Совершенствование выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

методом значения удельного сопротивления качению будут справедливы для участков лесовозной автомобильной дороги Сыктывкар - Троицко-Печорск, а в частности, соответствующие им показатели ровности покрытия лесной автомобильной дороги; так же были определены оптимальные скоростные режимы движения лесовозных автопоездов, позволяющие минимизировать расход топлива.

Библиографический список

1. Смирнов, Г.А. Теория движения колесных машин: учебник для студентов автомобильных специаль-

ностей вузов / Г.А. Смирнов. - М.: Машиностроение, 1990 (1981). - 271 с.

2. Фаробин, Я.Е. Теория движения специализированного подвижного состава / Я.Е. Фаробин, В.А. Овчаров, В.А. Кравцева. - Воронеж: ВГЛТА, 1981. - 160 с.

3. Фаробин, Я.Е. Трехзвенные автомобильные поезда / Я.Е. Фаробин, Ю.А. Самойленко. - М.: НИИ-Навтопром, 1983. - 47 с.

4. Чудаков, Е.А. Боковая устойчивость автомобиля при торможении / Е.А. Чудаков. - М.: АН СССР, 1962. - 184 с.

5. Чудаков, А.Е. Избранные труды. т.1. / А.Е. Чудаков //Теория автомобиля. - М.: АН СССР, 1961. -463 с.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВЫГРУЗКИ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ

ЕДИНИЦ с воды на рейдах приплава

П.Ф. ВОЙТКО, проф., декан лесопромышленного факультетаМарГТУ, д-р техн. наук,

И.Г ГАЙСИН, асп. каф. технологии и оборудовании лесоперерабатывающих производств МарГТУ

В связи с ликвидацией молевого лесосплава как одного из видов первичного транспорта леса практически исключена из эксплуатации значительная часть лесных массивов, тяготеющих к внутренним водным путям. По данным Лесинвеста [4], к внутренним водным путям России тяготеет около 14 млрд м3 лесосырьевых ресурсов, что позволяет вести неистощительное лесопользование и доставлять лесопотребителям водным транспортом до 140 млн м3 древесины ежегодно.

В Архангельской области и Республике Карелия разработан альтернативный способ молевого лесосплава - водные поставки круглых лесоматериалов потребителям в плоских сплоточных единицах [10]. В верховьях малых и средних рек на приречных складах формируют речные плоты из однорядных или двухрядных сплоточных единиц, которые буксируют лесосплавными судами на рейды приплава лесоперерабатывающих предприятий. На путях сплава, где при переходе на реку с большими глубинами производится укрупнение сплоточных единиц. Из однорядных сплачиваются двухрядные, из двухрядных — четырехрядные и выполняются другие сочетания.

gaisin.ilschat@yandex.ru; lpf@marstu.net

На рейдах приплава лесопромышленных предприятий для выгрузки лесных грузов с воды используются краны, конвейеры, бремсберги, транспортные агрегаты и лебедки отечественного производства, а также ряда иностранных фирм. К числу наиболее распространенных перегрузочных машин относятся портальные, плавучие, мостовые, башенные и кабельные краны. Однако существующий парк грузоподъемных машин малопроизводителен на выгрузке плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава. Для этого необходимо в выгрузочном дворике распускать многорядные плоские сплоточные единицы в однорядную щеть и формировать пачки круглых лесоматериалов для последующей выгрузки лесных грузов с воды. Противоречие заключается в том, что для выполнения лесоперевалочных процессов на предприятиях с рейдами приплава применяют более 220 типов различных машин, механизмов и вспомогательного оборудования, которые не эффективны для выгрузки плоских сплоточных единиц с воды. С учетом роли и значения водного транспорта леса для доставки лесоматериалов потребителям проблема совершенствования лесоперевалочных процессов

28

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на предприятиях с рейдами приплава является весьма актуальной.

Для совершенствования процесса выгрузки плоских сплоточных единиц с воды на рейдах приплава разработана новая технология выгрузки плоских сплоточных единиц (рис. 1) и эффективное грузозахватное устройство (рис. 3, 4).

Предлагаемое грузозахватное устройство (рис. 2) к различным грузоподъемным машинам состоит из грузозахватной рамы 1, до-

полнительно оборудованной консолями 2, на которых жестко закреплены грузозахватные крюки 3, размещенные снизу конструкции с установленными на них грузозахватными стропами с чокерными захватами и смонтированными на раме 1 на расстоянии, равном длине конструкции плоских сплоточных единиц.

Отличительной особенностью предлагаемого грузозахватного устройства является возможность грузозахватной рамой выгружать с воды плоские сплоточные единицы различных конструкций (одно-, двух-, трех-,

Рис. 1. Схема выгрузки ПСЕ башенным краном КБ-572 с воды на рейде приплава:1 - подкрановый путь; 2 - башенный кран; 3 - грузозахватное устройство; 4 - плоская сплоточная единица; 5 - выгрузочный дворик

Рис. 2. Конструкция грузозахватного устройства: 1 - жесткая грузозахватная рама; 2 - консоли грузовых балок; 3 - грузозахватные крюки; 4 - грузозахватные стропы; 5 - канатные тяги; 6 - навесное грузозахватное звено

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

29

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

четырехрядные; переменной длины от 4 до

6,5 м и весом от 60 до 240 кН) послойно, или укрупнять до номинальной грузоподъемности выгрузочных механизмов лесные грузы, укладывая их друг на друга в выгрузочном дворике. Способ выгрузки лесных грузов с воды зависит от конструкции и размеров плоских сплоточных единиц (плиток) и грузоподъемности крана на рейде приплава.

Если грузоподъемность крана соответствует весу однорядной плитки, то выгрузку ее из воды производят в один прием рекомендуемым грузозахватным устройством (рис. 3). Однорядную плитку выгружают с воды башенным краном в один прием. Два грузчика заводят плитку баграми в понтонный выгрузочный дворик, где с нее снимают сплавной такелаж. Затем крановщик опускает механизмом подъема крана грузозахватное устройство по центру плоской сплоточной единицы и два грузчика устанавливают на консолях рамы четыре грузовых крюка на расстоянии расположения двух верхних обвязок и захватывают 4 стропами с чокерными захватами оплотные бревна плитки. Краном плитку поднимают с воды и перегружают на берег (лесовозный автотранспорт, приемную эстакаду, штабель лесоматериалов).

Многорядные плитки выгружают из воды грузоподъемным краном послойно.

Рис. 3. Грузозахватное устройство для однорядной ПСЕ: 1 - жесткая грузозахватная рама; 2 - консоли грузовых балок; 3 -грузозахватные крюки; 4 - грузозахватные стропы; 6 - плоская сплоточная единица; 7 - крановый крюк; 8 - оплот-ное бревно; 9 - верхние обвязки; 10 - цепные стяжки; 11 - оплотное бревно

Двухрядную плитку выгружают с воды краном в два приема. Два грузчика заводят плитку баграми в выгрузочный дворик, где с нее снимают верхние обвязки, вертикальную связь, цепные стяжки, перекатывают боковые оплот-ные бревна и два крайних бревна в центр верхнего ряда плитки. Крановщик опускает грузозахватное устройство по центру плавающего лесного груза, два грузчика на консолях рамы устанавливают четыре грузовых крюка на расстоянии длины верхнего ряда бревен и захватывают стропами с чокерными захватами два бревна с нижнего ряда. Краном верхний ряд бревен плитки перегружают на берег, а затем выгружают нижний ряд бревен с воды по технологии, описанной выше (рис. 4).

Трехрядные и четырехрядные плитки выгружают краном с воды на берег аналогично двухрядным плиткам. Если грузоподъемность крана превышает вес однорядной плитки, то их предварительно укрупняют в выгрузочном дворике до номинальной грузоподъемности крана, а затем выгружают из воды в один прием.

Грузозахватная траверса (рис. 2) рассчитывается по методу допускаемых напряжений [8]. При этом конструкция (рис. 2) рассматривается в рабочем состоянии под действием нормативных нагрузок (рис. 5), а

Рис. 4. Грузозахватное устройство для двухрядной ПСЕ: 1 - жесткая грузозахватная рама; 2 - консоли грузовых балок; 3 - грузозахватные крюки; 4 - грузозахватные стропы; 5 - чокерные крюки; 6 - плоская сплоточная единица; 7 - крановый крюк; 8 - оплотное бревно; 10 - цепные стяжки; 11 - оплотное бревно; 12 - два крайних бревна; 13 - два бревна нижнего ряда

30

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

Рис. 5. Общая расчетная схема грузозахватной траверсы

Рис. 6. Расчетная схема грузозахватной рамы

полученные напряжения сравниваются с допускаемыми: у< [у] [8].

Для расчета рекомендуемого грузозахватного устройства (рис. 5) необходимо решить следующую задачу: рассчитать балку грузозахватного устройства, работающего на изгиб и сжатие, при подъеме плоских сплоточных единиц различных конструкций (одно-, двух-, трех- и четырехрядные) весом до 10 т. Длина консоли L = 1м. Для расчета балки необходимо разделить данное устройство на две части по линии N-N (рис. 5). Возьмем нижнюю часть устройства, в результате расчетная схема будет выглядеть следующим образом (рис. 6).

Решение задачи.

Наибольший изгибающий момент возникает в середине пролета грузовой балки

M = FL=25 0 00-1=25-103 Н-м,

где F = P/4 - нагрузка, действующая на конец балки, Н;

P - общая нагрузка на траверсу, Н;

L - длина консоли, м.

Нагрузка F, действующая на конец балки равна

F = P/4 = 2,5 т,

где P - общая нагрузка на траверсу, Н.

Сжимающая сила

N = F V2/2.

Условие прочности по нормальным напряжениям в этом сечении (для крайних точек сечения) будет

Y = N/A + M/W < [у],

где N - сжимающая сила, Н;

A - площадь поперечного сечения грузозахватного устройства, м2;

M - изгибающий момент, Н-м;

W - момент сопротивления поперечного сечения балки, см3.

Выбираем материал грузовой балки для конструкции грузозахватного устройства из стали Ст3, у которой [у] = 150 МПа. Тогда требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки

Wz = MJ[y\ = 25 • 103/150 =

= 0,1667-10-3 м3 = 166,7 см3.

Принимаем сквозного сечения конструкцию грузовой балки траверсы, состоящую из двух швеллеров, сваренных между собой (рис. 6). Из таблицы сортамента [8] подбираем швеллер № 16, у которого Wz = 93,4 см3.

Находим момент сопротивления сечения балки рамы в целом

Рис. 7. Схема для определения изгибающего момента

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

31

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

Wo =2Wz = 2-93,4 = 186,8 см3,

что удовлетворяет условию (WQ > Wz) 186,8 см3 > 166,7 см3.

Следовательно, условие прочности грузовой балки (4) выполняется

У_ = (25 • 103 V2)/(2 • 3,62 • 103) +

+ (25 • 103)/(0,1667 • 103) = 154,85 МПа > [у].

Данное сечение балки дает перенапряжение на 3,2 %, что соответствует требуемому диапазону ±5 %. Поэтому останавливаемся на швеллере № 16 для изготовления конструкции грузовой балки.

Натяжение в канатной тяге, соединяющей грузозахватную раму с навесным грузозахватным звеном крана, при угле наклона тяги к вертикали а = 45° [8] равно N =

где P - общая нагрузка на траверсу, Н; g - ускорение свободного падения, м/с; а - угол наклона тяги к вертикали, град.

Разрывное усилие в канате с учетом коэффициента запаса, равного z = 6

S = N-zp = 38152-6 = 228912 Н.

По найденному разрывному усилию (8) подбираем по ГОСТ 3069-80 [6] стальной канат типа ЛК-0 конструкции 6Ч7(1+6)+1, диаметром d = 21 мм.

Выбор навесного грузозахватного звена проводится по руководящему документу Госгортехнадзора России (РД 10-33-93 (с изм

- РД 10-231-98)). Настоящий РД [11] распространяется на стропы из стальных канатов и цепные стропы, используемые для подвески грузов к крюкам грузоподъемных машин, предназначенные для применения на промышленных предприятиях, а также на транспортных и складских объектах.

Данное звено было выбрано в связи с легкостью его изготовления и выбора по грузоподъемности крана. По РД 10-33-93 (с изм

- РД 10-231-98) выбираем звено Т-10,0 [11].

Выбор грузозахватного крюка по заданной грузоподъемности не требует расчета на прочность и выбирается по ГОСТ 662774 [7]. Грузоподъемность одного крюка составляет 2,5 т. По данной грузоподъемности подбираем крюк № 11 для режима работы механизма подъема 5М-6М (ГОСТ 25835-83).

Общее количество требуемых крюков составило 20 штук.

Разработанная технология и новое грузозахватное устройство для выгрузки плоских сплоточных единиц с воды краном позволит интенсифицировать лесоперевалочный процесс на рейдах приплава; сократить время на перенастройку работы грузоподъемного механизма на сплоточные единицы различных размеров по длине; улучшить экологическое состояние речных водоемов, исключив расформирование лесных грузов на воде в однорядную щеть бревен.

Потенциальными потребителями продукта могут быть предприятия лесопромышленного комплекса Архангельской области и Республики Карелия, получающие древесину в плотах из плоских сплоточных единиц речным лесовозным транспортом.

Библиографический список

1. Пат. № 2166467 РФ, МКИ B 63 B35/62. Плоская сплоточная единица / А.А. Митрофанов. - Опуб. 10.05.01., Бюл. № 13 - 4 с.

2. Пат. № 2187442 РФ, МКИ B 63 B35/62. Плоская сплоточная единица / А.А. Митрофанов, В.В. Воробьев и др. - Опуб. 20.08.02, Бюл. № 23 - 5 с.

3. Камусин, А.А. Водный транспорт леса: учебник для вузов / А.А. Камусин, Ю.Я. Дмитриев, А.Н. Минаев и др.; под ред. В.И. Патякина, 2-е изд. стереотип. М.: МГУЛ, 2002. 432 с.

4. Войтко, П.Ф. Транспорт леса. Совершенствование лесоперевалочных процессов на рейдах приплава: учебное пособие / П.Ф. Войтко. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 304 с.

5. ГОСТ 25835-83 Краны грузоподъемные. Классификация механизмов по режимам работы. Введ. 01 .01 .85. - М.: Изд-во стандартов, 1983. 9 с.

6. ГОСТ 3069-80. Канат стальной. Сортамент. Введ. 01.01.82. - М.: Изд-во стандартов, 1980. 5 с.

7. ГОСТ 6627-74 Крюки однорогие. Заготовки. Типы. Конструкция и размеры. Введ. 01 .01 .76. М.: Изд-во стандартов, 1974. 7 с.

8. Грузозахватные приспособления и тара: Учебное пособие / М.Н. Хальфин [и др.]; под общей ред. М.Н. Хальфина. - Ростов н/Д.: Феникс, 2006. - 144 с.

9. Гайсин, И. Г. Разработка операционной технологии выгрузки плоских сплоточных единиц из воды на рейдах приплава: Сб. матер. Междунар. молодеж. науч. конф. «Науч.-прогрессу - творчество молодых» в 3 ч. - ч.3. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010 С. 94-96.

10. Митрофанов, А. А. Лесосплав. Новые технологии, научное и техническое обеспечение: монография. - Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2007. - 492 с.

32

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013