ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ ЕДИНИЦ ПО АКВАТОРИИ РЕЙДОВ КАНАТНЫМИ УСКОРИТЕЛЯМИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А. Перемещение лесотранспортных единиц по акватории рейдов ...

УДК 630.378

Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. XXXVII, № 2. С. 114-116

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ ЕДИНИЦ ПО АКВАТОРИИ РЕЙДОВ

КАНАТНЫМИ УСКОРИТЕЛЯМИ

В. П. Корпачев, А. И. Пережилин, А. А. Андрияс

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: ivr@sibgtu.ru

Технологический процесс формирования плотов на водохранилищах ГЭС и устьевых участках впадающих рек связан с применением различных лесотранспортных единиц (сортиментов, пучков), перемещаемых по акватории рейдов. Для увеличения производительности при сортировке лесоматериалов на рейде прибегают к принудительному перемещению лесоматериалов при помощи различных ускорителей [1]. Одной из наиболее распространенных конструкцией ускорителя является канатный ускоритель. Такие ускорители применяют в главных сортировочных и подводящих коридорах для перемещения лесотранспортных единиц. Перемещение лесотранспортной единицы происходит провисающими на блоках канатами, скользящими по поверхности ле-сотранспортной единицы, имеющими поперечную форму эллиптического или цилиндрического сечения.

Приводятся теоретические исследования по определению силы трения каната ускорителя с учетом угла обхвата канатом лесотранспортной единицы имеющей поперечную форму эллиптического или цилиндрического сечения.

Ключевые слова: лесотранспортная единица, тросовый ускоритель, формирование плотов, акватория, сортировка лесоматериалов.

Conifers of the boreal area. 2019, Vol. XXXVII, No. 2, P. 114-116

MOVEMENT OF FOREST TRANSPORT UNITS ON WATER AREA OF RAIDS

BY ROPE ACCELERATORS

V. P. Korpachev, A. I. Perezhilin, A. A. Andriyas

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: ivr@sibgtu.ru

The technological process of forming forest rafts in the reservoirs HPS and estuarine sections of the flowing rivers is associated with the use of various forest transport units (assortments, bundles) that are transported in the water area of the raids. To increase productivity when sorting forest in the raids, resorted to the forced relocation of forest using various accelerators. One of the most common design of the accelerator is the rope accelerator. Such accelerators are used in the main sorting and supply corridors for moving forest transport units. The movement of the forest transport unit occurs by ropes sagging on the blocks, sliding along the surface of the forest transport unit, having a transverse form of elliptical or cylindrical section. In the article presents theoretical studies to determine the frictional force of the accelerator rope, taking into account the angle of girth of a timber transport unit with an elliptical or cylindrical cross section of a transverse shape.

Keywords: forest transport unit, rope accelerator, formation of forest raft, water area, sorting of forest materials.

ВВЕДЕНИЕ

Технологический процесс формирования плотов на водохранилищах ГЭС и устьевых участках впадающих рек связан с применением различных лесотранспортных единиц (ЛТЕ) (сортиментов, пучков), перемещаемых по акватории рейдов.

При скоростях течения менее 0,3 м/с производительность на сортировке лесоматериалов падает, вследствие чего сдерживаются все последующие рейдовые операции. В этих случаях прибегают к принудительному перемещению лесоматериалов при помощи так называемых ускорителей. В пределах сорти-

ровочных устройств целесообразным оказался канатный (тросовый) ускоритель.

Канатный ускоритель применяют в главных сортировочных и подводящих коридорах для перемещения ЛТЕ. Ускоритель имеет два параллельных бесконечных каната, расположенных симметрично относительно продольной оси коридора на расстоянии 2,5 м один от другого [2].

Перемещение ЛТЕ происходит провисающими на блоках канатами, скользящими на поверхности ЛТЕ, имеющими поперечную форму эллиптического или цилиндрического сечения.

Хвойные бореальной зоны. XXXVII, № 2, 2019

Для обеспечения перемещения ЛТЕ под воздействием канатного ускорителя необходимо, чтобы сила трения между канатами и ЛТЕ была не менее силы сопротивления перемещаемой ЛТЕ [2]:

F

F > 2то ql, То =—, 2ql

(1)

F = N2 - Ni,

Разобьем дугу AB на n частей (рис. 2).

где ^ - сила трения каната о ЛТЕ, Н; т0 - коэффициент трения каната о бревна; ^ - вес одного погонного метра каната, Н; I - длина каната, приходящаяся на одну ЛТЕ, м.

Из формулы (1) следует, что сила трения, а следовательно скорость перемещения ЛТЕ и производительность канатного ускорителя зависит от значения коэффициента трения.

В справочной, учебной литературе приводятся значения коэффициента трения т = 0,3 [3; 4], в учебнике [2] - т = 0,3... 0,4.

Впервые значение коэффициента т = 0,3 приведено в источнике [3] в 1938 г. В последующих изданиях [3.7] повторялось это значение. В указанных работах не приводится теоретическое обоснование силы трения каната о поверхность ЛТЕ, изменение силы трения при провисании нижней ветви каната и частичном обхвате им поверхности ЛТН при перемещении каната. В связи с этим нами выполнены теоретические исследования по определению силы трения каната с учетом угла обхвата канатом ЛТЕ имеющей поперечную форму эллиптического или цилиндрического сечения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Силу трения ^ троса определим по формуле известной из теории передач гибкой связью [8]:

(2)

Рис. 2. Расчетная схема

В точке А натяжение А, в точке А+ - N- + ДА7, ДР - - угол поворота касательной при переходе от А-к А в i - угол наклона касательной в точке А .

Считаем, что нормальная составляющая натяжения РА- на всем участке постоянная и приложена в точкеА,-.

Составим уравнение равновесия сил, приложенных к участку Д^,-:

PN¡ = Ni • tgAß, = N -Aß,, (tgAß, = Aß,). Тогда

F тр =AN¡ =TPn¡ , N =N • Aßi,

(4)

(5)

(6)

где А2 - натяжение в набегающей ветви троса; А1 -натяжение в сбегающей ветви троса (рис. 1).

здесь т - коэффициент трения троса о бревна.

Осталось связать угол р,- с параметром а. По геометрическому смыслу:

(Оу \ . ( Ь • л Ь

tgPг =1 I Аг = I--— I А- = - - с1маг, (7)

I ах I I а • Б1па I а

ß, = arctg |- - ctga, I, (8)

___A —N Л Л

\ 0

Рис. 1. Расчетная схема

Воспользовавшись расчетной схемой, прежде всего определим силу трения, предполагая, что трос невесомый.

Для ЛТЕ эллиптической формы поперечного сечения:

y = b • sina, х == a • cosa. (3)

На расчетной схеме: a - угол между положительным направлением оси ОХ и радиус-вектором переменной точки. Точке A соответствует угол ai, точке B - a2.

Aßi * dß,

, b2 2 а2 • sin2a¡ 1 +—ctg2a, ¡

•Aa =

ab • Aa¡

~ ~ • 2 , ,2 2 . а • sin a¡ + b • cos a¡

Подставляя (9) в (6) и разделив на N¡, получим:

AN¡ xabAa,

(9)

N¡

2-2 ,1.2 2 a sin a ¡ + b cos a¡

(10)

Такие соотношения получатся на каждом элементарном участке AS,-:

Просуммируем их по всем n участкам и перейдем к пределу:

n AN n xnhAn.

lim V^l = iim у 2 ™ÖAa' . (12)

n^o N n^o a2sin2a , + b2C0S2a. Aa,- ^0 Aa,- ^0

Откуда получим:

N2 = Ni • e

x| arctg I b tga1 l-arctgl j tga2

(13)

Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А. Перемещение лесотранспортных единиц по акватории рейдов

Здесь натяжение в точке A, т. е. при а = а1, есть N1, в точке B - N2.

xl arctgl -tga2 I-arctgl -tga1

F = N2 - N1 = N1 ]e 1 U 1 [b ;J-1^.(14)

Таким образом, определили силу трения троса без учета его веса. Определим теперь силу трения с учетом веса троса.

Все предыдущие рассуждения остаются в силе, но нормальное давление будет слагаться из нормальной составляющей веса, т. е.

PN¡ = N Дßi + q*St cosßi,

(13)

где q - линейная плотность троса; - вес троса на участке А£„ приложенный в точке А. Так как

= р, Щ = ЩДрг + ЩдАБ,со8Р;. (16)

Заменив в этом уравнении приращения дифференциалом и выразив угол вi через параметр а, получим линейное дифференциальное уравнение, связывающее N и а.

тaЬN • ёа . ,

dN = ——-----—+ тдазта • а а. (17)

а ^ш2 а + Ь2со82 а

Решая уравнение (17) при условии N = N1 при

а = а1 и N = N2 при а = а2 , получим:

N2 =|xqa [ f (а 2 )-f (a1 )] + N1 • e

-xarctgj b'ga1 I

x e

-xarctgj Jtga2

(1S)

Можно записать:

xl arctgl -tga2 I-arctgl -tga1 I

N2 = N1 • e L 1 b 1 1 b h +

Г / 4 / 4 тагсЧтtga2 I

+xqa [f(a2 )-f(a1 )]• e 1. (19)

Тогда сила трения равна:

xl arctgl -tga2 I-arctgl -tga1 I

F = N2 - N1 = N1 ••je L [b 1 1 b Ij-П +

+xqa [ f (a2 )- f (a1 )]•e

xarctgl btga2

(20)

В этом уравнении / (а2) и / (а1) интегралы, которые при заданном эллипсе и т являются функцией только лишь а. Они могут быть определены приближенно для практически интересующих значений а.

виде определить силу трения троса о бревна ЛТЕ с учетом угла его обхвата.

Для практического применения данной формулы необходимо дать решение интеграла в частном случае, когда трос обхватывает цилиндр, и в общем виде -трос обхватывает ЛТЕ эллиптической формы поперечного сечения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А. Закономерность движения твердого тела в затопленной гидравлической струе II Хвойные бореальной зоны. 2013. Т. XXXIII. № 9. С. 32-33.

2. Водный транспорт леса : учебник для вузов I А. А. Камусин, Ю. Я. Дмитриев, А. Н. Минаев и др. ; под ред. В. И. Патякина. 2-е изд., М. : МГУЛ, 2002. 422 с.

3. Добров Б. П. Механизация продвижения древесины на тиховодных рейдах. Техинформация № 3S. ЦНИИЛесосплава, 193S.

4. Лебедев А. Н. Водный транспорт леса : учебник. М.-Л. : Гостехиздат, 1939. 4б3 с.

3. Донской И. П. Водный транспорт леса : учебник для вузов. М.-Л. : Гослесбумиздат, 1933. 331 с.

6. Будыка С. Х., Манухин Г. А., Пименов А. Н. Водный транспорт леса и механизация лесосплавных работ : учебник. Минск : Вышэйш. шк., 1970. 440 с.

7. Водный транспорт леса : справ. I под ред. В. И. Па-тякина, М. : Лесная пром-ть, 1973. 40S с.

5. Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 1. М. : Наука, 19б9. 307 с.

REFERENCES

1. Korpachev V. P., Perezhllln A. I., Andrlyas A. A. Zakonomernost' dvlzhenlya tverdogo tela v zatoplennoy gldravllcheskoy struye II Khvoynyye boreal'noy zony. 2013, T. XXXIII, № 9, S. 32-33.

2. Vodnyy transport lesa : uchebnlk dlya vuzov I A. A. Kamusln, Yu. Ya. Dmltrlyev, A. N. Mlnayev l dr. ; pod red. V. I. Patyaklna. 2-e lzd., Moskva, MGUL, 2002, 422 s.

3. Dobrov B. P. Mekhanlzatslya prodvlzhenlya dreveslny na tlkhovodnykh reydakh. Tekhlnformatslya № 3S. TSNIILesosplava, 193S.

4. Lebedev A. N. Vodnyy transport lesa : uchebnlk. Moskva, Lenlngrad, Gostekhlzdat, 1939, 4б3 s.

3. Donskoy I. P. Vodnyy transport lesa : uchebnlk dlya vuzov. Moskva, Lenlngrad, Goslesbumlzdat, 1933, 331 s.

6. Budyka S. Kh., Manukhln G. A., Plmenov A. N. Vodnyy transport lesa l mekhanlzatslya lesosplavnykh rabot : uchebnlk. Mlnsk, Vysheysh. shk., 1970, 440 s.

7. Vodnyy transport lesa : sprav. I pod red. V. I. Patyaklna, Moskva, Lesnaya prom-t', 1973, 40S s.

5. Flkhtengol'ts G. M. Kurs dlfferentslal'nogo l lnteg-ral'nogo lschlslenlya. T. 1, Moskva, Nauka, 19б9, 307 s.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученная в результате теоретических исследований зависимость (20) дает возможность в общем

© Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А., 2019

Поступила в редакцию 19.02.2019 Принята к печати 21.03.2019