Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований. 9
1.1 Анализ имеющихся научных работ в области аэростатных грузовых систем и постановка задач исследований. 9
1.2 Характеристика лесосырьевой базы дальневосточного региона . 21
1.3 Анализ лесозаготовительных систем и технологий для освоения орных лесных массивов. 27
1.3.1 Особенности производственного процесса в горных условиях. 27
1.3.2 Обзор имеющихся способов заготовки древесины с использованием канатных систем трелевки и наземной техники. 30
1.3.3 Обзор воздушных грузовых систем для трелевки древесины
1.4 Достоинства и недостатки систем лесозаготовительных машин для горных лесозаготовок. 47
1.5 Преимущества и целесообразность применения аэростатно-канатных систем трелевки. 51
1.6 Обзор отечественных аэростатно-канатных систем для грузовых транспортных операций. 56
1.7 Обзор зарубежных аэростатно-канатных систем для грузовых транспортных операций. 68
2. Описание новой предлагаемой конструкции аэростатно-канатной системы. её возможности и принцип работы .
2.1 Конструкция аэростатно-канатной системы. 83
2.2 Описание технологического процесса и технических возможностей аэростатно-канатной системы АКС-5 при освоении горного лесного массива . 94
3. Исследование технических и эксплутационных параметров аэростатно-канатной системы АКС-5 102
3.1 Исследование факторов, влияющих на производительность аэростатно-канатной системы АКС-5 102
3.1.1 Исследование зависимости мощности лебедочных механизмов аэростатно-канатной системы АКС-5 от технических ' возможностей и влияния природных факторов.
3.1.2. Исследование зависимости рейсовой нагрузки от температуры наружного воздуха и высоты нахождения аэростата над уровнем моря . 122
3.1.3 Расчет среднего расстояния трелевки при использовании трехлинейной системы управления. 128
3.2 Расчет производительности аэростатно-канатной системы АКС-5. 135
3.3 Исследование динамических и статических нагрузок действующих на канаты трехлинейной аэростатно-канатной системы 147
3.4 Математическое моделирование основных параметров установки 186
4. Экспериментальные исследования 196
5. Экономические показатели при эксплуатации аэростатно-канатной системы акс-5 217
Основные выводы и рекомендации 230
Список использумых источников
- Характеристика лесосырьевой базы дальневосточного региона
- Обзор отечественных аэростатно-канатных систем для грузовых транспортных операций.
- Описание технологического процесса и технических возможностей аэростатно-канатной системы АКС-5 при освоении горного лесного массива
- Исследование зависимости рейсовой нагрузки от температуры наружного воздуха и высоты нахождения аэростата над уровнем моря
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время лесопромышленный комплекс России, в особенности ее Дальневосточный регион, сталкивается с рядом проблем следующего характера:
основной запас спелой и качественной древесины, находится на труднодоступных или запретных территориях, где традиционная техника не в состоянии вести заготовку древесины, либо выполняет её с большими затратами и с явным экологическим несоответствием;
в период весенне-осенней распутицы объем заготовок снижается из-за недоступности некоторых лесосек для наземного транспорта;
при освоении лесных массивов, расположенных в горной местности, использование таких технологий, как самоходные канатные установки или систем харвестер + трелевочная машина (специализированные для работы на крутых склонах), не решают до конца проблему горных лесозаготовок.
Применение воздушной трелевки с использованием вертолета наглядно показала и доказала всем эффективность воздушного транспорта в процессе лесозаготовок. Но технологическая и лесоводственная эффективность, сочеталась с высокой себестоимостью заготовленной древесины, при которой даже заготовка ценных пород древесины была не рентабельной [1].
В современных условиях развития техники очень важно найти технологию, которая имела бы все преимущества воздушной трелевки, но обеспечивала при этом необходимый уровень рентабельности лесозаготовок.
Альтернативной технологией или средним звеном между вертолетной, канатной и наземной технологией лесозаготовок, являются аэростатно-канатные системы, обладающие, значительно меньшей себестоимостью работ, чем при использовании вертолета, но при этом, более расширенными и качественными возможностями по сравнению с канатными и наземными системами лесозаготовок [3].
В связи с этим, более детальное изучение технологий с использование аэростатно-канатных систем на лесозаготовках, позволяющих эффективно осваивать горные лесные массивы, с соблюдением экологических требований, представляет научный интерес и большую практическую значимость.
Цель работы - исследование технологических возможностей аэростатно-канатной системы (АКС) для трелевки леса и обоснование основных конструктивных и кинематических параметров установки, влияющих на её эффективную эксплуатацию.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследований:
провести анализ лесосырьевых баз дальневосточного региона;
провести исследования по усовершенствованию технических параметров и конструктивных особенностей новой аэростатно-канатной системы (АКС) в соответствии с современными требованиями горных лесозаготовок;
- определить факторы, оказывающие влияние на функционирование
АКС в различных лесорастительных и географических условиях.
исследовать основные эксплутационные характеристики АКС с последующим созданием их математических моделей;
исследовать зависимость статических нагрузок на элементы конструкции АКС от воздействия природных факторов и заданных эксплутационных условий;
- провести экспериментальные исследования по вопросам технологичности АКС и определению статических нагрузок, действующих в элементах трехлинейной аэростатно-канатной системы при выполнении трелевочных операций.
Научная новизна исследований диссертационной работы состоит в следующем:
- на основании полученного патента на полезную модель №31481 «Аэ
ростатно-тросовая система для трелевки леса и перемещения груза» были
определены технико-эксплутационные особенности АКС, которые послужи-
ли основанием для решения ранее не изученных теоретических и практических вопросов эксплуатации АКС и получения новых результатов исследований;
предложен метод расчета нагрузок, действующих на канаты трехлинейной АКС, с учетом комплекса влияющих факторов;
разработан программный продукт, позволяющий комплексно отслеживать натяжение канатов АКС по всему рабочему контуру обрабатываемого участка лесосеки;
разработана методика определения среднего расстояния трелевки в зависимости от рельефного расположения участка, обрабатываемого трехлинейной АКС;
получены математические модели, позволяющие определить эксплута-ционные возможности АКС: рейсовую нагрузку, мощность с учетом ветровой нагрузки, производительность, комплексная модель себестоимости 1 мъ стрелеванной древесины с использованием АКС.
Положения, выносимые на защиту:
конструктивные особенности АКС. Преимущества предлагаемой АКС над другими видами лесозаготовительных систем для горных лесоразработок;
технология использования АКС в зависимости от рельефа местности;
расчет динамических и статических нагрузок, действующих на канаты АКС;
математическое моделирование основных параметров АКС;
экспериментальные исследования;
- методика расчета экономической эффективности АКС.
Достоверность научных положений, выводов и результатов, сформу
лированных в диссертационной работе, обоснована:
- применением признанных научных методов исследования (методы
математической статистики, объектно-ориентированный анализ, реляционная
алгебра);
- подтверждаются результатами проведенных экспериментальных исследований по эксплуатации аэростатно-канатной системы;
Практическая значимость состоит в том, что предложенные усовершенствования в конструкции аэростатно-канатной системы, позволяют значительно повысить рентабельность и эффективность эксплуатации АКС при освоении горных лесных массивов. Алгоритм расчета, комплексный анализ и моделирование основных технических параметров аэростатной системы позволяют быстро и качественно оценить возможности использования установки при влиянии различных групп факторов (природные, технические и экономические). Позволяют выбрать: рациональную рабочую схему расположения АКС на лесосеке, длину грузовой подвески, время и длительность проведения трелевочных операций, определить экономическую эффективность трелевочных работ.
Приведенный метод исследования аэростатно-канатной системы для Дальневосточного региона может быть взят за основу для внедрения данных систем трелевки в других регионах РФ.
Реализация результатов работы. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований, создана масштабная модель АКС, конструкция которой, взята за основу при создании промышленного образца на базе предприятия ДЦВ «Аэрос», под непосредственным руководством автора.
Апробация работы. Автор является организатором и руководителем экспериментальных исследований различных типов АКС, результаты которых докладывались и были одобрены на научных конференциях, проводимых на кафедре «Технология и оборудование лесопромышленного производства» Тихоокеанского Государственного Университета (Хабаровск 2003-2006г.), на восьмом «Ежегодном конкурсе молодых ученых и аспирантов учебных заведений Дальнего Востока» (Хабаровск 2006 г.), на межрегиональной научно-практической конференции по освоению горных лесов (Хабаровск 2003 г.).
Информация об испытаниях АКС, проводимых в Хабаровском крае, докладывалась корреспондентам дальневосточных и была опубликована в таких источниках, как World Loggers (США, Канада, 2005г), Лесной эксперт (РФ, 2004г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 1 - в журнале реферируемом ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из пяти глав, списка литературы. Общий объем работы составляет 241 страницу и включает 120 иллюстраций, 73 таблиц, список литературы из 99 наименований.
Характеристика лесосырьевой базы дальневосточного региона
Лесной комплекс - это природно-экономическое явление, а также существенное социальное явление региона, т.к. зачастую является лидером освоения территории, создает и поддерживает новые лесные посадки, инфраструктуру и поселки, воспроизводит образ жизни и рабочие места для населения этих поселков.
По лесосырьевым ресурсам наша страна занимает первое место в мире, здесь сосредоточенно около 30% мировых запасов древесины. Среди экономических регионов России Дальний Восток по площади лесов находится на первом месте, а по запасам древесины уступает лишь Восточной Сибири.
В целом леса Дальнего Востока занимают площадь в 272,7 миллиона гектаров и обладают, по оценке Дальневосточного лесоустроительного предприятия, запасом древесины в 20,4 миллиарда кубометров. Общая расчетная лесосека для Дальнего Востока составляет 95 миллионов кубометров, в том числе 79 миллионов хвойных пород, из которых 87% - это леса коммерческого значения.
В отношении Хабаровского края, можно сказать следующее: в подавляющей части лесов преобладают хвойные породы. Это очень разнообразные леса - от чистых (однородных) лиственничников до смешанных породных кедрово-широколиственных древостоев. Еще на 3% площади преобладают такие ценные твердолиственные породы, как дуб, ясень, ильм, клен и др. 105 тыс. га занимают в крае искусственные леса.
При анализе сырьевой базы использованы статистические справочные данные ДальНИИЛХ. При анализе распределения площади лесов установлено, что наибольшее распространение нашли породы лиственница, ель и береза, на которые приходится соответственно 39,9; 11,51; и 7,62 % от всей площади лесов Дальнего Востока. Среди группы хвойных пород преобладают лиственница (70,59 %), а вот, например, кедр (4,56 %), среди группы твердо-лиственных пород - каменная береза (69,41 %), дуб (25,37 %) и ясень (3,58%), среди мягколиственных пород - береза (72,86 %), осина (7,71 %) и липа (6,17%). На долю хвойных лесов приходится 56,73 % от всей площади лесов, мягколиственные породы занимают 10,47 %, а твердолиственные - 9,90 %. Площади кустарников при этом занимают лишь 23,07 % от общей площади лесов. Наибольшие площади, занятые лесами, приходятся на Хабаровский край (37,55 %), Амурскую (17,87 %) и Камчатскую (16,02 %) области. На долю остальных регионов приходится всего лишь 28,56 %, что значительно меньше площади лесов одного Хабаровского края. Объясняется это климатическими условиями, площадями территорий этих регионов, а также интенсивностью лесозаготовок в предшествующие годы.
Хвойные породы являются преобладающими лишь в Хабаровском крае (50,92%) и Магаданской области (10,77 %), в Приморском крае, Камчатской и Сахалинских областях преобладают твердолиственные породы, на них приходится соответственно 26,54; 49,06 и 7,25 %% от всей площади лесов этих регионов. Только в Амурской области наибольшая площадь лесов приходится на мягколиственные древесные породы (35,60 %) [29].
Горные районы Дальнего Востока имеют свои особенности в вертикальном размещении древесной растительности. До высоты 600-700 метров над уровнем моря господствуют смешанные леса, в которых участвует ель аянская, кедр корейский, липа, береза желтая, дуб монгольский, встречаются ясень маньчжурский, орех маньчжурский, бархат, ильм и др. Начиная с высоты 600 - 700 метров и до 1300 метров над уровнем моря преобладают тем-нохвойные древесные породы. Хабаровский край. Площадь - 788,6 тыс. км2 (4,5 % РФ) (в 2,1 раза больше, чем площадь Японии) Земельные ресурсы: общая площадь с/х угодий - 605,5 тыс. га. Существенное влияние на развитие лесной промышленности оказывают законодательные ограничения, регламентирующие режимы эксплуатации дальневосточных лесов, поскольку последние имеют большое эколого-стабилизирующее значение, обеспечивая водоохранные и почвозащитные функции: доля защитных лесов с ограниченным режимом главного пользования составляет 15% лесного фонда региона; наличие в составе лесного фонда более 20 категорий особо защитных участков, где запрещены рубки главного пользования; жесткие требования, предъявляемые к обеспечению сохранности предварительного лесовозобновления на лесосеках (не менее 60%); ограничение размеров и параметров лесосек, режимов и интенсивности рубок (более 60% эксплутационных лесов подлежат освоению не сплошными способами рубок); ограничения по внутрилесосечному транспорту древесины в лесу и наземному движению лесосечных машин; определенные лесоводственные требования по сохранению биоразнообразия. В целом доступный для нормальной эксплуатации лесосечный фонд в дальневосточном регионе не превышает 40% лесопокрытых земель [29]. Распределение доступного лесного фонда по эксплутационной привлекательности: - очень хороший лесфонд - высокопродуктивные леса (полнота 0,8 и более, бонитет 1-3, эксплутационный запас- 150-200 м3 /га и более) - 20%; - хороший лесфонд - среднепродуктивные леса (полнота 0,6-0,7, бонитет 3-4, эксплутационный запас — 100-150 V /га) — 30-40%; - удовлетворительный лесфонд - низкопродуктивные леса (полнота 0,3-0,5, бонитет 4-5, эксплутационный запас 50-100 м3 /га).
Обзор отечественных аэростатно-канатных систем для грузовых транспортных операций.
Московский Лесотехнический Институт в 1966 г. провел опыт применения привязных аэростатов на рубках леса в горных условиях. В институте В.М. Пикалкиным была разработана своеобразная система аэростатно-трелевочной установки АТУП. На высоте 150-200 м привязанный аэростат погружается в сравнительно ровный ветровой поток, и его грузоподъемность благодаря змейковому эффекту увеличивается на 30-40 %. С усилением ветра аэродинамический эффект значительно возрастает. Необходимая высота подъема аэростата не превышает 500 м над поверхностью земли.
Испытанные МЛТИ аэростаты АЗ-55, предназначались для подъема на высоту нескольких километров металлического троса. Аэростаты были изготовлены из двухслойной прорезиненной материи весом 260-270 г/м и допущены к эксплуатации при ветрах до 12 м/с на земле и до 29 м/с на рабочей высоте. Оболочка аэростата имеет большой баллонет, превышающий 55% его максимального объема, что значительно снижает весовые характеристики летательного аппарата. Аэростат поднимается в воздух и приземляется с помощью автолебедки с привязным тросом диаметром 6,5 мм. Скорость движения троса — до 6,5 м/с. АТУП испытывалась на лесосеке Хадыженского лесокомбината (Краснодарский край) с ярко выраженным горным рельефом. Было построено два испытательных полигона, расположенных на высоте 320 и 450 л над уровнем моря. Материальная часть АТУП, кроме аэростата, состоит из тросово-блочной оснастки, центрального якорного узла и лебедки с приводом. Использовалось две схемы: с выходом тягово-возвратного каната непосредственно от лебедки (рис. 1.20а.) и пропускание тягово-возвратного каната через якорь (рис. 1.206.) а) б) Рисунок 1.20. Схема эксплуатации аэростатной системы трелевки с использованием аэростата АЗ-55. Характеристика аэростата АЗ-55: полный подъем - 740 лг; длина - 25,6 м\ объем баллонета - 410 м\ диаметр модели - 8,8 м; газопроницаемость новой ткани за 24 часа при температуре + \5град. не превышает 8 п/м [9].
Тросо-блочная оснастка состоит из тягового и возвратного тросов длиной по 2000 м каждый, якорного узла, ряда блоков, вертлюгов и других деталей. Тяговый трос обеспечивает передвижение соединительного кольца с пачкой древесины, транспортируемой с лесосеки на верхний склад, возвратный - передвигает соединительное кольцо с верхнего склада на лесосеку. Передвижение соединительного кольца с верхнего склада на лесосеку, крепление транспортируемого леса, перенос его по воздуху с лесосеки на верхний склад и отцепка составляют рабочий цикл.
Хронометражем во время испытаний определены следующие средние нормы затрат времени (мин) на один рабочий цикл: прогон соединительного кольца с верхнего склада на лесосеку - 2 мин, спуск соединительного кольца с чокерами канатом - 1 мин, чокеровка хлыста - 1 мин, подъем зачокерован-ных хлыстов воздух - 1 мин, транспортировка хлыстов на верхний склад - 2 мин, отцепка хлыстов (разгрузка) - 1 мин. Продолжительность всего рабочего цикла составляет 8 мин. Тросо-блочная система рассчитана для работы АТУП на расстоянии до 1 км. В оснастке был применен специальный воздухоплавательный трос диаметром 6,5 мм, весом 1 пог.м — 0,15 кг, разрывным усилием — 39240 Н. В качестве подъемных газов использовали водород, гелий и природный газ. Аэростат АЗ-55 был способен транспортировать до 0,5 т леса объемом до 0,5 м на расстояние до 900 м. Обслуживало установку 4 человека, включая вальщика и чокеровщика. Сменная производительность на испытаниях составила 25-30 м , экономическая эффективность, по данным В.М. Пикал-кина (на 1971г.), - 2 руб. 45 коп. на 1 м трелюемого леса.
Дополнительные исследования в этой области проведенные МЛТИ и В.М. Пикалкиным, доказали, что по сравнению с воздушно-трелевочными установками (ВТУ) на твердых опорах, одна установка базе аэростатно-канатной системы объемом 750 мъ за год дает экономический эффект 25 тыс.руб. (данные на 1978-1979 гг. Таблица 5). Еще больший эффект достигается на базе более крупных аэростатно-канатных систем [41, 50, 51, 52].
Проведенные испытания подтвердили принципиальную правильность принятой схемы системы привязных аэростатов-кранов. Система обеспечивала стабилизацию точки подвески груза при достаточной величине стабилизирующей составляющей сплавной силы аэростата. Маневрирование аэростатом не вызывало затруднений и наводка в нужную точку осуществлялась с достаточной точностью при ветре до 5 м/с.
На базе ЭПАК-1 в ЦПКБ Главтехмонтажа (с участием ветерана отечественного воздухоплавания Бойко Юрия Степановича) были разработаны новые аэростаты-краны ЭПАК-3,2 и ЭПАК-15 грузоподъемностью 3,2 тонны и 15 тонн соответственно.
Особо перспективным выглядел проект аэростата-крана ЭПАК-15. Основное назначение которой, это обеспечение подъема и установки технологического оборудования массой до 15 тонн. Устройство обеспечивает перемещение груза от площадки складирования или укрупнительной сборки к месту монтажа на расстояние до 400 метров и установку технологического оборудования до отметок +200 метров, позволяет вести монтаж или демонтаж оборудования в труднодоступных зонах монтажных площадок.
При монтаже оборудования и блоков массой до 15 тонн на высоте свыше 40 метров ЭПАК-15 заменял бы два крана КС-8161 и СКГ-25, а также трайлер грузоподъемностью 15-20 тонн [45-47, 54].
Описание технологического процесса и технических возможностей аэростатно-канатной системы АКС-5 при освоении горного лесного массива
Осмотр делян изначально начинается с тщательного изучения топографических карт участка. Определяются предварительные границы участка, вычисляются расстояния между углами, а также общая площадь, которую необходимо обработать. Вычисляется общий запас древесины на участке и общее время работы АКС на данной территории, с учетом производительности, метеорологических данных и простоев по техническим причинам.
Дальше, по данным рельефа и основному направлению ветра, необходимо определить месторасположение контурных и направляющих блоков и расположение аэростатной лебедки. Этот процесс весьма важен, так как от правильного расположения блоков и лебедки зависит производительность АТС и интенсивность монтажных и демонтажных операций, поэтому он требует непосредственного «визуального контакта» инженерного состава с рельефом участка.
Оборудование якорной стоянки аэростата и погрузочной площадки.
Размеры якорной стоянки аэростата в первую очередь должны обеспечивать безопасное хранение аэростата во время перерывов между работой, вызванными техническими и метеорологическими необходимостями. Площадка должна представлять собой ровное, очищенное место, без растущих деревьев и кустарников, размером в два раза превышающее диаметр аэростата. Например, при диаметре выполненной оболочки 20 метров, в каждую сторону от края оболочки должно быть 20 метров свободного места. При этом погрузочно-разрузочная площадка должна находиться впереди от якорной стоянки, на удалении соответственно не меньше 20 метров от края оболочки. Лебедка во время стоянки аэростата, также удаляется за пределы 20-ти метрового радиуса, но во время работы, при необходимости, может находиться непосредственно у расположения якоря [22]. Расстановка газового оборудования.
Оборудование для обеспечения АКС газом может иметь несколько вариантов. Один из простых и менее хлопотных, это когда организация, эксплуатирующая АКС, имеет привозной газ (гелий или водород) в привозных баллонах высокого давления, т.е. исключает собственную добычу газа (водорода) собственными силами, непосредственно на участке. При этом варианте достаточно расположить оборудование так, чтобы оно не создавало бы препятствий для прохождения наземной техники, находилось бы вдали от склада ГСМ и определенном удалении от якорной стоянки. В практике используются многометровые рукава или шланги высокого давления, поэтому надобности, располагать газовые баллоны в непосредственной близости от оболочки, нет. Желательно баллоны располагать под навесом или под кронами растущих деревьев, чтобы в летнее время охранить газ от перегрева.
Второй вариант, это использование собственное газодобывающее оборудование: компрессора, передвижного электролизера, газгольдеров, балло- нов и т.д. Данный вариант, удобней использовать только в теплое время года, т.к. процесс добычи газа связан с водой. Также существует более экономный и перспективный вариант - это выработка и очистка пиролизного газа, в состав которого входит водород. Конечно, при условии, что заготовка в данном месте будет проводиться в течении нескольких лет, то естественно тогда необходимо иметь мобильный цех по выработке газа и смесь его с ингибитором на месте [24, 26]. Монтаж тягово-возвратных канатов. Монтажу канато-блочной системы предшествует процесс зачистки периметра контура участка от мешающих прохождению каната деревьев и сухостоя. Необходимые деревья выборочно убираются, как по длине линий участка, так и непосредственно вблизи контурных и направляющих блоков, в среднем на расстояние до 10 метров. Сами блоки, крепятся к пням спиленных деревьев в самой высокой точке угла участка. Если же оказывается, что спиленных деревьев не достаточно для движения каната без помех, то тогда используют метод, когда самые высокие деревья используют в качестве мачт для крепления направляющего блока в их верхней точке. Подбор данных деревьев ведется с учетом возможной нагрузки, действующей со стороны аэростата.
Во время перемещения каната вверх и вниз склона, а также во время возвращения аэростата на стоянку, могут возникать трения о грунт или о стоящие деревья, чтобы избежать этого, используют ролики-ловушки или направляющие блоки, количество которых в принципе не ограничивается.
Размотка канатов происходит двумя методами, это ручным или механическим. Ручной используется при условии короткого расстояния трелевки, когда канат, хоть и синтетический имеет небольшой общий вес, который приемлем для человеческих усилий.
При условии, что расстояние трелевки достаточно велико или канат имеет ощутимый вес (например, для большегрузных аэростатов), то в этом случае могут использоваться два механических метода монтажа.
Первый метод, это когда используется дополнительный монтажный барабан (канатоведущий шкив) лебедки и весьма тонкий, и легкий монтажный канатик. Монтажный канатик, пропущен через шкив лебедки и через направляющий блок, концы канатика соединяются между собой, тем самым он представляет собой замкнутую цепь. Тягово-возвратный канат лебедки закрепляется на монтажном канатике и при включении монтажного канатове-дущего шкива подается наверх к направляющему блоку, наверху монтажники вручную пропускают тягово-возвратный канат через направляющий блок и затем следует процесс спуска каната обратно к якорной стоянке аэростата. Во избежание трения каната во время монтажа его сразу пропускают, через, уже заранее приготовленные ролики-ловушки.
Второй механический метод монтажа предполагает использование дополнительной ручной мини лебедки. Принцип работы этого метода заключается в следующем: мини лебедку относят вверх по склону на расстояние рав 98 ное ее канатоемкости (обычно 30-50 метров) и закрепляют к дереву, после чего канатик выпускают и оттаскивают вниз, где закрепляют его с тяговым канатом лебедки, далее вернувшись к лебедке, выполняют смотку канатика, до того момента, пока не подтянется тяговый канат лебедки. Отцепив канатик, перемещаются дальше и повторяют цикл. Валка деревьев и обрезка сучьев. Процессу валки предшествует работа по подготовке рабочего места: вырубается кустарник, а зимой расчищаются отходные дорожки длиной 4-5 метров под углом 45. Валка деревьев, как положено, при горных лесозаготовках осуществляется снизу вверх, направлением вершиной вниз по склону. В процессе валке участвуют два человека: вальщик и помощник вальщика. Обрезка сучьев осуществляется непосредственно на лесосеке, при особо крутых склонах, поваленные деревья закрепляются во избежание сползания. Для обеспечения последовательности процесса трелевки, валка на рабочем участке ведется по секторам снизу вверх. Но в отдельных случаях, когда особую роль играют погодные условия, начало места валки определяют индивидуально под каждый случай.
Исследование зависимости рейсовой нагрузки от температуры наружного воздуха и высоты нахождения аэростата над уровнем моря
Оценка коэффициентов регрессии базировалась на незакодированных исходных значениях факторов. Интервал варьирования факторов определялся исходя из реальных диапазонов изменения величин. Численное моделирование выходных величин уі производилось на основании вычисленных выражений при изменении совокупности факторов для количества случаев от 42 до 1500. Для полученных уравнений определены коэффициенты детермениро-ванности г=0,67; F-статистика = 5,417. Для определения уровня надежности модели, положим величину Альфа=0,05. Для числа степеней свободы vl=5 и v2=49 по таблице процентных точек -распределения Фишера найдено F-критическое = 2,3683, что меньше значения F-наблюдаемого [38]. Следовательно, полученные уравнение применимо для оценочной себестоимости и производительности АКС. Для получения уравнения регрессии исследуемых параметров АКС использован пакет прикладных программ Statistika 6.0 [77]. Статистический анализ основан на расчетных данных - значениях факторов, полученных в ходе исследования, наблюдения и экспериментов. Размер совокупности значений факторов имеет достаточный объем для выявления степени корреляционной связи между величинами производительности, себестоимости и параметрами, характеризующими эффективность и целесообразность вовлечения АКС в лесотехническую отрасль промышленности.
Обработка статистических данных на основе результатов всестороннего анализа позволила получить математические модели в качестве уравнений регрессии и их компьютерную реализацию в виде диаграммы поверхности зависимых переменных, как функции факторов, анализируя которые можно сделать вывод о стабильности характера изменения исследуемых параметров АКС, показателя производительности АКС и оптимальном значении показателя себестоимости установки по рассматриваемым критериям в зависимости от варьирования их совокупности.
Модель производительности АКС-5 по интервалам скорости Комплексная оценка всех полученных моделей показывает, что оптимальная по выбранному типу АКС в заданных условиях (в каждом исследуемом участке заданного варианта) должна обеспечивать минимальную вели 195 чину расчетных затрат (С — min) при оптимальном показателе производительности системы.
Статистическую значимость результатов построения уравнений регрессии представляет р-уровень, находящийся в диапазоне 0,000000-0,017044, для модели рейсовой нагрузки и мощности и 0,00000000-0,039699 для модели производительности при Альфа=0,05, что соответствует уровню надежности (р-уровень «Альфа) практического использования уравнений.
Полученные полиномы позволяют проводить планирование установленных параметров рейсовой нагрузки аэростата, скоростей перемещения, средней линии трелевки обрабатываемого участка, производительности системы и исследования эффективности сберегающих мероприятий, направленных на оптимизацию показателя себестоимости АКС путем воздействия на указанные факторы.
При реализации моделей, полученных в данном разделе для комплекса децентрализованных лесных массивов или его части необходимо выявить условия целесообразности внедрения АКС с учетом региональных особенностей. Цель исследования: - сравнение эффективности работы двухлинейной и трехлинейной систем управления с определением продолжительности монтажного цикла и общего рабочего времени; - исследование аэродинамических качеств оболочки аэростата в условиях приземной зоны по наклону вертикальной оси аэростата в зависимости от силы ветра; - исследование подъемной силы аэростата в зависимости от температуры окружающего воздуха и высоты над уровнем моря; - исследование натяжения канатов в трехлинейной системе управления; - отработка приемов монтажа системы, перемещение аэростата, подъем и посадка, наведение на рабочую точку; - возможность и трудоемкость проведение работ по добыче и хранению газа в лесных условиях [48]. Описание объектов используемых в эксперименте: 1)Аэростат МТА-500 (рисунок 4.1) Характеристики аэростатного носителя: - Тип - оболочка луковичного типа; -Объем —500 мъ; - Высота — 10 м; - Диаметр — 8,5 ти; - Подъемная сила — 450 кг; - Максимальная полезная нагрузка — 300 кг; - Вид ткани - оболочка из виниловой ткани. 197 а) вид сверху б) на якоре Рисунок 4.1 - Экспериментальный аэростат МТА-500 2) Канато-блочная система. - синтетический канат AMSTEEL (dyneema SK-60), Д=6лш, разрывное усилие 3357 кг, вес 24 г/пог.м. [86]. 3) Аэростатная лебедка ЛНЗ-151М. Аэростатная лебедка ЛНЗ-151М (рис. 4.2.) является модернизированной лебедкой класса ЛНЗ-151 (рис. 4.3.). Модернизация была проведена на Хабаровском заводе имени A.M. Горького «ХАБСУДМАШ» и заключалась в следующем; - замена морально устаревшего двигателя ГАЗ-51 на современный японский дизельный двигатель ТД-27; вместе с двигателем была установлена панель управления, которая отражает характеристики по расходу топлива, температуре, давления масла, обороты двигателя и т.д.; - лебедка оборудована автоматической гидромуфтой, что позволяет значительно улучшить плавность общего движения и необходимых остановок; - ножная педель газа была заменена на ручной фиксированный рычаг управления, что позволяет оператору работать с меньшей психологической и функциональной нагрузкой; - для лучшей передачи крутящего момента, цепная муфта была заменена карданным валом; - для реализации возможности работы лебедки с канатами различных диаметров были изготовлены взаимозаменяемые шкивы и барабанные звездочки;
В данном случае перемещение аэростата (воздушной линии) возможно выполнять перемещением одной из лебедок в необходимую для этого сторону. Однако этот вариант предусматривает, что на пути перемещения каната нет высоких деревьев. Существует один вариант преодоления этого ограничения: необходимо, чтобы аэростат во время перемещения на смежную пасеку находился вертикально над движущейся лебедкой (рисунок 4.5).
