Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1. Поставка лесных грузов потребителям водным транспортом 11
1.2. Характеристика рейдов приплава лесопромышленных предприятий 20
1.3. Анализ технологий и оборудования для лесоперевалочных процессов на рейдах приплава 22
1.4. Технические параметры выгрузочных устройств на рейдах приплава 27
1.5. Обзор работ по совершенствованию лесоперевалочных процессов на рейдах приплава с плоскими сплоточными единицами 29
1.6. Патентный поиск устройств и способов выгрузки плоских сплоточных единиц с воды 32
1.7. Выводы и задачи исследований 40
2. Технические и технологические решения по совершенствованию процессов выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава 41
2.1. Техническая характеристика плоских сплоточных единиц, поступающих на рейды приплава 41
2.2. Способ выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава43
2.3. Проверка грузозахватного устройства на прочность 46
2.4. Выбор грузозахватных канатов 49
2.5. Выбор навесного грузозахватного звена 50
2.6. Выбор грузозахватных крюков 50
2.7. Выбор грузозахватных чокеров 51
2.8. Складное грузозахватное устройство 52
2.9. Выводы 55
3. Математические зависимости процесса выгрузки плоских сплоточных единиц с воды 57
3.1. Постановка задачи 57
3.2. Расчет продолжительности буксировки речного плота на рейд приплава 58
3.3. Расчет продолжительности расформирования плота на линейки и буксировки их к выгрузочному дворику 59
3.4. Расчет продолжительности выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на берег .60
3.5. Составление информационно-логических схем лесосплавных технологий
3.6. Разработка операционных технологий поставки и выгрузки плоских сплоточных единиц с воды 62
3.7. Расчет производительности механизмов 64
3.8. Определение нагрузок на башенный кран при выгрузке лесных грузов с воды 67
3.9. Выводы 70
4. Производственные испытания выгрузочных устройств 72
4.1. Программа и методы экспериментальных исследований 72
4.2. Состав и объем производственных исследований 74
4.3. Производственные исследования лесоперевалочного процесса 75
4.4. Результаты производственных испытаний 77
4.5. Выводы 79
5. Лабораторные исследования лесоперевалочного процесса 80
5.1. Обоснование метода и масштаба физического моделирования 80
5.2. Конструирование механической модели лабораторной установки 83
5.3. Состав и объем экспериментальных исследований 89
5.4. Результаты экспериментальных исследований 92
5.5. Выводы 98
6. Экономическое обоснование выгрузки древесного сырья на АО
«Соломбальский ЛДК» 101
6.1. Постановка задачи 101
6.2. Расчет технико-экономических показателей использования оборудования и машин 102
6.3. Расчет трудозатрат и средств на оплату труда основных рабочих 107
6.4. Расчет затрат на содержание основного оборудования 111
6.5. Определение экономической эффективности крановой выгрузки плоских сплоточных единиц с воды 113
6.6. Выводы 115
Основные выводы, рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы 117
Библиографический список
- Обзор работ по совершенствованию лесоперевалочных процессов на рейдах приплава с плоскими сплоточными единицами
- Проверка грузозахватного устройства на прочность
- Расчет продолжительности выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на берег
- Производственные исследования лесоперевалочного процесса
Введение к работе
Актуальность темы. В Архангельской области и Республике Карелия разработан альтернативный способ молевому лесосплаву – водные поставки круглых лесоматериалов потребителям в речных плотах из плоских сплоточных единиц (ПСЕ) переменной осадки. Противоречие способа заключается в том, что для выполнения лесоперевалочных процессов на предприятиях с рейдами приплава применяют более 220 типов различных грузоподъемных машин, механизмов и вспомогательного оборудования, которые неэффективны для выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды на берег. Учитывая роль и значение водного транспорта леса для доставки лесоматериалов потребителям, проблема совершенствования технологии выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды на предприятиях с рейдами приплава является весьма актуальной.
Степень разработанности темы. Важный вклад в развитие науки о лесоперевалочных процессах на лесопромышленных предприятиях с рейдами приплава внесли ученые А. Н. Пименов, Г. А. Вильке, В. И. Алябьев, Б. Г. Залегаллер, П. В. Ласточкин, В. И. Патякин, А. К. Редькин, В. Я. Харитонов, Ф. Е. Захаренков, А. А. Камусин, А. А. Митрофанов, М. В. Борисов, П. Ф. Войтко, А. Г. Поздеев, Е. М. Царев, П. М. Мазуркин и др. Особое внимание в разработке операционной технологии выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава уделяется в работах E. N. Wickman, А. А. Митрофанова, П. Ф. Войтко, С. С. Лебедь. Однако в вышеперечисленных работах отсутствует обоснование параметров технологии выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды.
Цель исследований – обоснование параметров технологии выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава лесопромышленных предприятий.
Научно-технические задачи, поставленные в диссертации:
1) предложить технические и технологические решения по совер
шенствованию процессов выгрузки плоских сплоточных единиц с воды
на предприятиях с рейдами приплава;
-
составить математические зависимости процесса выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава лесопромышленных предприятий;
-
разработать методику и провести экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях продолжительности цикла и нагрузок на грузозахватные устройства при выгрузке плоских сплоточных единиц различных конструкций с воды на рейдах приплава.
Объектом исследования являются рейды приплава лесопромышленных предприятий, получающих древесное сырье в речных плотах из плоских сплоточных единиц, оснащенные грузоподъемными кранами, выгрузочными устройствами.
Предмет исследований – продолжительность цикла выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава, а также режимы нагружения и параметры подъемно-транспортного оборудования.
Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись методы математического и физического моделирования. В основу теоретических исследований положены методы теоретической механики и гидромеханики, математического моделирования. Для проведения лабораторных исследований использовались методы физического моделирования грузоподъемного механизма, оснащенного грузозахватным устройством для выгрузки лесных грузов с воды. В процессе обработки результатов экспериментов применялись методы теории вероятности и математической статистики. Обработка и представление результатов экспериментов проводились с помощью программного обеспечения – Statistica V12, КОМПАС-3DLT V12, Microsoft Word 2010, Microsoft Excel 2010.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Технические и технологические решения, защищенные патентами, по совершенствованию процессов выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды на предприятиях с рейдами приплава, повышающие производительность труда на лесоперевалочных работах;
-
Математические зависимости процессов выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава, учитывающие специфические свойства лесных грузов, поступающих водным транспортом;
-
Результаты экспериментальных исследований грузоподъемных машин и грузозахватных устройств в лабораторных и производственных условиях, уточняющие математические зависимости процесса выгрузки многорядных ПСЕ с воды.
Научная новизна работы. Разработан ряд технических и технологических решений, защищенных патентами, по совершенствованию процессов выгрузки плоских сплоточных единиц конструкции АГТУ и ПГТУ различных модификаций башенным краном с воды на предприятиях с рейдами приплава:
- способ выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на предприятиях с рейдами приплава, отличающийся послойным способом выгрузки многорядных ПСЕ различных конструкций и длин;
разборное грузозахватное устройство для крановой выгрузки плоских сплоточных единиц с воды, отличающееся разборной грузозахватной рамой, на консолях которой закреплены грузозахватные крюки с возможностью размещения их по габаритам лесного груза;
складное грузозахватное устройство для выгрузки длинномерных лесных грузов с воды, отличающееся складывающимися консолями, разделенными на звенья, на концах которых шарнирно закреплены крюки с возможностью изменения положения в вертикальной плоскости при их складывании во внутрь звеньев.
Составлены математические зависимости процесса крановой выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц с воды, отличающиеся учетом специфических свойств лесных грузов, поступающих на рейды приплава водным транспортом.
Получены результаты экспериментальных исследований грузоподъемных машин общего назначения на выгрузке плоских сплоточных единиц с воды в лабораторных и производственных условиях, отличающиеся широким диапазоном исследуемых факторов и учетом специфических условий их эксплуатации на рейдах приплава.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке математической зависимости для определения производительности башенного крана, продолжительности цикла и усилий, возникающих в грузовых и чокерных канатах при выгрузке ПСЕ с воды на приемную эстакаду.
Практическая значимость работы заключается в разработке нового способа выгрузки многорядных плоских сплоточных единиц конструкции АГТУ и ПГТУ с воды на рейдах приплава и конструкций грузозахватных устройств для плоских сплоточных единиц из круглых лесоматериалов.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Полученные результаты соответствуют пункту 3 «Разработка операционных технологий и процессов в лесопромышленном и лесохозяйствен-ном производствах: заготовительном, транспортном, складском, обрабатывающем, лесовосстановительном и др.» списка областей исследования паспорта специальности 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства».
Достоверность результатов исследований подтверждается критериями Стьюдента, Фишера и Кохрена и удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и производственных исследований.
Личное участие автора в получении результатов. Диссертация является результатом многолетних исследований, выполненных лично
автором в ходе сбора материалов на лесопромышленных предприятиях с рейдами приплава, разработки методик и программ исследований, математического и физического моделирования процессов выгрузки ПСЕ с воды, проведения экспериментальных исследований, обработки экспериментальных данных, анализа и обобщения результатов исследований.
Апробация результатов. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов ПГТУ (Йошкар-Ола, 2012, 2014); международных молодежных научных конференциях по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу – творчество молодых» в рамках конкурса «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (Йошкар-Ола, 2010, 2011, 2012, 2013); XIII Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех – 2012» (Ухта, 2012); I Европейском лесопромышленном форуме молодежи (Воронеж, 2014).
Реализация результатов исследования. Эффективные технологии выгрузки плоских сплоточных единиц с воды внедрены в учебный процесс ПГТУ по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств».
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 12 работ, в том числе монография; 4 статьи в научных журналах, из них 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК; 2 патента РФ; 5 статей в материалах международных и всероссийских научно-технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка и 8 приложений. Объем работы изложен на 136 страницах, включая 77 рисунков, 28 таблиц. Библиографический список сдержит 164 наименования, из них 7 иностранных источников.
Обзор работ по совершенствованию лесоперевалочных процессов на рейдах приплава с плоскими сплоточными единицами
За последние годы издержки на транспортировку древесного сырья в России сильно выросли и составили на дальние расстояния половину стоимости сырья, что недопустимо. Наряду с железнодорожным и автомобильным транспортом, в перевозках лесных грузов значительная роль принадлежала водному транспорту (табл. 1.2).
За 2013 год объем сплава леса по России составил 11,0 млн.м3, что ниже уровня 1990 года в 4,5 раза [121, 136]. В зависимости от общего объема перевозок доля молевого сплава леса в 1990 году снизилась до 31 %, а к 2005 году уже составила 0 %. Доля плотового сплава напротив возросла с 56,6 % до 64,5 %, а перевозка круглых лесоматериалов в судах повысилась с 12,4 % до 35,5 %. Вышесказанное позволяет сделать вывод о практическом закрытии молевого сплава леса [33].
В связи с прекращением молевого лесосплава объемы водного транспорта леса значительно снизились. Также снизились и объемы заготовки круглых лесоматериалов.
Для повышения эффективности транспорта круглых лесоматериалов необходимо увеличение плотового сплава леса по малым и средним рекам и внедрение новых технологий сплава на базе плоских сплоточных единиц (ПСЕ), которые хорошо зарекомендовали себя на реках Севера.
Расчеты показывают [131], что сплав круглых лесоматериалов в большинстве случаев экономически выгоднее по сравнению с автомобильными и железнодорожными перевозками. За 2012 год себестоимость перевозки 1 м3 круглых лесоматериалов на 1 км пути составила для автомобильного – 1,10…1,40 р.; железнодорожного – 0,70…0,90 р.; речного (суда) – 0,30…0,40 р.; морского (экспортных пиломатериалов) транспортов – 0,25…0,30 р.; плотового сплава – 0,25…0,30 р. [33]. Проблема развития водного транспорта лесоматериалов в настоящее время является важной, так как это поспособствует снижению издержек на топливно-энергетические ресурсы, стоимость которых с каждым годом будет только расти. В связи с вышесказанным необходимо составить прогноз по развитию водного транспорта лесоматериалов на будущую перспективу, путём усовершенствования операционных процессов первоначального лесосплава по малым рекам взамен молевого сплава леса [33].
Первая попытка прогнозирования вывозки древесины лесопромышленными предприятиями была предпринята П.Ф. Войтко, П.М. Мазуркиным в 2004 году [28]. Для составления прогноза использовали методику статистического модели 14 рования [60], которая включала две стадии: 1) подбор типа математической модели (ограничения задавались самими исходными данными, приведенными в табл. 1.1, 1.2, 1.3); 2) поиск на персональном компьютере значения параметров математической модели. Для приближенных прогнозов был взят диапазон прогноза с 2000 по 2035 годы, равный диапазону в 35 лет с 1965 по 1999 годы.
Полученные статистические модели [28] прогноза развития лесопромышленного комплекса России и водного транспорта в частности на ближайшую перспективу до 2035 года необходимо подвергнуть экспериментальной проверке фактическими данными в 2000-2012 годах [121].
Для приближенных прогнозов возьмем диапазон прогноза с 2003 по 2040 годы, равный диапазону в 37 лет с 1965 по 2002 годы (табл.1.3). Разработаны статистические модели (1.1…1.3) и таблицы с фактическими и расчетными данными вывозки древесины предприятиями ЛПК России (табл. 1.3) и водного транспорта лесоматериалов в частности (табл. 1.4, 1.5).
В табл. 1.3 приняты следующие условные обозначения: t - время с начала массива исходных данных, лет; Qф – фактическое значение показателя объема вывозки круглых лесоматериалов, млн. м3; Q - расчетное значение показателя, вычисленное по статистической модели, млн. м3; - остаток, то есть разница между фактическими и расчетными значениями показателя, вычисленный по формуле = Qф– Q, млн. м3; - относительная погрешность, %, вычисленная по формуле 100/Qф; Q1 - первая составляющая статистической модели (1.1), которая показывает естественную тенденцию динамики значений показателя млн. м3; Q2 - вторая составляющая и последующие Q3, которые характеризуют антропогенное (техногенное) влияние различных факторов по годам на изменение значений показателя, млн. м3.
Доверительная вероятность статистической модели (1.1), составленной из биотехнического закона и его фрагментов [60], в отличие от существующих сложных критериев проверки (Фишера и др.), оценивается по максимальной относительной погрешности max, значение которой приведено в табл. 1.3. Разница D=100 - max определяет доверие к выявленной закономерности (1.1), причем это доверие на порядок требовательнее по сравнению с критерием Фишера 2 (хи – квадрат). Как видно из данных табл. 1.3 доверие к статистической модели (1.1) составляет 79,9 % (рис. 1.1).
Это позволяет сделать некоторые выводы о будущем процесса вывозки лесоматериалов (рис. 1.1). Примерно с 2012 года естественная тенденция спада объема вывозки Q1 вымирала и полностью уступала тенденции «двойного роста» Q2. Третья волновая составляющая Q3 при этом ликвидируется к 2030 году, имея максимум амплитуды 62,6 млн. м3 в 1977 году и максимум негативного вычитания объемов вывозки 61,6 млн. м3 в 1978 году. В итоге остается до середины XXI века опасная тенденция роста объемов вывозки древесины только за счет антропогенного воздействия по второй составляющей Q2. Однако и она не позволит к 2040 году добиться объемов вывозки советских времен. Только с 2025 года намечается медленный рост объемов вывозки древесины. Следовательно, если не предпринять существенных усилий по модернизации лесопромышленного комплекса России, то еще долгое время объемы вывозки будут в 219,6/43,7=5,03
Проверка грузозахватного устройства на прочность
На рейдах приплава для расширения технологических возможностей крановой выгрузки плоских сплоточных единиц различных конструкций и длин с воды на берег разработано устройство [93], защищенное патентом №2476366.
Устройство может быть использовано в лесной отрасли, в частности, на водном транспорте леса, преимущественно, на рейдах приплава при выгрузке лесоматериалов из воды на берег лесопромышленных предприятий. Предлагаемое изобретение (рис. 2.1) состоит из грузозахватной рамы 1 дополнительно оборудованной консолями 2, на которых жестко закреплены грузозахватные крюки 3, размещенные снизу конструкции с установленными на них грузозахватными стропами 4 с чокерными захватами 5 и смонтированными на раме на расстоянии между собой равном длине конструкции плоских сплоточных единиц.
Выгрузка плоских сплоточных единиц с воды на берег осуществляется башенным краном порядно в зависимости от их конструкции (одно, двух, трех, четырех рядные) и грузоподъемности крана следующим образом.
Однорядную плоскую сплоточную единицу 6 (рис. 2.2) два грузчика заводят баграми в наплавной выгрузочный дворик на лесосплавной реке, устанавливая ее в зоне действия берегового башенного крана. Грузчики снимают по углам плоской сплоточной единицы четыре цепные стяжки 10 и затапливают баграми два бортовых оплотных бревна 8 и 11 под плоскую сплоточную единицу до верхних обвязок 9. Затем крановщик опускает грузозахватную раму 1 по центру плоской сплоточной единицы, где грузчики устанавливают на консолях 2 рамы 1 четыре грузовых крюка 3 с грузозахватными стропами 4 и чокерными захватами 5 на расстоянии, равном расположению двух верхних обвязок 9 плоской сплоточной единицы. По провисшим четырем стропам 4 грузчики образуют щель деревянными кольями в поперечной щети бревен, куда продевают криволинейными кручьями грузозахватные стропы 4, которыми обвязывают затопленные оплотные бревна 8 и 11 сначала с одной стороны плоской сплоточной единицы, а затем аналогично с другой. Краном плоскую сплоточную единицу 6 поднимают с воды и перегружают на берег (приемную эстакаду, штабель лесоматериалов, лесовозный транспорт).
Способ выгрузки однорядной плоской сплоточной единицы [93] Двухрядную плоскую сплоточную единицу 6 (рис. 2.3) два грузчика заводят баграми в выгрузочный дворик, где с нее снимают верхние обвязки 9, цепные стяжки 10 и перекатывают два крайних бревна 12 в центр верхнего ряда плоской сплоточной единицы, которые закрепляют синтетическим такелажом. Крановщик опускает грузозахватную раму 1 по центру плавающего лесного груза, на котором грузчики на консолях рамы 2 устанавливают четыре грузовых крюка 3 на расстоянии длины сформированного верхнего ряда плоской сплоточной единицы и захватывают стропами 4 с чокерными захватами 5 два бревна 13 с нижнего ряда плоской сплоточной единицы. Краном 7 верхний ряд бревен плоской сплоточной единицы 6 поднимают с воды и перегружают на берег, а затем выгружают нижний ряд бревен с воды по технологии, описанной выше.
Отличительной особенностью предлагаемого грузозахватного устройства (рис. 2.4) является то, что такой грузозахватной рамой можно выгружать с воды плоские сплоточные единицы различных конструкций (одно-, двух-, трех-, четырехрядные; переменной длины от 4 до 6,5 м и весом от 60 до 240 кН) послойно. На рейдах приплава, оснащенных мощными кранами, такими грузозахватными устройствами можно укрупнять лесные грузы до номинальной грузоподъемности выгрузочных механизмов, укладывая, их друг на друга в выгрузочном дворике. Рисунок 2.4 - Конструкция грузозахватного устройства [27] 1 – жесткая грузозахватная рама; 2 – консоли грузовых балок; 3 –грузозахватные крюки; 4 – грузозахватные стропы; 5 – канатные тяги; 6 – навесное грузозахватное звено
В результате применения данного устройства сокращается время на перенастройку работы грузоподъемного механизма на сплоточные единицы различных типов и размеров по длине.
Грузозахватное устройство для длинномерных лесных грузов рассчитывается по методу допускаемых напряжений [41]. При этом его конструкция (рис. 2.4) рассматривается в рабочем состоянии под действием нормативных нагрузок, а полученные напряжения сравниваются с допускаемыми в виде [] [41].
Для расчета рекомендуемого грузозахватного устройства (рис. 2.5) необходимо решить следующие задачи: 1)рассчитать балку грузозахватного устрой 47 ства, работающего на изгиб и сжатие, для подъема плоских сплоточных единиц различных конструкций массой до 10 тонн; 2) выбрать навесное грузозахватное звено; 3) подобрать канатную тягу; 4) выбрать грузозахватные крюки; 5) подобрать грузозахватные чокеры. Принимаем длину консоли L=1 м. Для расчета балки необходимо разделить данное устройство на две части по линии N-N (рис. 2.5). Возьмем нижнюю часть устройства, в результате расчетная схема будет выглядеть следующим образом (рис. 2.6).
Допущение: общая нагрузка на траверсу равномерно распределяется на 4 канатные тяги (рис. 2.4) – P=4F, где P=mg=1010=100 кН. Алгоритм решения задачи приведен ниже. При расчете балки грузозахватного устройства на изгиб выделяются две гипотезы прочности: 1) гипотеза отсутствия боковых давлений; 2) гипотеза плоских сечений [61]. Наибольший изгибающий момент Mz возникает в середине пролета грузовой балки (рис. 2.7) Mz= FL=250001=25103Нм, (2.1) где F=P/4 – нагрузка, действующая на конец балки, Н; P – общая нагрузка на грузозахватную раму, Н; L –длина консоли, м.
Расчет продолжительности выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на берег
Разработаны блок-схемы операционных технологий поставки древесины в плотах на рейд приплава Соломбальского ЛДК и выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на берег и перегрузки на лесовозный транспорт (рис. 3.4, 3.5, 3.6).
Поставка древесины в плотах на рейд приплава Соломбальского ЛДК и выгрузка плоских сплоточных единиц с воды на берег осуществляется следующими механизмами: буксирным судном ЛС-56А, краном КБ-572, катером Т-63М, такелажницей Т-89. 1. Производительность буксирного судна ЛС-56А. Часовая производительность буксирного судна ЛС-56А Пч.=V/Tц, (3.1) где V –объем буксируемого речного плота,м3; Tц – продолжительность цикла буксировки речного плота, ч. Объем буксируемого речного плота равен: V=LBH=160 27 0,6 0,5=1296 м , (3.2) 3 где L – длина плота изПСЕ, м; B – ширина плота из ПСЕ, м; H – высота плота из ПСЕ, м; P - коэффициент полнодревесности плота (Р=0,5.. .0,7). Продолжительность цикла буксирного судна ЛС-56А Тц= — + tM +t3a+tnocm +t + — = — + 0,5 + 0,5 + 1,0 + 0,3 + —=151,71 ч, (3.3) гр х 5 20,4 где 1 - расстояние от пункта отправления до рейда приплава, км; и - скорость буксирного судна в грузовом направлении, км/ч; ох - скорость холостого хода буксирного судна, км/ч; tM - время маневрирования судна на затопленном плотбище и причаливание к плоту; Каст время постановки судном речного плота на прикол рейда приплава; t - время зацепки плота, ч; tom - время отцепки плота, ч. Тогда часовая производительность буксирного судна ЛС-56А: Пч.= 1296 м3/151,71 ч =8,543 м3/ч. Суточная производительность буксирного судна ЛС-56А Псут= Пчх21 ч = 8,543 -21=179,395 м3/сут. (3.4) 2. Производительность катера Т-63М на буксировке линейки ПСЕ на рейд приплава. Часовая производительность катера Т-63М ПЧ.=У/ТЦ. (3.5) где V -объем буксируемой линейки ПСЕ,м3; Тц - продолжительность цикла буксировки линейки, ч.
Объем буксируемого лесного груза равен: V=LBHP=6,5-27 0,6 0,5=52,65 м 3 , (3.6) где L - длина линейки из ПСЕ, м; В - ширина линейки из ПСЕ, м; Н - высота линейки из ПСЕ, м; Р - коэффициент полнодревесности линейки из ПСЕ (Р=0,5.. .0,7). Продолжительность цикла буксировки линейки ПСЕ катером Т-63М Т„= — + t + tv+t +f + —=6 + 5 + 20 + 10,5 + 15 + 6=143,49 мин= Ц прич ,ац пост 0,083 0,29 =2,39 ч, (3.7) где 1 - расстояние от выгрузочного дворика до места стояния плота на приколе, км; и - скорость буксирного судна в грузовом направлении, км/ч; ох - скорость холостого хода буксирного судна, км/ч; КРич– время причаливания катера к хвосту плота, мин; ізац - время зацепки линейки ПСЕ, мин; іотц - время отцепки линейки ПСЕ, мин; tem - время вычалки из линейки сплоточной единицы и подача ее самосплавом в выгрузочный дворик.
Тогда часовая производительность катера Т-63М: Пч = 52,65м3/2,39 ч =22,029м3/ч. Суточная производительность катером Т-63М Псут= Пч24 ч = 22,029 24=528,703 м3/сут. (3.8) 3. Производительность башенного крана КБ-572 на выгрузке ПСЕ с воды на берег. Сменная производительность крана П =60-VП-K -К IX , (3.9) см р г ц где Т - продолжительность смены, ч; VП - расчетный объем пачки м3; Хц - продолжительность цикла, мин; Кр=0,85; Кг - коэффициент использования грузоподъемности крана (Кг=0,9). Расчетный объем одного ряда бревен ПСЕ W = Vб-nб = L- --f = L-B-d-;rf/4 = 6,5-6,5-0,2-3,14-0,6/4 = 3,98м 3 , (3.10) 4 d где L, В - длина и ширина ПСЕ, м; d - диаметр бревна, м; - коэффициент заполненности пачки бревнами. Расчетный объем ПСЕ ПСЕ 4 ИР L.B. — .p.n= 6,5-6,5- 3,14-0,2 .3-0,6 = 11,94 м 3 . (3.11) Тогда сменная производительность крана: Псм =60- 8- 3,98 -0,85 -0,9/3,1 = 471,4 м 3 /см. При работе в 2 смены получаем производительность 942,8 м3/сут. 3.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА БАШЕННЫЙ КРАН ПРИ ВЫГРУЗКЕ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ С ВОДЫ При вертикальном подъеме лесного груза с воды нагрузки на механизм подъема лесопогрузчика башенного типа (рис. 3.7) согласно РД-22-166-86 [124], состоят из нормативной составляющей веса груза Qн, определяемой грузоподъемностью крана, и случайных составляющих нагрузок Ni из средних квадратиче-ских отклонений: веса груза SQ; ветровой нагрузки на груз SW; динамической вертикальной нагрузки SД [33] Ni = SQ + SW + SД. (3.12) При расчете механизма подъема груза башенного крана среднее квадрати-ческое отклонение случайной составляющей вертикальной динамической нагрузки принимается [33]: SД a2 mзп, (3.13) где a2 = 0,5 м/с2 — ускорение приведенной массы груза; mзп — приведенная масса груза, кг.
Расчетная схема башенного крана КБ-572: 1 – подкрановый путь; 2 – башенный кран; 3 – грузозахватное устройство; 4 – плоская сплоточная единица; 5 – выгрузочный дворик Среднее квадратическое отклонение ветровой нагрузки на груз SW (динамическая составляющая нагрузки, вызванная колебаниями груза от пульсации ветра) определяется по ГОСТ 28609-90 [37].
Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей веса груза определяется [33]: SQ = k3 Qн, (3.14) где Qн — нормативная составляющая веса груза, Н; k3 — коэффициент случайной перегрузки веса груза, принимаемый по РД-22-166-86 [124]. Необходимо отметить, что приведенная масса лесного груза (рис. 3.8), плавающего на воде mзп, является величиной переменной [33] и состоит: mзп= mд+ mв+ mп, (3.15) где mд— масса древесины плавающего груза, кг; mв— масса воды внутри погруженного объема пористого груза, кг; mп— присоединенная масса жидкости к плавающему грузу при отрыве его от воды, кг. Масса древесины плавающего груза: mд= д Wд, (3.16) где Wд— геометрический объем лесного груза, м3; д— плотность древесины, кг/м3. Плотность древесины лесных грузов зависит от породы круглых лесоматериалов, периода навигации лесосплава и колеблется в пределах от 730 до 1270 кг/м3 [98]. Объем плоских сплоточных единиц (рис. 3.8): Wп = Lп Bп Hп п, (3.17) где Lп, Bп,Hп– длина, ширина, высота ПСЕ, м3; п – коэффициент полнодревесности ПСЕ. Коэффициент полнодревесности ПСЕ п имеет широкий диапазон колебаний и разрабатываются лесопромышленными предприятиями применительно к конструкции формируемых ПСЕ, применяемых пакетирующих механизмов, и других факторов. Результаты теоретических исследований полнодревесности ле-сотранспортных грузоединиц, поступающих сплавом на рейды приплава лесопромышленных предприятий приведены в [33]. Рисунок 3.8 - Схема расположения лесоматериалов в плоской сплоточной единице
Присоединенной массой называется такая фиктивная масса жидкости, кинетическая энергия которой при ее движении со скоростью тела равна кинетической энергии окружающей тело жидкости. Присоединенная масса зависит от формы погруженной в жидкость части тела и направления движения [54].
Силы сопротивления окружающей жидкости подъему ПСЕ из воды определяется в четыре этапа его движения: 1) в воде, когда ПСЕ получает начальное положительное ускорение; 2) в воде, когда ПСЕ движется с одинаковой скоростью до момента отрыва его от поверхности воды (нарастание нагрузки); 3) в воздухе, когда ПСЕ движется с одинаковой скоростью до момента капельного стекания жидкости с поднятого груза; 4) в воздухе, когда ПСЕ движется с одинаковой скоростью до его остановки (рис. 3.9).
Производственные исследования лесоперевалочного процесса
В натурных условиях провести в полном объеме лабораторные исследования не нарушая производственный цикл работы лесопромышленного предприятия невозможно из-за отсутствия башенного крана грузоподъемностью 98,1 кН, оснащенного проектируемым грузозахватным устройством и необходимой конструктивной вариативности плоских лесотранспортных единиц, а также возможности регулирования размеров выгрузочного дворика и глубины воды в нем в широких пределах. В соответствии с причинами, изложенными выше, для более глубокого изучения процесса выгрузки плоских сплоточных единиц с воды необходимо прибегнуть к методу физического моделирования.
Лабораторные исследования продолжительности цикла выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на берег проводились на физической модели механизма подъема башенного крана, оснащенного специализированным грузозахватным устройством, что позволило проводить эксперименты с различными моделями ПСЕ конструкции АГТУ и ПГТУ.
Экспериментальные исследования гидромеханических нагрузок на грузоподъемное оборудование при выгрузке ПСЕ с воды проводились на физической модели механизма подъема башенного крана, оснащенного специализированным грузозахватным устройством. Исходной для моделирования была принята 2-массовая система крана, при конструировании которой достаточно обеспечить подобие входящих в эту систему параметров. «В период неустановившегося движения механизма подъема груза на 2-массовую систему действует энергия движущей силы, приложенной к грузу и направленной вдоль грузового каната, причем ускорение механизма подъема предполагается постоянным по величине в период времени его действия» [33]. Анализ теоретических исследований [30, 75], а также проведенные экспертные оценки [30], производственный эксперимент позволили установить, что на величину продолжительности цикла выгрузки ПСЕ с воды на берег t при подъеме плоской сплоточной единицы (ПСЕ) с воды существенное влияние оказывают: масса лесного груза т, кг; скорость его перемещения v, м/с; габариты груза: длина L, м; ширина В, м; высота Н, м; средний диаметр круглых лесоматериалов dcp, м; плотность лесоматериалов , кг/м3; ускорение свободного падения g, м/с2; коэффициент кинематической вязкости воды v, м2/с.
В соответствии с теорией физического подобия [127] из 9 значимых факторов, среди которых три параметра т, v, L выбраны основными, можно составить 6 безразмерных комплексов, являющихся критериями подобия процесса выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на берег: Физическая сущность протекаемого процесса при подъеме плоских сплоточных единиц с воды башенным краном заключается в том, что одновременно действуют две силы: тяжести лесного груза и вязкости жидкости лесосплавной реки. Если на модели лабораторной установки применяется та же жидкость, что и в натуре, то строгое подобие процесса возможно лишь для одной силы. Накопленный экспериментальный материал [30, 75] показывает, что гидромеханические силы сопротивления воды перемещению плоских сплоточных единиц по лесосплавной реке при увеличении геометрического масштаба модели не зависят от числа Рейнольдса ср/ [33]. Проведенный анализ гидромеханических сил, действующих на плавающий груз при подъеме его с воды башенным краном, показал [30], что силы поверхностного натяжения жидкости, капиллярного давления воды в ПСЕ и разрыва водяного столба, увлекаемого грузом, составляют 1,2%, а силы тяжести лесного груза вместе с присоединенной массой жидкости внутри него -98,8%. Следовательно, преобладающими силами при выгрузке плоских сплоточных единиц по воде является сила тяжести лесного груза и присоединённая масса жидкости к нему [33]. В силу изложенного, процесс выгрузки плоских сплоточных единиц с воды при действии преобладающих сил тяжести, можно моделировать по гравитационному закону подобия [30]. Моделирование процесса выгрузки ПСЕ с воды по критерию Фруда v2/qL требует соблюдения следующих равенств, приведенных в табл. 5.1.
Масштаб лабораторной установки выбирался из наличия лабораторного оборудования и размеров бассейна кафедры технологии и оборудования лесопромышленных производств ПГТУ. Экспериментальные исследования проводились в гидравлическом лотке прямоугольного поперечного сечения размерами 1,51,00,3 м кафедры ТОЛП ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет». Для получения истинного результата при лабораторных исследованиях выбираем масштаб моделирования, равном 10.