CC BY
47
л; -Gjx; A’-, = Gm +[(Gro -GTO)l(Kt -1p;=(G„ -G„)/P,r/,B'1 =-(Gm -G10^.(k, -l)J;
Pm P„
К = ^max ; Gw, Gm, Gm, Pmax, P - данные тяговой характеристики трактора,
кр.н
Литература
1. Агеев, Л.Е. Основы расчета оптимальных и допустимых режимов работы машинно-тракторных агрегатов / Л.Е. Агеев. - Л.: Колос, 1978. - 296 с.
2. Агеев, Л.Е. Сверхмощные тракторы сельскохозяйственного назначения / Л.Е. Агеев, В.С. Шкрабак,
B.Ю. Моргулис-Якушев. - Л.: Агропромиздат, 1986. - 386 с.
3. Журавлев, С.Ю. Повышение эффективности функционирования МТА за счет оптимизации эксплуатационных регистров и динамических характеристик моторно-трансмиссионной установки с механической ступенчатой трансмиссией на примере трактора Т-170Б: автореф. дис. ... канд. техн. наук /
C.Ю. Журавлев. - СПб.: Пушкин, 1994. - 19 с.
4. Журавлев, С.Ю. Определение оптимальных нагрузочных режимов машинно-тракторного агрегата (на примере трактора Т-170Б с двигателем Д-160) / С.Ю. Журавлев // Вестн. КрасГАУ. - Вып. 3. - Красноярск, 2003. - С. 189-193.
5. Болтинский, В.Н. Работа тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке / В.Н. Болтинский. -М.: Сельхозиздат, 1949. - 216 с.
УДК 630 А.С. Горяев, А.Ю. Жук
ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ОСВОЕНИЯ АВАРИЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ВОДОХРАНИЛИЩ
В статье рассматриваются основные проблемы, возникающие при создании и эксплуатации водохранилищ ГЭС, и предлагаются способы по их решению на базе устройств для ведения лесопользования в береговой зоне.
Ключевые слова: водохранилище, древесина, освоение, способ.
A.S. Goryayev, A.Yu. Zhuk SUBSTANTIATION OF THE WAYS OF EMERGENCY WOOD DEVELOPMENT IN THE COASTAL ZONE OF WATER BASINS
The main problems emerging in creation and operation of water basins of Hydro Power Station are considered in the article and the ways to solve this problem on the basis of facilities for wood use in the coast zone are offered.
Keywords: water basin, wood, development, way.
Многолетний опыт подготовки, создания и эксплуатации водохранилищ ГЭС в лесных регионах Сибири выявил проблемы экологического, экономического и социального характера. Одними из наиболее ощутимых экологических проблем эксплуатации водохранилищ ГЭС является затопление лесопокрытых территорий с запасом леса на 1 га до 300 м3 и наличие в акватории плавающего древесного сырья.
Проектами обычно предусматривалось два вида работ, сопутствующих подготовке ложа водохранилища: лесосводка, или вырубка товарной древесины, и лесоочистка, выполняемая различными способами, -с полной очисткой и корчевкой пней, с подрезкой их на уровне земли или с оставлением пней определенной высоты. Единых положений, регламентирующих во всех деталях размеры и порядок вырубки древостоев, характер лесоочистных работ и площадь, на которой они должны производиться, не существовало. Необходимых полноценных изысканий лесных массивов, как в зоне водохранилища, так и в прилегающих к нему
районах, не проводилось, и оценка запасов делалась условно, с использованием в одних случаях данных аэротаксации, в других - наземной таксации. Это привело к большому разбросу в оценке запасов деловой древесины и к заведомо неверному определению объемов работ по ее вырубке. Чаще всего в запасы включали только хвойные породы, а лиственные, как правило, считали возможным оставить в ложе водохранилища и затопить.
Лиственные породы не намечались к вырубке даже в тех случаях, когда в районах, прилегающих к водохранилищам, имелся неограниченный спрос на древесину, и ее можно было направить в близко расположенные лесопромышленные комплексы или на целлюлозно-бумажные комбинаты.
Важнейший вопрос, которому до сих пор не уделяется должного внимания, это полное использование растущего леса на берегах водохранилищ. Оставленные в зоне затопления деревья в течение многих лет продолжают вымываться из грунта и захламлять акваторию водоемов. Запасы древесины, подлежащие освоению, очень велики, а их потери измеряются миллионами кубометров. Их можно было бы избежать, если бы при возведении ГЭС по соседству с водохранилищами строились лесопромышленные комбинаты с технологией, предусматривающей полную утилизацию вырубаемых деревьев, включая и так называемую аварийную плавающую древесину.
По разным данным на акваториях водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского региона находится более
4 млн м3 плавающей древесной массы, затоплено более 22 млн м3 древесины. Наличие такого большого объема древесной массы оказывает негативное влияние на экосистемы водных объектов на территории Сибири. Произошло ухудшение общей экологической обстановки в затопленных зонах водохранилищ. Резко ухудшилось качество воды, сократилось количество нерестовых рыб, стало невозможно использовать воду в качестве питьевой [1].
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 [2,3]. 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 результате 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 этой древесины обычно нет средств, она превращается в топляк, опускается на дно, усугубляя и без того неблагоприятную экологическую обстановку.
Наряду с этим современное состояние лесопромышленного комплекса характеризуется ростом дефицита сырья. В последние годы отмечается уменьшение площади лесопокрытых территорий вследствие разного рода причин (пожары, нашествия вредителей, неэффективная заготовка леса и т.д.), что приводит к уменьшению запасов лесных ресурсов Российской Федерации. В этой ситуации необходимо эффективно использовать лесные ресурсы, разрабатывать технологии, позволяющие использовать всю древесную массу (ветви, крону и т.д.), активно вовлекать в производство дополнительное древесное сырье. В качестве такого сырья можно использовать плавающую, полузатопленную древесину.
При проведении анализа существующих технологий и техники, используемых для подъема затонувшей древесины [4], можно сделать вывод, что недостаточно внимания уделяется сбору аварийной древесины в обсохшем состоянии, что не позволяет проводить очистительные работы в должных объемах и качестве.
Предлагаемые устройства относятся к области лесной индустрии и могут быть использованы для количественной и качественной очистки береговой зоны озер и водохранилищ от «бесхозной» аварийной древесины в обсохшем состоянии, а также для доставки свежесрубленной древесины с береговой зоны в акваторию.
Известны канатные установки, служащие для перемещения грузов [5,6]. Каждая канатная установка состоит из лебедки и различных устройств и приспособлений (канаты, блоки, мачты, стрелы, каретки, оттяжки и др.), обеспечивающих надежное перемещение груза в заданном направлении.
Известен способ трелевки лесоматериалов с помощью канатной установки [5,6]. Существуют канатные установки трех типов в зависимости от характера выполняемой ими работы: коротко дистанционные, трелевочно-транспортные и транспортные.
Полуподвесные короткодистанционные канатные установки предназначены для трелевки леса от пня к лесовозной дороге или волоку. В отличие от подвесных систем при перемещении такими установками в подвешенном положении находится лишь передняя часть хлыста (сортимента), а задняя волочится по земле.
Трелевочно-транспортные установки, оснащенные несущим и тягово-грузоподъемным канатами, обеспечивают подтрелевку древесины к несущему канату на лесосеке, подвесную транспортировку древесины на разгрузочную площадку.
Транспортные канатные установки предназначены для перемещения хлыстов или сортиментов в полностью подвешенном положении из лесосеки на верхний склад. Они могут также грузить лес на лесовозный транспорт непосредственно с несущего каната или крупнопакетной установкой, а также укладывать древесину в штабели.
Недостатком данных устройств является невозможность трелевки аварийной «бесхозной» и свеже-срубленной древесины непосредственно на акваторию озер и водохранилищ.
Технической задачей, решаемой предложенными устройствами, является количественная и качественная очистка береговой зоны озер и водохранилищ, доставка аварийной и свежесрубленной древесины с береговой зоны в акваторию, уменьшение времени простоя оборудования, снижение количества машин, участвующих при сборе аварийной древесины, а также увеличение производительности сбора древесины.
Технический результат достигается тем, что устройство имеет плавучее основание, выполненное в виде металлического понтона. На понтоне могут быть размещены накопитель для собранной древесины, трелевочная лебедка, мачта канатной установки, промежуточные опоры и канатно-блочная система, соединяющая плавучее основание с берегом.
Предлагается несколько вариантов устройств, разработанных для сбора и доставки обсохшей аварийной и свежесрубленной древесины:
1. Устройство для сбора и доставки древесины в полуподвешенном положении
Устройство представлено на рисунке 1 и состоит из плавучего основания 1, на палубе располагаются лебедка 2, трелевочная мачта 5 с растяжками 6. От барабанов канатной установки через закрепленные на мачте направляющие блоки 7,8 протянуты возвратный канат 3 и рабочий трелевочный канат 4. В береговой зоне 14 канаты закрепляются с помощью угловых направляющих блоков 13.
Устройство работает следующим способом.
Собранная в береговой зоне 10 древесина 12 с помощью прицепного устройства 11 прикрепляется к тяговому канату канатно-блочной системы. Затем древесина трелюется в полуподвешенном состоянии с помощью лебедки 2 на акваторию 9. Далее древесина отцепляется, собирается топлякоподъемным агрегатом и формируется в пучки сплоточным устройством
7
Рис. 1. Устройство для сбора и доставки древесины в полуподвешенном положении
2. Устройство для сбора и доставки древесины в подвешенном положении Устройство представлено на рисунке 2 и состоит из плавучего основания 1, на палубе располагаются накопитель 9, лебедка 2, головная мачта 5 с растяжками 6 и полиспастом 14. От барабанов канатной установки, через закрепленные на мачте направляющие блоки 7,8 протянуты несущий канат 3, по которому имеет возможность перемещаться каретка 12 с грузом 11, и тягово-подъемный канат 4. Несущий канат проходит через промежуточный башмак 15, закрепленный канатами 17 на промежуточной опоре 16. Несущий канат проходит через тыловую опору 13, расположенную в береговой зоне, и закреплен зажимом 14 и канатами 18.
Устройство работает следующим способом. 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 выгружается в накопитель 9.
Рис. 2. Устройство для сбора и доставки древесины в подвешенном положении
3. Устройство для сбора и доставки древесины в подвешенном положении с механическим захватом Устройство представлено на рисунке 3 и состоит из плавучего основания 1, на палубе располагаются накопитель 9, лебедка 2, головная мачта 5 с растяжками 6. От барабанов лебедки и полиспаста 14, через закрепленные на мачте направляющие блоки 7,8, протянуты несущий канат 3, по которому имеет возможность перемещаться каретка 21 с механическим захватом 12, тяговый 4, грузоподъемный 19 и грузозахватный 20 канаты. Несущий канат проходит через промежуточный башмак 15, закрепленный канатами 17 на промежуточной опоре 16. Несущий канат проходит через тыловую опору 13, расположенную на берегу, и закреплен зажимом 14 и канатами 18.
Преимущество данных конструкций заключается в уменьшении времени простоя оборудования, снижении количества машин, участвующих при сборе аварийной древесины, и возможности его работы в условиях, где применение другой техники затруднительно. Позволяет одним устройством собирать древесину в береговой зоне и доставлять ее в акваторию или на плавучее основание.
Обоснование параметров предложенных устройств можно свести к задаче определения дифферента, который получит плавучее основание при перемещении древесины с береговой линии в акваторию или непосредственно на борт устройства.
N
Рис. 4. Основные силы, действующие на плавучее основание:
Р - усилие, требуемое для подтягивания деревьев, кН; и - дифферент судна, град;
АН - величина вертикального перемещения захвата по отношению к палубе, м;
Хо - расстояние от центра до ватерлинии, м; Х - расстояние от центра до точки приложенной силы, м;
у - угол продольного равнообъемного наклонения кривой, град; Р - сила веса, кН;
R - радиус описанной окружности, м; йп - сила поддержания, кН; Н - продольная метацентрическая высота, м; 1с - аппликата центра величины судна, м; 1в - аппликата центра тяжести судна, м;
№1, - горизонтальная и наклонная плоскости, в которых находится плавучее основание;
в - центр тяжести судна; С - центр величины судна.
Если усилие, требуемое для подтягивания деревьев F, невелико по сравнению с водоизмещением плавучего основания, то осадка и метацентрическая высота судна не изменяются. Дифферент плавучего основания Y можно в этом случае определить по формуле
Ф = 57,3Fx/DN, (1)
где ф - угол дифферента плавучего основания, град;
х - расстояние от центра тяжести плавучего основания до места приложения усилия подтягивания, м; F - усилие, требуемое для подтягивания деревьев, кН;
D - водоизмещение плавучего основания, т;
N - начальная метацентрическая высота, м.
Водоизмещение плавучего основания определяется по формуле
D = 5 L В Т у, (2)
где 5 - коэффициент полноты объемного водоизмещения (0,7-0,8);
L - длина плавучего основания, м;
В - ширина плавучего основания, м;
Т - осадка плавучего основания, м;
Y - плотность воды, кг/м3 .
Начальная метацентрическая высота в данном случае будет определена по формуле
N=R-(Zd-Zc), (3)
где N - метацентрическая высота, м ;
R - большой метацентрический радиус, м;
Zc - ордината центра величины, м;
Zd - ордината центра тяжести, м.
Большой метацентрический радиус определяется в свою очередь по формуле А.П. Фандерфлита
R = а2/145 * L2/T, (4)
где R - большой метацентрический радиус, м;
а - коэффициент площади грузовой ватерлинии (0,8-0,9).
Если усилие подтягивания пачки леса F сравнимо с водоизмещением плавучего основания D, то задача определения дифферента судна может быть решена методом последовательных приближений. Дополнительная осадка плавучего основания рассчитывается по формуле
ДТ = Fi/aBLY, (5)
где Fi - усилие подтягивания пачки леса, кН;
Y - плотность воды, кг/м .
Новая метацентрическая высота определяется по следующей формуле:
Hi=H + Fi/D+Fi. (6)
В первом приближении дифферент ф1 будет определен по формуле
Ф^^^/^) Hi . (7)
При этом необходимо учитывать, что канат, который подтягивает пачку, перемещается под углом к
мачте плавучего основания. Обозначим буквой S - величину перемещения каната, тогда вертикальное пе-
ремещение захвата по отношению к палубе составит
ДН = S sin р, (8)
где ДН - величина вертикального перемещения каната по отношению к палубе, м;
S - величина перемещения каната, м; в - угол наклона (прогиба) каната , град.
Дифферент судна в этом случае можно выразить следующей формулой:
Ф = arctg S sin р / хо - S cos р = ДН / х. (9)
i80
С другой стороны
ф1 или ф = 57,3 F x/DH,
таким образом 57,3 F х / D Н = arctg S sin ß/ хо - S cos ß, или 57,3 F / D Н ( xo - S cos ß) = S sin ß / xo - S cos ß *57,3,
так как ф = arctg ф , отсюда F = S sin ß / ( xo - S cos ß)2* D Н. (10)
При этом условии можно сделать вывод, что усилие подтягивания пачки лесоматериалов невелико
по сравнению с водоизмещением устройства, что обеспечивает остойчивость плавучего основания.
Литература
1. Васильев, Ю.С. Анализ экологических последствий от воздействий ГЭС / Ю.С. Васильев // Гидротехническое стр-во. - 1991. - № 8. - С.10-13.
2. Войтко, П.М. Исследование состава затонувшей древесины на лесосплавных водоемах Республики Марий Эл / П.М. Войтко, Е.В. Тихвинский, А.П. Роженцов // Рациональное использование лесных ресурсов: мат-лы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рожд. В.Е. Печенкина. - Йошкар-Ола: Изд-во МарГтУ, 2001. - С. 95-96.
3. Попов, А.В. Очистка Саяно-Шушенской ГЭС от плавающей древесины / А.В. Попов, А.И. Шатровский //Гидротехническое строительство. - 1994. - №4. - С. 12-15.
4. Водный транспорт леса / А.А. Камусин [и др.]; под ред. В.И. Патякина. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. -422 с.
5. Ширин, Ю.А. Технология и машины лесосечных работ: курс лекций / Ю.А. Ширин. - Йошкар-Ола: Изд-во МарГТУ, 2004. - 304 с.
6. Шкиря, Т.М. Технология и машины лесосечных работ / Т.М. Шкиря. - Львов: Выща шк., 1988. - 264 с.
'--------♦------------
УДК 629.11.012.5 Н.А. Иванов
СИНТЕЗ ПАТЕНТОЗАЩИЩЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДВИЖИТЕЛЕЙ ДЛЯ ВЕЗДЕХОДА НА ПНЕВМАТИКАХ
СВЕРХНИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
Сформулированы требования к конструкции движителей вездеходов на пневматиках сверхнизкого давления. Описаны конструкции, защищенные патентами Тихоокеанского государственного университета (г. Хабаровск), приведены результаты их производственных испытаний.
Ключевые слова: движитель, вездеход, пневматика, требование, испытание.
N.A. Ivanov SYNTHESIS OF THE PATENTED MOVER CONSTRUCTIONS FOR THE CROSS-COUNTRY VEHICLE ON THE TIRES OF ULTRA LOW PRESSURE
Requirements to the design of the cross-country vehicles movers on the tires of ultra low pressure are formulated. The constructions patented by the Pacific state university (Khabarovsk) are described; the results of their industrial tests are given.
Keywords: mover, cross-country vehicle, pneumatic, requirement, test.
В настоящее время получает бурное развитие создание и производство легких вездеходов на пневматиках сверхнизкого давления (ВСНД). Обладая уникальными по сравнению с другими транспортными средствами способностями по проходимости и экологичности по отношению к почве, такие вездеходы завоевывают все новые сферы использования. Основой для создания ВСНД, как правило, являются двигатели, агрегаты трансмиссии и механизмы управления, используемые в конструкциях мотоциклов, мотороллеров и легковых автомобилей. Этого нельзя сказать об элементах ходовой части, в частности, о движителях, предназначенных для преобразования вращательного движения в поступательное и состоящих в общем случае из собственно колеса и шины.
