CC BY
50
УДК 630*378.33
ИЗМЕНЕНИЕ ОСАДКИ ПЛОСКОЙ СПЛОТОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ
аспирант кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии В. В. Васильев ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
На реках, где осуществлялся молевой сплав древесины, в настоящее время присутствует проблема организации сплава лесоматериалов в сплоточных единицах. Для решения этой проблемы существует ряд предложений, но наиболее целесообразное из них - использование плоских сплоточных единиц обычной конструкции и плоских сплоточных единиц стабилизированной плавучести, имеющих малую осадку [1, 2, 3, 4, 5]. Разработана новая конструкция плоской сплоточной единицы (подана заявка на изобретение), прототипом которой стала сплоточная единица [6]. Конструкция усовершенствованной сплоточной единицы представлена на рис. 1. Сплоточная единица состоит из круглых лесоматериалов ограниченной плавучести, уложенных в нижний ряд 1, средние ряды
2, верхний ряд 3, пакетов 4 круглых лесоматериалов повышенной плавучести, объединенных гибкими обвязками 5. Лесоматериалы ограниченной плавучести нижнего ряда 1 имеют длину больше, чем лесоматериалы ограниченной плавучести верхнего ряда 3 на две ширины пакета 4 круглых лесоматериалов повышенной плавучести. Лесоматериалы ограниченной плавучести нижнего 1 и верхнего 3 рядов прижаты к лесоматериалам ограниченной плавучести средних рядов 2 гибкими обвязками 6. Гибкие внешние обвязки 7 охватывают снаружи пакеты 4 лесоматериалов
повышенной плавучести и лесоматериалы ограниченной плавучести средних 2 и верхнего 3 рядов.
Сборка сплоточной единицы производится на берегу. На плотбище укладывают параллельно две гибкие обвязки 6, на которые накладывают нижний ряд 1 из лесоматериалов ограниченной плавучести, располагая лесоматериалы вплотную друг к другу и перпендикулярно гибким обвязкам 6. На нижний ряд 1 укладывают две гибкие внешние обвязки 7, располагая их параллельно друг другу и лесоматериалам ограниченной плавучести нижнего ряда 1. На концы лесоматериалов ограниченной плавучести нижнего ряда 1 укладывают заранее подготовленные пакеты 4 из лесоматериалов повышенной плавучести, объединенных гибкими обвязками 5. Пакеты 4 укладываются перпендикулярно лесоматериалам ограниченной плавучести нижнего ряда 1. В пространство между пакетами 4 из лесоматериалов повышенной плавучести укладывают лесоматериалы ограниченной плавучести средних рядов 2 на гибкие внешние обвязки 7, располагая лесоматериалы ограниченной плавучести средних рядов 2 вплотную друг к другу, и параллельно пакетам 4 из лесоматериалов повышенной плавучести. На поверхность лесоматериалов ограниченной плавучести средних рядов 2 укладывают лесоматериалы ограниченной плавучести верхнего ря-
да 3, располагая их вплотную друг к другу, и перпендикулярно лесоматериалам ограниченной плавучести средних рядов 2. Натягивают гибкие внешние обвязки 7. Утя-
гивают и соединяют гибкие обвязки 6, после чего утягивают и соединяют гибкие внешние обвязки 7.
б
Б-Б
3 7 2
\
7 3
ш
11
17 2
7 1
Рис. 1. Плоская сплоточная единица: а - вид сверху; б - разрез А-А; в - разрез Б-Б
При использовании рассмотренной конструкции плоской сплоточной единицы на практике в составе плота, необходимо знать основные эксплуатационные показатели. Наиболее важным показателем для рек с малыми глубинами является осадка сплоточной единицы, определяющая непосредственно осадку всего плота, и ее изменение в процессе плавания. Таким образом, необходимо провести экспериментальные исследования для изучения интенсивности изменения осадки рассмотренной плоской сплоточной единицы с течением времени.
Цель исследования - установить закономерность изменения осадки с течением времени плоских сплоточных единиц, изготовленных из окоренных круглых лесоматериалов и лесоматериалов в коре.
Эксперимент осуществлялся на моделях плоских сплоточных единиц, изготовленных в масштабе 1:10, которые собирались из круглых лесоматериалов сосны обыкновенной, заготовленных в ранневесенний период года при максимальной интенсивности сокодвижения. Принимались размеры для всех плоских сплоточных единиц следующие: длина круглых лесоматериалов, укладываемых в средние ряды и верхний ряд, а также в пакеты - 4,1 м или с учетом масштаба 41 см; диаметр для всех лесоматериалов в верхнем отрезе составлял 45±5 см, согласно масштабу это 4,5±0,5 см, а длина нижнего ряда лесоматериалов была назначена 61 см. При этом сбег круглых лесоматериалов варьировался от 0,8 до 1 см на 1 м длины, что в масштабе от 0,8 до 1 мм на 10 см. Сплоточный такелаж использовался в виде проволоки и
обвязочного шпагата.
Были изготовлены четыре модели плоских сплоточных единиц: две из окоренных круглых лесоматериалов, а остальные из круглых лесоматериалов в коре, все лесоматериалы имели одинаковую плотность. Общий вид моделей плоских сплоточных единиц представлен на рис. 2. Две модели, изготовленные из окоренных круглых лесоматериалов и круглых лесоматериалов в коре, предназначались для спуска на воду без предварительной сушки, то есть при максимальной плотности древесины. В свою очередь остальные две модели спускались на воду после атмосферной сушки в течение 45 суток при средней температуре окружающего воздуха около +20 °С. На углах каждой модели закреплялась измерительная шкала в виде 30 сантиметровой линейки, шаг которой составлял 1 мм. При спуске на воду моделей плоских сплоточных единиц без предварительной сушки, посредством измерительной шкалы снимались показания осадки по четырем углам каждые сутки и вносились в таблицу, где рассчитывалась средняя осадка. Для моделей, прошедших предварительную атмосферную сушку, после спуска на воду снятие показаний осуществлялось через 5 суток, все результаты заносились в отдельную таблицу с последующим расчетом средней осадки. Во время проведения экспериментальных исследований применялся бассейн с длиной, шириной и глубиной соответственно 2,7, 1,2 и 0,8 м. Бассейн был расположен в помещении, с отсутствием воздействия внешних факторов, которые кардинально смогли бы повлиять на ход выполнения эксперимента.
а
б
Рис. 2. Модели плоских сплоточных единиц: а - сплоточная единица из лесоматериалов в коре; б - сплоточная единица из окоренных лесоматериалов
В процессе выполнения экспериментальных исследований первоначально была измерена высота каждой модели плоской сплоточной единицы, где для моделей, изготовленных из окоренных круглых лесоматериалов и в коре, высота соответственно составила 18 и 20 см. Затем модели плоских сплоточных единиц были спущены на воду и после их уравновешивания с жидкостью произвели снятия показаний осадки и занесли в специальную таблицу.
При наблюдении за интенсивностью изменения осадки моделей плоских сплоточных единиц было установлено, что сплоточная единица, собранная из окоренных круглых лесоматериалов продержалась на плаву в течение 11 часов и после этого полностью затонула. В свою очередь модель плоской сплоточной единицы, собранной из неокоренных круглых лесоматериалов находилась на плаву в течение 16 часов, а затем затонула.
Разница времени нахождения сплоточных единиц на плаву составила 5 часов. Отсюда следует, что натуральные плоские сплоточные единицы, изготовленные из круглых лесоматериалов сосны обыкновенной, заготовленных в ранневесенний период, сплавляться по рекам самосплавом или в составе плота за тягой буксировщика не могут, так как в течение суток модели полностью затонули. Для продления времени нахождения натуральных плоских сплоточных единиц на плаву необходимо осуществлять подготовку древесины к
сплаву или использовать искусственный подплав, но наиболее целесообразно обертывать сплоточные единицы гибким водонепроницаемым материалом [2, 3, 4, 5, 7]. Необходимо также отметить тот факт, что в практических условиях меньшую интенсивность водонасыщения имеет плоская сплоточная единица, изготовленная из круглых лесоматериалов в коре, но данная сплоточная единица обладает большей осадкой.
Произведя предварительную подготовку оставшихся моделей плоских сплоточных единиц путем атмосферной сушки и измерив их высоту, которая для модели, изготовленной из окоренных круглых лесоматериалов составила 18 см, а для модели из круглых лесоматериалов в коре - 20 см, их спустили на воду (рис. 3). Когда модели плоских сплоточных единиц уравновесились с жидкостью, у них сняли показания по четырем углам первоначальной осадки и занесли в табл. 1, где определили среднюю осадку сплоточных единиц. Так средняя осадка для модели, изготовленной из окоренных круглых лесоматериалов получилась 9,95 см, а для модели из круглых лесоматериалов в коре - 15,6 см, что в масштабе для натуральных плоских сплоточных единиц соответственно 1,0 м и 1,6 м. Аналогичную процедуру по снятию показаний и расчету средней осадки делали каждые пять суток в течение 60 дней и все данные заносили в табл.
Таблица
Изменение осадки моделей плоских сплоточных единиц
Количество дней Модель сплоточной единицы из неокоренных лесоматериал ов Модель сплоточной единицы из окоренных лесоматериало в
Измерение осадки, см Средняя осадка, см. Измерение осадки, см Средняя осадка, см.
і Св _ 5 1 1 Св _ І 3-й замер - -а зр і - -а зр 5 1 2-й замер - -а зр і 3 4-й замер
Начальная осадка 15,6 15,6 15,6 15,6 15,6 10 9,9 9,9 10 9,95
5 16,6 16,6 16,5 16,7 16,6 11,1 11,2 11,0 11,0 11,08
10 17,1 17,4 17,3 17,3 17,28 11,7 11,8 11,7 11,6 11,70
15 17,3 17,7 17,5 17,5 17,50 12,1 12,3 11,9 11,8 12,03
20 17,5 17,9 17,6 17,65 17,66 12,30 12,6 12,1 12,0 12,25
25 17,6 18,1 17,7 17,7 17,78 12,5 12,8 12,3 12,2 12,45
30 17,7 18,3 17,8 17,75 17,89 12,7 13,0 12,5 12,4 12,65
35 17,8 18,4 17,9 17,8 17,98 12,9 13,2 12,7 12,55 12,84
40 17,9 18,45 18,0 17,85 18,05 13,1 13,4 12,9 12,7 13,03
45 17,95 18,5 18,1 17,9 18,11 13,6 13,8 13,3 13,1 13,45
50 18,0 18,55 18,2 17,95 18,17 14,3 14,3 13,4 13,3 13,82
55 18,05 18,6 18,3 18,0 18,24 14,6 14,5 13,5 13,5 14,02
60 18,1 18,65 18,4 18,05 18,30 14,8 14,6 13,6 13,7 14,17
а б
Рис. 3. Модели плоских сплоточных единиц в бассейне: а - сплоточная единица из окоренных лесоматериалов; б - сплоточная единица из лесоматериалов в коре
Закончив проведение экспериментального исследования, в ходе которого получили данные средней осадки моделей плоских сплоточных единиц, построили график зависимости осадки плоских сплоточных единиц от времени нахождения в воде. График представлен на рис. 4, где
первая кривая характеризует закономерность изменения осадки модели плоской сплоточной единицы из неокоренных круглых лесоматериалов, а вторая для модели плоской сплоточной единицы из окоренных круглых лесоматериалов.
Рис. 4. График изменения осадки моделей плоских сплоточных единиц в зависимости
от времени нахождения в воде:
1 - модель сплоточной единицы из окоренных лесоматериалов;
2 - модель сплоточной единицы из неокоренных лесоматериалов
Анализируя данные табл. и графики рис. 4 установили, что в первоначальный момент времени осадка наблюдаемых моделей плоских сплоточных единиц изменяется наиболее интенсивно в течение 10 су-
ток после спуска на воду. При этом первоначальная осадка модели плоской сплоточной единицы, собранной из круглых лесоматериалов, в коре больше, чем у модели, выполненной из окоренных круглых
лесоматериалов на 56,78 %. В последующем интенсивность изменения осадки равномерно уменьшалась. Наибольшая осадка у модели из окоренных круглых лесоматериалов. Следует отметить, что осадка модели плоской сплоточной единицы, изготовленной из окоренных круглых лесоматериалов, после 40 дней резко начала увеличиваться, а затем снова стабилизировалась по причине контакта верхнего ряда круглых лесоматериалов с жидкостью. Таким образом, плоские сплоточные единицы натуральных размеров, предварительно прошедшие атмосферную сушку, пригодны для сплава вольницей или в составе плота, так как в течение 60 суток модели плоских сплоточных единиц не затонули и оставили за собой достаточно большой запас плавучести. Если необходимо уменьшить осадку натуральных плоских сплоточных единиц или стабилизировать плавучесть, следует обертывать их в гибкий водонепроницаемый материал [2, 3, 4, 5,
7].
Полученные экспериментальные данные по интенсивности изменения осадки моделей плоских сплоточных единиц адекватны и применимы для натуральных плоских сплоточных единиц. Они могут быть непосредственно использованы при расчете средней интенсивности поглощения жидкости древесиной в плоских сплоточных единицах, требуемой глубины сплавного хода для плоских сплоточных единиц и плотов и при определении инерционных показателей лесотранспортных единиц в различных условиях плавания. В настоящее время приведенные результаты экспериментального исследования и все
расчеты, связанные с ними, актуальны, особенно имеют большое прикладное значение при планировании лесосплавных работ на реках с лимитирующими габаритами сплавного хода.
Выводы
1. Модели плоских сплоточных единиц, спущенных на воду без предварительной подготовки, затонули в течение суток, при этом наибольшая интенсивность водонасыщения была у сплоточной единицы, изготовленной из окоренных лесоматериалов. Без предварительной подготовки сплоточные единицы можно сплавлять только в водонепроницаемой оболочке или с искусственным подплавом.
2. Модели плоских сплоточных единиц, подвергнувшиеся атмосферной сушке продолжительностью 45 суток при температуре окружающего воздуха около +20 °С, остались на плаву в течение 60 суток, при этом происходил рост их осадки, причем осадка возрастала наиболее интенсивно на протяжении первых 10 суток после спуска на воду. Первоначальная осадка модели плоской сплоточной единицы, собранной из круглых лесоматериалов в коре, больше на 57 %, чем у сплоточной единицы, выполненной из окоренных круглых лесоматериалов.
3. Плоские сплоточные единицы, прошедшие атмосферную сушку, пригодны для сплава вольницей или в составе плота, а для стабилизации осадки и плавучести их следует обертывать гибким водонепроницаемым материалом.
Библиографический список
1. Афоничев Д.Н., Васильев В.В.,
Папонов Н.Н. Совершенствование конструкции плота для сплава древесины по рекам с малыми глубинами // Политематиче-ский сетевой электронный научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. 2012. № 76(02). http://ej.kubagro.ru/2012/02
/pdf22.pdf.
2. Афоничев Д.Н., Папонов Н.Н., Васильев В.В. Сплоточная единица стабилизированной плавучести // ИВУЗ «Лесной журнал». 2010. № 6. С. 114-120.
3. Афоничев Д.Н., Папонов Н.Н., Васильев В.В. Выбор гибкого водонепроницаемого материала для стабилизации плавучести сплоточных единиц // Лесотехнический журнал / ВГЛТА. 2011. № 1. С. 9599.
4. Патент на изобретение № 2381949 РФ, МПК В 63 В 35/62, 35/58. Сплоточная
единица / Д.Н. Афоничев, Н.Н. Папонов, В.В. Васильев; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2008146180/11; заявл. 21.11.2008, опубл. 20.02.2010, бюл. № 5.
5. Васильев, В.В. Эксплуатационные показатели сплоточной единицы стабилизированной плавучести // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2011. № 8. С. 100-103.
6. Патент на изобретение № 2043255 РФ, МПК В 63 В 35/62. Сплоточная единица / А.А. Митрофанов, Г.Я. Суров, М.Н. Фоминцев; заявитель и патентообладатель Архангельский ЛТИ. № 4928310/11; заявл. 18.04.1992; опубл. 10.09.1995 г., бюл. № 25.
7. Васильев В.В. Обоснование инерционных характеристик плотов, содержащих плоские сплоточные единицы стабилизированной плавучести // Вестник МГУЛа - Лесной вестник. 2012. № 2. С. 107-112.
УДК 621.396.99
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЛЕСНЫХ ДОРОГ
кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры промышленного транспорта,
строительства и геодезии В. Н. Макеев сотрудник ООО «Частная компания» Д. Д. Плешков студент М. С. Солопанов ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
В условиях лесного комплекса всеми типами лесных предприятий вместе со специализированными машинами и механизмами широко используются во всех сферах строительного производства одно-
ковшовые гидравлические экскаваторы. В связи с этим повышение эффективности их применения является весьма существенной проблемой в период становления рыночных взаимоотношений в условиях лесо-
