Теоретические исследования заготовки затопленных деревьев, стоящих на корню

УДК 634.98:626.01 В.А. Иванов, НД. Вовченко, М.В. Степанищева

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАГОТОВКИ ЗАТОПЛЕННЫХ ДЕРЕВЬЕВ, СТОЯЩИХ НА КОРНЮ

В статье рассматривается вопрос появления затопленной и аварийной древесины. Проведены теоретические исследования процесса выдергивания древесины стоящей на корню в ложе водохранилищ. Ключевые слова: древесина затопленная, теоретические исследования, процесс выдергивания.

V.A. Ivanov, N.D. Vovchenko, M.V. Stepanischeva THEORETICAL RESEARCH OF THE SUBMERGED STANDING TREES LOGGING

The problem of a submerged and emergency wood availability is considered in the article. Theoretical research of the process of drawing the wood standing at the bottom of the reservoir are conducted.

Key words: submerged wood, theoretical research, process of drawing.

Отечественные ученые уделяют достаточное внимание разработке технологий для сбора и освоения плавающей и затопленной древесины в водохранилищах ГЭС. Этими вопросами занимались В.И. Патякин, В.П. Корпачев, А.А. Камусин, А.Н. Минаев, М.М. Овчинников, Л.И. Малинин, В.Н. Худоногов, Б.И. Угрюмов, Ю.П. Борисовец.

Как указывают эти авторы, накопленный в последние годы опыт по сбору и использованию данной древесины, позволяет сделать выводы о невозможности выполнения таких работ ограниченной номенклатурой оборудования с использованием единой технологии по причине того, что запасы этой древесины весьма неравномерно распределены по акваториям водных объектов, местам ее концентрации и по ряду других причин.

Значительная часть аварийной древесины находится в плавающем состоянии, разнесена по достаточно обширной водной поверхности и для ее сбора и транспортировки к местам переработки требуется мобильное оборудование, способное доставлять собранную древесину на значительные расстояния. Другая большая часть древесины находится в затопленном или полузатопленном состоянии в непосредственной близости от берегов, оставленная в результате неполной лесоочистки лож водохранилищ, где возможно использование топлякоподъемных агрегатов, плавающих тракторов, оснащенных гидроманипуляторами и лебедками, чей радиус действия ограничен небольшими расстояниями с возможностью работы как на воде, так и на берегу [2].

Для очистки водохранилищ, имеющих участки затопленного на корню леса, предлагается следующее устройство (рис.) [1], которое состоит из плавучего основания 1, на котором размещены кран-манипулятор 2, лебедка 3 и технические помещения 4. В передней части плавучего основания имеется специальный вырез 5, снабженный по краям наклоненными плоскостями 6, которые имеют волнистую поверхность. Кран-манипулятор оснащен захватом 1 для захвата дерева 8. Нижняя поверхность захвата и верхняя поверхность плиты выполнены волнистыми и установлены с возможностью взаимодействия между собой.

Схема работы устройства заключается в следующем: плавучее основание 1 подводится в зону очистки водохранилища от деревьев 8. Кран-манипулятор 2 своим захватом 1 зажимает дерево и вводит его в вырез 5, при этом плавучее основание перемещается к наводящему дереву. В момент контакта захвата 1 с наклонными плоскостями 6 начинается процесс выдергивания дерева, так как захват по наклонным плоскостям 6 с помощью лебедки 3, соединенной тросом с захватом, поднимается на заданную высоту. В дальнейшем выбранное из грунта дерево 8 краном-манипулятором выводится из выреза и укладывается на стоящую рядом баржу.

Принципиальная схема плавучего устройства

При выдергивании деревьев требуется достаточно большое усилие, в результате чего плавучее основание получает в носовой части дифферент.

Если усилие выдергивания деревьев F невелико по сравнению с водоизмещением плавучего основания, то осадка и метацентрическая высота судна не изменяются. Дифферент плавучего основания х можно в этом случае определяется по формуле

Ф = 57,3 Рх / О N.

где ф - угол дифферента плавучего основания, град;

х - расстояние от центра тяжести плавучего основания до места приложения усилия выдергивания, м; Р - усилие выдергивания дерева, кН;

О - водоизмещение плавучего основания, т;

N - начальная метацентрическая высота, м.

Водоизмещение плавучего основания определяется по формуле [3]

О = 8 1_ В Т у,

где 5 - коэффициент полноты объемного водоизмещения (0,7-0,8);

1_ - длина плавучего основания, м;

В - ширина плавучего основания, м;

Т - осадка плавучего основания, м; у - плотность воды, кг/м3.

Начальная метацентрическая высота в данном случае будет определена по формуле [4]

Н= 1Р -

где Н - метацентрическая высота, м ;

Р - большой метацентрический радиус м;

7с - ордината центра величины, м;

7с1 - ордината центра тяжести, м.

Большой метацентрический радиус определяется в свою очередь по формуле А.П. Фандерфлита

Р = а2 /14 5 * !_2 / Т,

где R - большой метацентрический радиус, м;

а - коэффициент площади грузовой ватерлинии (0,8—0,9).

Если усилие выдергивания дерева F сравнимо с водоизмещением плавучего основания D, то задача определения дифферента судна может быть решена методом последовательных приближений. Дополнительная осадка плавучего основания рассчитывается по формуле

АТ = Fi / ocBLy,

где Fi - усилие выдергивания дерева, кН; у — плотность воды, кг/м3.

Новая метацентрическая высота определяется следующим образом:

H1 = H + F1/

В первом приближении дифферент ф1 будет определен по формуле

Ф1 = 57,3 F 1 х /

При этом необходимо учитывать, что трос, который подтягивает дерево, перемещается по наклонной

плите.

Обозначим буквой S — величину перемещения троса, тогда вертикальное перемещение захвата по отношению к палубе составит

Ah = S sin

где Ah - величина вертикального перемещения захвата по отношению к палубе, м;

S - величина перемещения троса, м;

Р — угол наклона плиты , град.

Дифферент судна в этом случае можно выразить следующей формулой:

Ф = arctg S sin р / хо - S cos р = A h / х.

С другой стороны

Ф1илиф = 57,3 F х / D Н, таким образом 57,3 F х / D Н = arctg S sin р / хо - S cos р, или 57,3 F / D Н

Выводы

1. Проблема воздействия водохранилищ ГЭС на окружающую среду является актуальной. Водохранилища засоряются плавающей и затопленной древесной массой, объемы которой достигают миллионов кубометров.

2. В Братском водохранилище сохранилось достаточно большое количество затопленной на корню древесины, о чем свидетельствуют материалы натурных исследований. В целом по водохранилищу количество такой древесины составляет около 1 млн м3.

3. Усилие выдергивания невелико по сравнению с водоизмещением плавучего основания, что обеспечивает его устойчивость.

4. Разработано устройство для очистки водохранилищ от древостоя, стоящего на корню.

Литература

1. А.с. 1729978. Российская Федерация. Устройство для очистки водохранилища от древостоя /

В.А. Иванов, В.А. Корякин, Н.М. Крылов. Опубл. 3.01.1992.

2. Проблема загрязнения и засорения древесной массой рек и водохранилищ Ангаро-Енисейского региона / В.П. Корпачев [и др.] // Лесоэксплуатация: межвуз. сб. науч. тр. КГТА. - Красноярск, 1995. -

С. 7-17.

3. Щелгунов, Ю.В. Технология и оборудование лесопромышленных предприятий / Ю.В. Щелгунов, Г.М. Кутуков. - М.: Лесн. пром-сть, 2006. - 589 с.

4. Иванов, В.А. Обоснование технологии заготовки и направлений использования древесины, затопленной в ложах водохранилищ: дис. ... канд. техн. наук / В.А. Иванов. - Красноярск, 2001.

'--------♦------------