Введение к работе
з
Актуальность темы. Основные лесные массивы в нашей стране расположены на значительном удалении от пунктов переработки и потребления древесины. Это требует значительных затрат на перевозку ее потребителям водным, железнодорожным и автомобильным транспортом. Учитывая развитую речную сеть и экономические преимущества водного транспорта, лесоперерабатывающие предприятия проектировались повсеместно на преимущественное потребление сырья с воды.
После прекращения молевого сплава объемы лесосплава значительно снизились. Пропорционально снизились и объемы заготовки древесины. В настоящее время лесозаготовители вынуждены вывозить древесину из отдаленных лесоизбыточных районов автомобильным транспортом, часто себе в убыток. Транспортные издержки перекладываются на цену продукции, что в итоге сказывается на экономической эффективности лесозаготовительного процесса.
Выходом из создавшегося положения является увеличение и рационализация плотовых и судовых перевозок по магистральным рекам, и разработка новых технологий лесосплава по малым и средним рекам. Проблемами развития лесосплава в настоящее время активно занимаются многие крупные ученые, такие как В.И. Патякин, А.А. Камусин, А.Н. Минаев, В.П. Корпачев, П.Ф. Войтко, А.А. Митрофанов, ВЛ. Харитонов, М.М. Овчинников, К.Б. Соколов и другие. Одним из направлений новых технологий является сплав лесоматериалов в плоских сплоточных единицах (ПСЕ), хорошо зарекомендовавших себя в последние годы на реках Севера.
Плоская сплоточная единица (Патент РФ №2187442) характеризуется большим объемом и малой осадкой. Объем пятирядной ПСЕ достигает 45 м3 и осадка не превышает 1,1 м. По малым и средним рекам предусматривается сплав древесины в однорядных и двухрядных ПСЕ вольницей, в линейках, кошелях и малых плотах. На выходе на большие реки из этих ПСЕ будут формироваться большегрузные плоты равномерно в течение всей навигации.
Имеется успешный опыт проплава экспериментальных плотов из плоских сплоточных единиц в навигации 1999-2003 гг. по рекам Пинега, Онега, Вага, Северная Двина. Разработаны и утверждены технические условия на плоты для этих рек.
Для широкого внедрения новых технологий лесосплава на базе плоских сплоточных единиц Архангельский государственный технический университет (АГТУ), Костромской судомеханический завод и ЦНИИЛесосплава по заданию Минпромнауки РФ (контракт №13.802-11) разрабатывают техническое обеспечение для механизации работ по сплотке, размолевке и раскатке ПСЕ (сплоточную, размолевочную, раскаточную машины).
Раскаточную машину (Патент РФ №2163879) планируется
I рос. национальная"!
применять для раскатки ПСЕ в первую очередь из лиственной и тонкомерной хвойной древесины на предприятиях, располагающих краном большой грузоподъемности, например ОАО «Архангельский ЦБК». Для разработки конструкторской документации на раскаточную машину необходимо выполнить научное и экспериментальное обоснование основных параметров машины.
В диссертационной работе приведены теоретические и экспериментальные исследования процессов раскатки лесоматериалов применительно к конструкции раскаточной машины; и рекомендации по разработке конструкторской документации.
Цель работы. Создание и обоснование методов расчета процессов раскатки лесоматериалов из ПСЕ и рекомендаций по совершенствованию элементов конструкции раскаточной машины, для обеспечения ее оптимальной работы.
Задачи исследований.
1. Теоретически и экспериментально исследовать процессы раскатки
лесоматериалов из плоских сплоточных единиц с целью получения
зависимостей для определения основных показателей технологических
процессов.
2. Разработать методику и экспериментально исследовать работу
раскаточной машины на моделях и в натурных условиях и дать
рекомендации по конструкции ее основных элементов.
3. Разработать методику определения ударных нагрузок и
деформаций, возникающих при взаимодействиях лесоматериалов и
элементов конструкции раскаточной машины.
Объект исследований. Объектами исследований являются процессы раскатки лесоматериалов из плоских сплоточных единиц в карманы-накопители и модели раскаточной машины разного масштаба.
Методы исследования. В основу исследований положены научные положения теоретической механики, теорий вероятности, подобия, удара. При планировании и проведении экспериментальных исследований применяли методы математического планирования экспериментов и статистической обработки. Использовали цифровую фото- и видеоаппаратуру, компьютерные средства обработки информации. Эксперименты выполнены на моделях, изготовленных в соответствии с выбранными масштабами и критериями моделирования рассматриваемых физических явлений. Результаты теоретических и экспериментальных исследований подтверждены исследованиями в натурных условиях.
Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных исследований:
- разработаны методики исследования процессов раскатки
лесоматериалов из ПСЕ;
- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены
значения угла наклона плоской сплоточной единицы, при котором
начинается скатывание верхнего ряда лесоматериалов;
определены характеристики ударных процессов при взаимодействии лесоматериалов с элементами конструкций раскаточной машины, в том числе значения ударных нагрузок и контактных деформаций.
Практическая ценность работы заключается в применении результатов теоретических и экспериментальных исследований для разработки научно обоснованной технологии работ по раскатке лесоматериалов из плоских сплоточных единиц и для обоснования конструкции отдельных узлов раскаточной машины с целью обеспечения оптимальности ее работы.
Научные положения, выносимые на защиту:
математические модели движения лесоматериала по наклоненной плоской сплоточной единице в случаях качения и скольжения;
аналитические зависимости, характеризующие пространственное положение плоской сплоточной единицы, при котором начинается процесс движения лесоматериалов;
аналитические зависимости для определения величин забегания и смещения комля лесоматериала при качении;
аналитические зависимости, определяющие величины ударных нагрузок и контактных деформаций при ударном взаимодействии лесоматериалов и элементов конструкции раскаточной машины;
методика исследований работоспособности и надежности работы элементов конструкции раскаточной машины.
Достоверность полученных результатов. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов научных исследований и результатами экспериментальных исследований на моделях разных масштабов и в натурных условиях.
Место проведения исследований. Экспериментальные исследования на моделях проводили в лаборатории гидравлики Al ТУ, а натурные исследования - на Лесном рейде ОАО «Архангельский ЦБК».
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и получили одобрение:
- на международной научно-технической конференции, посвященной
75-летию АЛТИ-АГТУ в 2004 г. в АГТУ;
- на Всероссийском конкурсе проектов по специальности
«Лесоинженерное дело» в 2002 году;
- на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу по
естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных
заведениях Российской Федерации по разделу «Лесная и
деревообрабатывающая промышленность» в 2002 году;
- на ежегодных научно-технических конференциях АГТУ в 2003 -
2005 гг.
Реализация работы. Работа выполнялась по гранту Минобразования РФ ТОО-11.2-2320 от 2002 г. «Научное обоснование и
разработка новых экологически защищенных технологий водного транспорта леса взамен молевого сплава» и по контракту Минпромнауки 13.802-11 от 2003 г. «Разработка технологии и комплекта оборудования для экологически безопасного плотового сплава с верховьев малых и
средних рек».
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в
5 научных работах и 1 рукописи.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованных источников из 69 наименований. Диссертация включает 162 страницы, 62 таблицы, 62
рисунка.
