CC BY
32
срезает порослевину (см. рис. 4, а). Острое лезвие, проходящее почти у поверхности почвы, гарантированно перерезает порослевину (см. рис. 4, б). Такая зависимость результата прохода лезвия от его заостренности и высоты хорошо согласуется с опытными данными и здравым смыслом.
0,10 с 0,13 с 0,14 с 0,15 с 0,16 с 0,30 с
б
Рис. 4. Состояние порослевины в различные моменты времени (указаны под рисунками): а - проход затупленного лезвия на большой высоте от поверхности почвы; б - проход острого лезвия на малой высоте
от поверхности почвы
Основные результаты и выводы
1. Составлена математическая модель кустореза с упорами-улавливателями порослевин на основе методов классической динамики, позволяющая на основе компьютерных экспериментов исследовать влияние на эффективность работы кустореза его конструктивных параметров, параметров древеснокустарниковой поросли, технологических параметров.
2. Составлена компьютерная программа для проведения виртуальных экспериментов, которая позволит в дальнейшем провести теоретическую оптимизацию [4] параметров кустореза с упорами-улавливателями порослевин.
3. Модель позволила убедиться в работоспособности предложенной конструкции кустореза.
Литература
1. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / под ред. Е.Ю. Малиновского.
- М.: Машиностроение, 1980. - 216 с.
2. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления: учеб. для вузов / под ред. А.Б. Лурье. - Л.: Колос, 1979.
- 312 с.
3. Инженерные расчеты на ЭВМ: справ. пособие / под ред. В.А. Троицкого. - Л.: Машиностроение, 1979. - 288 с.
4. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
УДК 629.5 630.31 630.37 А.Ю. Жук, ВВ. Яковлев
РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОГО ВЕСА ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ПАЧКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ПРИ РАБОТЕ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ С УЧЕТОМ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
В статье рассмотрены вопросы обоснования параметров рабочих органов устройств для механизации работ по сбору и транспортировке древесины в береговой зоне водохранилищ с учетом предварительного натяжения каната, действия собственного веса каната и температуры.
Ключевые слова: рабочий орган, параметры, древесина, сбор, транспортировка, береговая зона, водохранилище, климатический фактор.
A.Yu. Zhuk, V.V. Yakovlev
MAXIMUM WEIGHT CALCULATION OF THE FOREST PRODUCT TRANSPORTED PACK AT OPERATION OF THE DEVICES FOR WOOD GATHERING AND TRANSPORTING TAKING INTO ACCOUNT CLIMATIC FACTORS
The issues of substantiation of the device working element parameters for mechanization of work on wood gathering and transporting in the water basin coastal zone taking into account preliminary rope tensions, rope own weight effect and temperature are considered in the article.
Key words: working element, parameters, wood, gathering, transporting, coastal zone, water basin, climatic factor.
Гидроэнергетика является наиболее дешевым источником получения электроэнергии и не следует питать иллюзий, что после известных событий на Саяно-Шушенской ГЭС в августе 2009 года будут свернуты перспективные планы руководства государства по строительству новых ГЭС в Сибири и на Дальнем Востоке. Строительство, несомненно, будет вестись, водохранилища будут создаваться, потеря лесных ресурсов также неизбежный факт.
Сохранение экологического баланса водохранилищ Ангаро-Енисейского региона, недопущение засорения их древесной массой, очистка берегов водохранилищ от обсохшей древесины с целью ее дальнейшей транспортировки к местам переработки на товарную продукцию является актуальной и своевременной задачей, поскольку это позволит восстановить экологическое равновесие водных бассейнов, где ранее формировалось ложе водохранилища; увеличить объемы древесного сырья без увеличения объемов вырубки леса.
Освоение такой древесины требует разработки как технологических решений, так и технических
средств.
При обосновании параметров устройств [1, 2] для механизации процессов освоения аварийной и свежесрубленной древесины в береговой зоне водохранилищ [3], не были учтены некоторые факторы (предварительное натяжение стального каната, действие собственного веса каната и температуры), оказывающие существенное влияние на вес транспортируемого груза (пачки лесоматериалов), и, остойчивость плавучего основания обозначенного механизма.
Натяжение, стрела провеса каната зависят в основном от положения и веса переносимого груза, а также от погонной нагрузки, вызванной собственным весом каната (+ветер), и температуры окружающей среды.
Для решения поставленной задачи воспользуемся принципом суперпозиции: результат действия нескольких силовых факторов равен сумме действий каждого фактора в отдельности:
1. Натяжение каната от веса переносимого груза (без учета веса каната)
о X
Рис. 1. Схема нагружения каната сосредоточенным грузом G
Дано: параметры каната: Е, Р, I, АН, G - вес груза.
162
Определить T (х), T (х), f (х )•
\h
Из рисунка 1 видно, что tgp = —;
в«,= £±X!Sl; tga2 =f - (£ - x)g
X
Удлинения левой и правой частей каната найдутся из выражений:
X X ( 1
= AD - AC =
■ = X
£ - x
1
(1)
Д£2 = BD - BC = (£ -
cos a cosp ^ cos a cosp
'1 1 >
cos a 2 cos Py
С другой стороны удлинение частей каната определится через натяжение по закону Гука
д^ = ?i(AC) = x , откуда
(2)
EF
„ Д£ EF cos a EF cos a
T =-----1--------1 1 x
1
EF cos a 1
Л
Аналогично T2 = EF
Решая эту систему относительно T и T, получим
cos a cosp cosal
1 -
= EFI1 - cosai
cosp
cos p
Ti =
T = T2
G
sin a + cos axtga G
sin a2 + cos atga Приравнивая выражения (3) и (5), а также (4) и (6), получим
1 -
cos a
\
cos p
G
(sin a + cos a tga2) =------;
1 -
cos a
cosp
(sin a2 + cos atga ) =
EF G
EF
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
Эту систему двух тригонометрических уравнений необходимо решить относительно a1 и a2, а затем из выражений (1) определить X и f, далее T и Г2 по формулам (3) и (4).
Рассмотрим частный случай p = 0 (точки подвеса каната на одинаковой высоте), а углы a1 и a2 малы. В этом случае
f
tga = sin a = a =—;
x
tga2 = sin a2=a2 =
f .
£ - x
2 r2
1 a1 f
cosa, s 1------------= 1---------
1 2 2 x2
cosa = 1 -
a
= 1 --
f2
2 2(£ - л)2 '
Подставляя значения тригонометрических функций в выражение (7) и учитывая, что / << х, полу-
чим
= з 2Gx3(£ - x) = x ^ )2G(f - x)
V £EF V £EF '
(9)
Определив из выражения (9) стрелу провисания /, можно определить углы &1 и СС2, а затем из выражений (5) и (6) натяжение каната Т1 и Т2.
2
2. Учет предварительного натяжения каната
Предварительное натяжение каната То приводит к его удлинению Д0 о . По закону Гука
(10)
Это удлинение делится точкой подвеса груза на две части:
л 0_л
Д0п = Д0Ы +М0п7 = Д0 - + Д0-——
О 01 О 2 ^ ^
Начальное натяжение приводит к уменьшению стрелы / и увеличению сил Т1 и Т2.
Если принять Р = 0 (Дк = 0), то л2 + /2 = 0 Д Продифференцировав это выражение, получим 2хёх + 2/ё/ = 201ё01, учитывая, что dx = 0, М1 «Д01, ё/ * Д/, получим
Расчеты показывают, что предварительное натяжение каната уменьшает стрелу провисания на 35-
3. Натяжение и стрела провисания каната под действием сил собственного веса и изменения температуры
При расстоянии между точками подвеса каната в несколько десятков и сотен метров изгибной жесткостью каната можно пренебречь и считать его идеальной гибкой нитью.
Идеальная гибкая нить, подвешенная в двух точках и подвергающаяся воздействию равномерно распределенной по длине нагрузки от собственного веса, принимает очертание цепной линии [5]:
где H - натяжение в нижней точке, Н;
P - вес одного метра каната, Н/м.
Однако при расстояниях между точками подвеса каната менее одного километра цепная линия довольно точно аппроксимируется квадратичной параболой [4,5]
0 —
Д/ = 01Д0, * - Д0 / /
х х Т00 _ х2Т0
(11)
/ 0 ЕР /ЕР
50%.
(12)
(13)
где у - удельный вес каната, Н/м3; а - напряжение, Па.
ух 1
Если Дк = 0, то у = — (0 _ х 2а
Рис. 2. Кривая провисания каната Напряжение а можно определить из уравнения состояния гибкой нити [6]
у2 Е£2
а
у2 Е£2 24а
24а
2 _а0
аЕ(і - Ха)
(15)
где ґо - начальная температура;
ао - начальное напряжение, а =
/
С - температурный коэффициент линейного удлинения.
Определив из кубического уравнения (14) напряжение в канате а, по формуле (13) можно найти провисание каната в любой точке.
Расчет: Пусть а0
5 • 104
/ 2,27 • 10-
= 2,2 • 108 = 220мПа,
у = 7,7*104 Н,
м
с = 12*10 -6 град1,
М = t - ^ =+20 °С.
Решая уравнение (15), получим ах = 200,1мПа, а2 = 240,5мПа (с понижением температуры напряжение увеличивается).
Из кривой провисания каната (14) определим
У* \ У40 • 160
У(40) = — - *) = —---------= 1,23 м.
2а 2а
(при М = -20° С , ^(40) = 1,024м).
В середине пролета: у(10 ° С) = 1,92м (1,6 м при М = -20° С).
Суммарная стрела провисания от груза и веса каната составляет:
/ (40) = 3,72 +1,23 = 4,95м,
/ (100) = 4,69 +1,92 = 6,61м.
2
4
Расчеты показали, что изменение температуры на 20о С приводит к изменению стрелы провисания на 20-35%.
Действие ветра на трелевочный канат учитывается выбором удельной нагрузки Порывы ветра могут привести к увеличению стрелы провисания каната на 10-15%.
Литература
1. Пат. 83737. Российская Федерация, МПК7 В 60 Р 1/00. Устройство для сбора и доставки обсохшей аварийной древесины / А.С. Горяев, А.Ю. Жук, Б.И. Угрюмое; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Братский государственный университет». - № 2009107548/22; заявл. 02.03.2009; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17. - 1с.
2. Пат. 2394422. Российская Федерация, МПК А0^23/00 B65G69/20 Устройство для сбора обсохшей древесины с механическим захватом / Горяев А.С., Жук А.Ю., Угрюмое Б.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Братский государственный университет». - № 2009104283/12; заявл.09.02.2009; опубл. 20.07.2010, Бюл. № 20. - 5 с.
3. Жук А.Ю., Яковлев В.В. Обоснование параметров устройств для механизации процессов освоения аварийной и свежесрубленной древесины в береговой зоне водохранилищ // Вестн. КрасГАУ. - 2010.
- №6 (45). - С. 124-128.
4. Александров Г.Н. Установки сверхвысокого напряжения и охрана окружающей среды: учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 360 с.
5. Крюков К.П., Новгородцев Б.П. Конструкции и механический расчет линий электропередачи. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1979. - 312 с.
6. Занегин Л.А., Воскобойников И.В., Еремеев Н.С. Машины и механизмы для канатной трелевки: учеб. пособие. - Ч. 1. - М.: МГУЛ, 2004. - 446 с.
---------♦'-----------
УДК 630* 3; 630*32 В.А. Иванов, А.Н. Сухих, М.В. Степанищева
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СБОРА И ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАВАЮЩЕЙ ДРЕВЕСИНЫ
В статье представлены данные о запасах леса в ложе водохранилищ Братской и Усть-Илимской
ГЭС.
Для выполнения комплекса работ по очистке акваторий озер и водохранилищ от плавающей и полузатоновшей древесины и ее сбора предложена полезная модель №89089 экономичного плавучего участка распряжевки.
Ключевые слова: древесина, запас, ложе водохранилища, очистка акваторий, плавучий участок, распряжевка.
V.A. Ivanov, A.N. Sukhikh, M.V. Stepanishcheva
INCREASE OF THE LOGGING ENTERPRISE OPERATION EFFICIENC BY MEANS OF PERFECTION OF THE TECHNOLOGY FOR GATHERING AND PROCESSING THE FLOATING TIMBER
Data about timber stock in the water basin bed of Bratsk and Ust-Ylym hydroelectric power station are given in the article. The useful model №89089 of bucking economic floating site is offered for operation complex achievement on lake water area and water basin clearing from floating and half sunken timber and its gathering.
Key words: timber, stock, water basin bed, water area clearing, floating site, bucking.
Сохранение всех полезных свойств лесов при эффективном лесопользовании является одним из направлений научно-технического прогресса в лесозаготовительном производстве. Развитие отраслевой науки и практические действия предприятий всех основных и обслуживающих подотраслей должны быть направлены на создание «эффективной системы использования природных ресурсов». Строительство и
