Условия остойчивости устройств для сбора и доставки древесины с береговой зоны при транспортировке груза Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УСЛОВИЯ ОСТОЙЧИВОСТИ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРА И ДОСТАВКИ ДРЕВЕСИНЫ С БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ГРУЗА

Горяев А.С. (БрГУ, г. Братск, РФ)

We consider the problem of clogging water timber. As а solution presented method and apparatus for collecting and transporting wood. Solve the problem of determining the stability of the floating base units and the allowable trim angle.

В водных объектах лесной зоны России скопления затонувшей, плавающей и обсохшей древесины возникают по разным природным и антропогенным причинам. К природным источникам загрязнения водоемов относятся: падение растущих деревьев в воду с береговой линии водоемов в результате ее размыва и обрушения; отпад частично или полностью затопленного на корню древостоя от волнения воды в паводок и подвижки льда; стихийные явления (ветроповал и наводнения, аварии лесозадерживающих сооружений, плотов, гидротехнических сооружений). Большие скопления древесины в водоемах возникают в результате деятельности человека. К антропогенным источникам загрязнения водоемов относятся водный транспорт лесоматериалов и плавающая, затонувшая и обсохшая древесина в водохранилищах, образовавшаяся при проведении ле-сосводки и лесоочистки ложа при подготовке их к затоплению. Эти скопления древесины оказывают заметное воздействие на водные экосистемы.

Очистка берегов водохранилищ от обсохшей древесины с целью ее дальнейшей транспортировки к местам переработки на товарную продукцию является актуальной и своевременной, поскольку это позволит восстановить экологическое равновесие водных бассейнов, где ранее формировалось ложе водохранилища; увеличить объемы древесного сырья без увеличения объемов вырубки леса.

Автором рассмотрена канатная трелевка лесоматериалов как способ решения проблемы сбора и транспортировки древесины в обсохшем состоянии с береговой зоны водохранилищ [1].

Разработан способ [патент РФ на изобретение № 2394421] и устройства [патенты РФ на полезную модель № 83737, № 83759, № 83767, № 92764 и патенты РФ на изобретение № 2394422, № 2399574] для сбора и транспортировки древесины непосредственно в акваторию озер и водохранилищ, позволяющие решить данную проблему [2,3,4,5].

Для обеспечения работы устройства для сбора и доставки древесины (рисунок 1), 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. В этом случае определение остойчивости устройства и максимального угла наклонения по условиям рав-нообъемных наклонений, при которых его подводный объем не изменяется, производиться не может.

Рисунок 1 - Общий вид устройства для сбора древесины

Необходимо рассмотреть, при каких условиях и по какому принципу устройство, выведенное из положения равновесия под воздействием внешнего момента, а именно при транспортировке древесины, способно сохранять плавучесть и возвращаться в исходное положение равновесия после устранения момента, вызвавшего отклонение. Также необходимо установить, как будет определяться угол наклонения плавучего основания.

При расчете максимального угла наклона, при котором устройство будет сохранять работоспособность, будем рассматривать основание агрегата - плавучий прямобортный понтон, в виде прямоугольного параллелепипеда (рисунок 2). Также примем следующие допуски:

- длина основания устройства намного превышает его высоту;

- точка закрепления устройства относительно берега принимается на уровне горизонта воды;

- угол наклона основания является малым.

ГВ

объем ноддодной части

^ Л 1

^ л Л"

и А \/х/ / / / А п *

\ 1

тт \ 1

точки закрепления объем подбодной части

Рисунок 2 - Схема устройства без нагрузки

Выталкивающая сила Р по закону Архимеда может быть определена по формуле:

Р У^подводной частив (1)

-5

где у — удельный вес забортной воды, кН/м ;

-5

Уподводной части - объем вытесненной основанием воды, м

Уподводной части = -ЗавсбЬ, (2)

где Бавсв - площадь прямоугольника АВСО, м;

Ь - ширина понтона, м.

В свою очередь площадь Бавсв может быть выражена по формуле:

8авсб=1^, (3)

где I - длина понтона, м; й - осадка понтона, м.

При воздействии на плавучее основание устройства момента М, вызванного внешней нагрузкой, основание наклонится относительно точки закрепления на некоторый угол ф (рисунок 3).

При этом выталкивающая сила Р уравновешивающая силу веса О останется неизменной. Следовательно воздействие момента М будет определяться только силой выталкивания Р1 от клиновидного объема увеличения подводной части вследствие дифферента на угол ф.

Рисунок 3 - Схема 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 прямоугольного треугольника.

Катет ВС в треугольнике ВСЕ равен длине понтона I. Тогда катет СЕ можно выразить как:

СЕ=\^тф. (4)

При малых углах ф можно принять \ ^тф~1ф.

Тогда дифферентующий момент может быть выражен по формуле:

М=Р^о , (5)

где 10 - плечо выталкивающей силы Р1.

Подставив все известные величины в выражение (5), получим:

»г 11 i и 2 i -у-ь- р-g M = -1 ■ ly- Ь -р-g ■-1 =- ъ (6)

Из формулы (6) выражаем угол наклона ф:

3M

- (7)

l - Ь - р - g

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

ф < [ф] (8)

где [ф] - допускаемое значение угла наклона.

Допускаемое значение [ф] предлагается находить по формуле:

М = ^ (9)

где h - высота борта, м;

d - осадка понтона в нагруженном состоянии, м.

Следующим этапом будет определение максимального веса транспортируемого груза.

Литература

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.

п

2. Пат. 83737 Российская федерация, МПК В 60 Р 1/00. Устройство для сбора и доставки обсохшей аварийной древесины [Текст] / Горяев А.С., Жук А.Ю., Угрюмов Б.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Братский государственный университет. - № 2009107548/22; заявл. 02.03.2009; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17. - 1с.

п

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

4. Пат. 83767 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 патентообладатель ГОУ ВПО Братский государственный университет. - № 2009107547/22; заявл. 02.03.2009; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17. - 1с.

5. Пат. 2394421 Российская федерация, МПК7 А 01 G 23/00, В 65 G 69/20. Способ доставки обсохшей аварийной древесины в акваторию озер и водохранилищ и устройство для его осуществления [Текст] / Горяев А.С., Жук А.Ю.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Братский государственный университет. - № 2009104281/12; заявл. 09.02.2009; опубл. 20.07.2010, Бюл. №20. - 1с.