А.С. Устройство для формирования пучков из аварийной древесины [Текст] / А.С. Горяев // Актуальные проблемы лесного комплек-са/ Под ред. Е.А.Памфилова. Сборник научных трудов по итогам междуна-родной научно-технической конференции. Выпуск 22. – БГИТА. - Брянск, 2009. – С. 183-186.

8. Горяев, А.С. Технология сбора и сплотки аварийной древесины [Текст] / А.С. Горяев, А.Ю. Жук // Труды Братского государственного уни-верситета: Серия: Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: в 2 т. – ГОУ ВПО «БрГУ». - Братск, 2009. – Т. 2. - C. 229-232.

9. Горяев, А.С. Разработка и обоснование новых способов лесопользо-вания в береговой зоне водохранилищ [Текст] / А.С. Горяев, А.Ю. Жук // Труды Братского государственного университета: Серия: Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: в 2 т. – ГОУ ВПО «БрГУ». - Братск, 2009. – Т. 2. - C. 232-237.

20

Горяев Александр Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ВОДОХРАНИЛИЩ

05.21.01. – «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано в печать 16.11.09. Формат 60х84 1/16 Печ. л. 1,2 Тираж 100 Заказ

Типография Братского государственного университета

665709, Иркутская обл., г. Братск, ул. Макаренко, 40.