CC BY
13
УДК 630*377.2 Проф. М.П. Мартинщв, д-р техн. наук;
доц. Й.С. Бадера, канд. техн. наук; студ. О. Т. Ковальчик - НЛТУ Украти
ВИБ1Р СХЕМ ТА РОЗРАХУНОК СИСТЕМ З ТЯГОВИМ КАНАТОМ ДЛЯ ОСВОеННЯ Л1СОВИХ МАСИВ1В
Розроблено методику розрахунку зусилля в тяговому канат дшотранспортаих систем i запропоновано залежшсть для визначення потужносп приводу таких установок.
Prof. M.P. Martynciv; doc. Yo.S. Badera; stud. O.T. Kovalchyk-NUFWTof Ukraine
Choice of Charts and Calculation of Systems with Hauling Rope for Mastering of Forest Arrays
The method of calculation of effort is developed in the hauling rope of the forest transport systems and offered dependence for determination of power of occasion of such options.
Канатш люотранспортш системи для освоения люових мас^в набули визнання, як в нашш кршш, так i за кордоном [1-3]. Системи з тяговим канатом е найбшьш простими, такими що потребують мшмальних затрат на мон-тажно-демонтажш роботи. Вони можуть використовуватися для освоення ль Ыв у прськш та болотнш мюцевосп.
У ЦНД1МЕ було розроблено системи з тяговим канатом iз зворотно-поступальним рухом, рис. 1, [4, 5] для трелювання хлислв волоком, та наван-таженням на люовозний транспорт. Розроблено системи двох тишв: ТПУ-ЗС - працюе на довжиш прольоту 350 м з вантажошдшмальшстю 32 кН, i ТПУ-6С при тому ж прольот з вантажопiдiймальнiстю 63 кН. При роботi такi системи трелювали хлисти або дерева волоком, що призводило до частих зачешв вантажу за пш й поломки стовбурiв дерев, при цьому значно пошкоджувався грунтовий покрив. Це призводило до ерози грунту. Тому в такому виглядi установки з тяговим канатом не отримали належного поши-рення.
3
Рис. 1. Системи з тяговим канатом конструкци ЦНИИМЭ: 1 - тяговий канат; 2 - головна опора; 3 - поворотт блоки; 4 - лебедка; 5 - навантажувальна система
Бшьш ефективною виявилася система з нескшченно замкнутим тяговим канатом, рис. 2., яка вщома як в нашш кршт, так i за кордоном.
Рис. 2. Канатна система з нескшченно-замкнутим тяговим канатом:
1 - тяговий канат; 2 - лебедка з канатоведучим шювом; 3 - система натягу тягового канату; 4 - направляюч1 блоки; 5 - опорт дерева; 6 - вантажт ролики;
7 - пачка сортиментов
Установка складаеться з замкнутого нескшченного канату, шдтриму-ваного опорами, що приводиться в безперервний рух лебщкою з канатоведучим шювом. Установка застосовуеться тод^ коли невелик^ одинаковi за роз-мiром вантажi розмщуються на однакових вщстанях, завантажуються та роз-вантажуються без зупинки канату. Оскшьки виникають ускладнення iз при-чепленням вантажу, використання тако! установки обмежуеться перемщен-ням баланЫв, дров або рудниково! стшки.
Установка включае привод, канат, замкнутий у кшьце, канатоблокове устаткування, що шдтримуе кронштейни з напрямними роликами (блоками). Замкнутий у кшьце канат простягаеться вздовж люосжи, та тдтримуеться окремими трубчастими кронштейнами, якi, як правило, прикршлюються до ростучих дерев на вщсташ 30-40 м один вщ одного на такiй висот^ щоб ван-тажi, що транспортуються, не торкалися землi. Кронштейни дають змогу змь
2. Лiсоексплуатацiя
127
нювати напрямок канату в плаш, що створюе сприятливi умови для освоення вЫе! площi лiсосiки. Вантаж за допомогою ланцюга i спецiального гака тдвь шуеться до канату на навантажувальному пунктi та вiдчiплюеться в пункт розвантаження. Канат рухаеться 3Í швидюстю 0,8^1 м/с i вантажi розмщу-ються на вiдстанi 5^6 м один в!д iншого. Операцiя причеплення, що включае пiдiймання вантажу, трудомютка i виконуеться, як правило, вручну.
У таких канатних системах тяговий канат працюе у двох режимах:
• при натвтдвшному трелювант деревини канат перемщуе вантаж волочш-ням, а при тдвюному транспортувант вантажу переборюе отр перемщенню вантажного в1зка. Вщповвдно до умов роботи розраховуються зусилля, що ви-никають у тяговому канат!, i необх1дна потужтсть для перемщення вантажу;
• тд час визначення максимального розрахункового тягового зусилля в канат! тя-гово! лебiдки необхщно скласти схему руху канату, встановити мюця, де необ-х1дш опори, а потам, послвдовно п1дсумовуючи сили опору в!д початково! точки руху до точки наб1гання канату на барабанi, обчислити розрахункове зусилля S.
Подолання опору тяговими лебщками так само, як i вантажош-дшмальними, може вестися через полюпаст; однак у бшьшост випадюв, як наприклад при трелюваннi деревини, лебщки працюють без полiспаста, з од-нiею в!ткою канату, що направляеться обвщними блоками. Вантаж i тяговий канат можуть рухатися по горизонтально або похилш площиш.
Величина тягових зусиль у канат! залежить також вщ способу повер-нення канату у вихщне положення. Так, при трелювант деревини можна по-вернути канат на люошку як вручну, так i за допомогою спещально! лебщки або другого барабана тягово! лебщки.
Шсля доставки вантажу до розвантажувально! площадки на вщстань l i його вщчеплення кшщ канат!в з'еднують i зворотним барабаном перемщу-ють канат у вихщне положення. У загальному випадку можна представити наступш види опор!в, як! повинш бути переборен! тяговим канатом лебщки. Ошр перемщенню вантажу:
• на горизонтально площит:
Wi = Qa; (1)
• на похилш площит:
■ уверх
W1 = Q(sin а + a cos а), (2)
■ вниз
W = Q(a cos а - sin а), (3)
Ошр перемщенню тягового канату по площиш, якщо канат лежить на площит:
• при горизонтально площит:
W2 = qiLiai; (4)
• при похилш площит:
■ уверх
W2 = q1L1(sin а + a cos а), (5)
■ вниз
W2 = q1L1(c1 cos a - sin a), (6)
де: Q - вага перемщуваного вантажу; a - кут нахилу площини перемщення; с- коефщент опору перемщенню вантажу; при перемiщеннi деревини по грунтовш поверхнi; L¡ - максимальна вшьна довжина тягового канату в м; q¡ - вага 1 погонного метра тягового канату; с- коефщент опору перемь щенню канату.
При трелюванш деревини необхiдно враховувати змши с залежно вiд пори року й способу шдвшування вантажу до тягового канату (наземне, на-твшдшсне й пiдвiсне трелювання). Значення с при наземному трелюванш деревини можна приймати: узимку по сшгу - 0,35-0,45 i влггку по люовому грунт - 0,7-0,8. Коефщент опору перемщенню канату при перемщенш ста-левого канату по дерев'яному настилi с = 0.25, по грунт - с =0,2. Ошр при огинаннi канатом напрямних блоюв
W3 = 8набс2, (7)
де: Бнаб - зусилля в вггщ канату, що наб^ае на блок; с2 - коефщент опору в блощ, що залежить вiд жорсткост, (виникае внаслiдок жорсткостi канату й тертя в опорах блоку); при опорах тертя ковзання, приймають с2 = 0,1.
Ошр, що виникае в момент рушання з мюця вантажу внаслщок його
шерци,
Q V
W4 = m ■ a = —■-, (8)
g t
де: m - маса вантажу, кг; а - прискорення, м/с1; V- швидкють руху вантажу, м/с; t - час, за який вантаж розвине кiнцеву швидкiсть тягового канату. При цьому:
V = vkíh - Vfiou , (9)
де vkíh i vno4 - вщповщно кiнцева та початкова швидкост вантажiв.
Якщо Vnou = 0, тодг
W4 = Qvkh . (10)
gt
Якщо вантаж захоплюеться шд час руху канату зi швидкiстю vkíh , то час t, за який вантаж Q розвивае швидюсть vkíh , може бути дуже малим; у цьому випадку значення W4 може досягти значно! величини.
У схемах з мехашчним поверненням канату при шдтягуванш вантажу також повиннi бути переборет ошр розмотуванню зворотно! галузi канату з барабана та ошр перемщенню зворотно! вггки по площинi перемщення. Ц опори можуть бути визначеш за формулою:
W5 = W¡ + W^ + W5111, (11)
де: W5 - опiр обертанню зворотного барабана; W5n - опiр, що виникае внасль док шерци зворотного барабана i канату, намотаного на ньому; W5in - ошр перемщенню зворотного канату.
Отже:
W = J lGsfo
dg
Wn =
0.7G6D\enn ;
при pyci вверх при pyci вниз
DS{B) Rcp4g30t
W5m = GLax; W5in = q2L2(sin a + o1 cos a); W5111 = q2L2(a1 cos a - sin a),
(12)
де: j - коефщент, що враховуе тдгальмовування на фpикцiйнiй мyфтi та галь-
мi лебiдки; при стрiчковiй фрикцшнш муфтi у = 1,3, при кошчнш у = 1,2;
- вага зворотного барабана з канатом;/0 - коефщент тертя в опорах барабана; йВ - дiаметр осi зворотного барабана; ВБ (В) - дiаметр зворотного барабана на середньому шарi навивки канату; п - число обертв барабана за хв.у; Яср -радiус барабана на середньому шарi навивки; ? - час розгону барабана до швид-косп, рiвноi швидкостi тягового канату (у середньому 3^4 с); д2 - вага 1 пог. м зворотного канату; Ь2 - довжина перемiщуваноi частини зворотного канату.
Для канатно-блочно'' схеми, де вантаж переноситься в горизонтально площиш, i канати лежать на тш же площинi, розрахункове зусилля в тяговому канат визначають послщовно, починаючи з точки I - мюця сходження зворотного канату з барабана до точки Х - мюця набшання тягового канату на робочий барабан.
Зусилля у точщ I дорiвнюe:
Si = W51 + W511 = jWo
dВ 0.7GsDsnn Rcp 4g30t
D,
• + •
(13)
S(E)
При усталеному pyci зусилля в точках буде наступне:
I -Si = W5;
(14)
II - Sii = Si + W-5 = Si + G2L1 -О; III - Siii = Sii + W3 = Sn + So = Sii(1 + an)\ IV - Siv = Si ii + W-5 = Siii + G2L111-1 vO; V - Sv = Siv + W3 = Siv (1 + 02); VI - Svi = Sv + W-5 = Sv + G2LV-Via; VII - Svii = Svi + W + W4 = Svi + Qa + Qv \ gt; VI11 - svii i = svi i + W2 = svi i + G^vn-vna;
IX - Six = Sviii + W3 = Sviii(1 + 02);
X - Sx = Six + W2 = SixGiLix -xO
де: LI-n- вiдcтань мiж точками I - II; Lin-IV - вщстань мiж точками III i IV; LV-VI - вiдcтань мiж точками V i VI; LVII-VIII - вiдcтань мiж точками VII i VIII; LIX -X - вiдcтань мiж точками IX i X.
Зусилля в точщ X i буде максимальним розрахунковим зусиллям S, за яким розраховують канат i визначають потужшсть двигуна.
З урахуванням втрат у ланках лебщки (вщ барабана до двигуна) максимальна потужшсть двигуна буде:
N = -П-, (15)
75ЛМЕХ
де Цмех - ККД всiх ланок передач вiд барабана до двигуна.
Максимальне тягове зусилля у зворотному канат визначають у зво-ротному порядку. У цьому випадку вихщним е опiр розмотуванню канату з робочого барабана, тобто зусилля в точщ X.
Б _ ЛГ / й(Р) + р)Рд(р)Пп1 (16) ¿X _ 7 °а(р)/0 —-+- 7 -, (16)
А,( р) Ябг 4g30t де: Оа(Р) - вага робочого (тягового) барабана з канатом, що на ньому намота-ний; й(Р) - дiаметр осi робочого барабана; /0 - коефiцiент тертя в опорах барабана; Дг(Р) - дiаметр робочого барабана на середньому шарi навивки канату; п1 - число обертв робочого барабана; Ясер - радiус робочого барабана на середньому шарi навивки канату; ? - час розгону барабана до швидкост, рiв-но! швидкостi зворотного канату.
Зусилля в точках:
IX - Бх _ ¿х + W2 _ ¿х + ОхЬх-х© ' VIII - Буц _ Бх + Жз _ БIX(1 + ©2);
V - БУ _ Буш + Ж2 _ Буш + О^ущ-у©1;
IV - Бу{ _ Бу + Жз _ Бу(1 + ©2); \ (17)
III - Бш _ Бу + Ж2 _ Бу + О^у-ш©1 II - БII _ Бш + Жз _ Бш(1 + ©2);
I - Б! _ Бп + Ж2 _ Бп + О^п-I©
Отже, потужшсть двигуна лебщки для повернення канату в перюд пе-ремщення зворотного i вантажного канатiв без корисного навантаження до-рiвнюе:
N _ Б1Ув , (18)
де ув - колова швидюсть на зворотному барабанi.
У канатно-блочних системах зi зворотним канатом, перемщуваним другим барабаном тягово! лебiдки, потужшсть двигуна ще! лебiдки встанов-люють, виходячи з е^валентно! потужностi за цикл роботи лебщки.
Тривалiсть циклу роботи лебдаи в секундах визначаеться за формулою:
т _ г1 + г2 + г3 + г4 + ц + ¿6, (19)
де: ^ - час рушання вантажу з мiсця; ^ - час перемiщення вантажу; Ц - час для вiдчеплення вантажу (барабани вщключеш; потужнiсть двигуна витра-чаеться на обертання в холосту передач привода); и - час перемщення тяго-
2. Лiсоексплуатацiя
131
вого канату холостим канатом; t5 - час для причеплення вантажу (барабани вантажного й холостого каналв вщключеш; потужшсть двигуна витра-чаеться на обертання, в холосту, передач привода обох барабашв; ¿6 - час ви-бору слабини вантажного канату.
Е^валентна потужнiсть двигуна визначаеться за наступною формулою:
А /Nl2tl + N2^2 + N+ N4^4 + N¡15 + N116 (20)
N ДВ _ л -, (20)
V Ь + + ¿3 + и + ¿5 + ¿6
де N1, N4, N3, N4, N5, N6 - потужнiсть двигуна у вщповщш перiоди. Електродвигун вибирають за обчисленою потужнiстю Nдв. Натяг тягового канату складаеться з монтажного натягу канату ¿0, опору пересуванню вантажного вiзка Ж] i опору обертанню напрямних блокiв Ж2.
¿шах _ ¿0 + Ж + Ж2, (21)
Монтажний натяг канату визначаеться з умов:
а) щоб стршка прогину канату тд час опирання на опори не перевищувала
0.8-1 % вщ вщстат м1ж опорами, тобто:
2
/ _ ^ ^ (0.008 ^ 0.01)ап, (22)
8^0
де: д - погонна вага тягового канату; ап - вiдстань мiж опорами.
Вiдстань ап вибираеться так, щоб монтажний натяг зворотно! в^ки тягового канату був достатшм для вiльного розмiщення канату (без його сти-кання iншими канатуми й без опирання на опори);
б) щоб монтажний натяг ¿0 канату при застосувант для пересування вантажного в1зка лебщки з канатоведучими шювами задовольняв стввщно-шенням:
1.25^ < еиа, (23)
¿0
i ¿шах - ¿0 _ Ж + Ж2. (24)
де: а - кут охоплення канатом барабана або канатоведучого шюва, рад; ¡и -коефщент тертя канату по шювах; ¡и =0,1 при нефутерованих канавках (струмках); ¡и = 0,16 при дерев'янш або шюряно! футеровцi; ¡и = 0,3 при спе-цiальнiй футеровцi.
Початковий натяг тягового канату може створюватися натяжним ван-тажем або натягом канату при монтажь
Скориставшись наведеною методикою, залежно вiд умов роботи (ухи-лу траси лiсосiки, довжини замкненого канату, дiаметра хлиста), можна виб-рати тип приводу, його потужшсть та схему навшування канату, а також назначите дiаметр канату.
Л1тература
1. Адамовський М.Г., Мартинщв М.П., Бадера Й.С. Пщвюш канатт люотран-спортш системи. - К.: 1ЗМН, 1997. - 156 с.
2. Samset. Winch and Cabl Systems. Martinus Nijhoff/ Bx.W. Junk Publishers Bordrecht, 1985. - 539 p.
3. Лютий С.М., Мартииц1в М.П., Бадера Й.С. Стан та перспективы розвитку канатного транспорту люу в регюш Украшських Карпат// Наук. вюник УкрДЛТУ: Люовий комплекс напередодш XXI сташття: осв1та, наука, виробництво. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 1999, вип. 9.6. - С. 63-67.
4. Ливанов А.П. Эксплуатация горных лесов. - М: Лесн. пром-сть, 1983. - 224 с.
5. Скобей В.В., Савицкий Ю.Г., Бадера Й.С., Литвиичук Е.Н. Канатные системы на лесозаготовках в горных условиях// Лесоэксплутация и лесосплав. Обзорная информация. - М., 1984, вып. 10. - 48 с.
УДК 630.37 Доц. Л. О. Тисовський, канд. фiз.-мam наук;
acnip. 1.М. Рудько - НЛТУ Украти
РОЗРАХУНОК ЗАВАНТАЖЕНОГО НЕСУЧОГО КАНАТУ ТРАНСПОРТНО1 УСТАНОВКИ
Зроблено постановку задач1 про визначення форми прогину завантаженого канату транспортно! установки. Отримано у замкнутому вигляд1 р1вняння кривих прогину. Зроблено числовий розрахунок геометричних характеристик та силових факто-р1в для конкретного випадку.
Doc. L.O. Tysovskyj; doctorateI.M. Rud'ko -NUFWTof Ukraine
Calculation of the Loaded Carrying Cable of Transport Plant
It is made the statement of a problem about definitions of the form of a deflection of the loaded cable of transport plant as floppy string. The equation of curves of deflection is received in the closed kind. It is carried out numerical calculation of geometrical characteristics and power factors for a concrete case.
У люовш промисловост Украши шдвют дороги знайшли застосуван-ня поpiвняно недавно. Пеpшi системи сучасного типу були побудоват тшьки у другш половит Х1Х ст. Паралельно з канатними установками розвивалось й виробництво кабельних кратв для обслуговування люових cкладiв. 1нтен-сивне впровадження шдвюних систем вимагало вщ дослщниюв ршення щ-лого ряду задач.
Вагомий внесок у розробку загально! теори розрахунку гнучких ниток зробили А.1. Дукельський [1], Д.А. Абрамов, В.К. Качурш та ш. У галyзi дос-лщження канатв нашвтдвюних i шдвюних трелювальних установок вiдомi наyковi роботи Б.Г. Гушсашвш, Н.М. Бело!, А.Г. Прохоренка [2], М.П. Мар-тинцiва [3]. Проте й сьогодт залишаеться актуальною проблема уточнення юнуючих та створення утверсальних методик розрахунку несучих канатв з урахуванням особливостей !х експлуатаци.
Метою роботи е визначення змши напруженого стану i форми прогину канату довжиною L, закршленого в точках A i B, що знаходиться в piв-новазi, при його завантаженш в точцi С з абсцисою х о, зосередженою силою G, напрямленою вертикально вниз (рис. 1). При цьому довжина дшянки канату AC доpiвнюе L1, а дiлянки BC - L2.
