WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Горяев Александр Сергеевич ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ВОДОХРАНИЛИЩ 05.21.01. – «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Братск – 2009

Работа выполнена на кафедре «Лесоинженерное дело» Братского государственного университета.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Угрюмов Борис Иванович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Патякин Василий Иванович доктор технических наук, профессор Долотов Алексей Митрофанович

Ведущая организация: Сибирский государственный технологический университет

Защита состоится «21» декабря 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.018.03 в Братском государственном университете по адресу: 665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40, БрГУ, аудитория 112.

Просим направлять отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, по адресу 665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40, БрГУ, факс (3953) 33-20-08 ученому секретарю диссертационного совета Чжан С. А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БрГУ.

Автореферат разослан «20» ноября 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Чжан С.А.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гидротехнические сооружения, строительство которых развернулось в конце 40-х - начале 50-х годов XX века в нашей стране на базе широкого использования богатейших водных ресурсов, вызвали кардинальные изменения гидрологических условий водных путей, в корне изменили ландшафтную картину территорий, а также хозяйственную деятельность населения проживающего рядом с этими объектами.

Ко всему прочему, возникли проблемы гидроэнергетического характера.

Предполагалось, что затопленная древесина так и останется на корню до полного разложения на дне водохранилищ. Однако, подмываемая подводными течениями, она начинает всплывать и перемещаться по акватории. Другая часть затопленной древесины непредсказуемо движется в водах водохранилища в направлении входных отверстий турбин ГЭС, перекрывая их. Кроме того, деревья, находящиеся на берегу водохранилищ, подмываются во время паводков, а также в весенний период в результате резкого повышения уровня верхнего бьефа водохранилища, оказываются в воде и в конечном итоге - у тела плотины ГЭС. По результатам исследований, такие явления имеют место на большинстве ГЭС. Так как на сбор такой древесины обычно нет средств, она превращается в топляк, опускается на дно, усугубляя и без того не благоприятную экологическую обстановку.

По разным данным на акваториях водохранилищ ГЭС Ангаро - Енисейского региона находится более 4 млн.м3 плавающей древесной массы, затоплено более 22 млн.м3 древесины, а также сотни тысяч кубометров обсохшей древесины разбросано по берегам. Наличие такого большого объема древесной массы оказывает негативное влияние на экосистемы водных объектов на территории Сибири. Произошло ухудшение общей экологической обстановки в затопленных зонах водохранилищ. Резко ухудшилось качество воды, сократилось количество нерестовых рыб, стало невозможно использовать воду в качестве питьевой.

Очистка берегов водохранилищ от обсохшей древесины с целью ее дальнейшей транспортировки к местам переработки на товарную продукцию является актуальной и своевременной, поскольку это позволит восстановить экологическое равновесие водных бассейнов, где ранее формировалось ложе водохранилища; увеличить объемы древесного сырья без увеличения объемов вырубки леса.

Целью работы является вовлечение в производство дополнительного объема древесного сырья без увеличения объемов вырубки леса и улучшение экологического состояния водохранилищ, путем разработки способов сбора и транспортировки древесины в береговой зоне.

Задачи исследований:

1. Провести анализ и дать классификацию существующих технологий и оборудования для сбора и транспортировки древесины в акватории водохранилищ и в береговой зоне.

2. Разработать принципиально новые конструкции устройств для сбора и транспортировки древесины в береговой зоне, обеспечивающие ее доставку в акваторию или в суда.

3. Разработать математическую модель процесса доставки древесины с береговой зоны с учетом остойчивости плавучего основания устройства для сбора и транспортировки.

4. Определить технические и технологические параметры устройств для сбора и транспортировки древесины с берегов.

5. Определение возможности использования деревьев с размываемой береговой зоны водохранилищ в качестве опор для канатно-блочной системы устройств для сбора и доставки древесины.

6. Разработка технологических мероприятий по сбору и транспортировке древесины в береговой зоне водохранилищ.

Методы исследования. При разработке методики определения технических характеристик устройств для сбора и транспортировки древесины применялись методы математического анализа, математического моделирования с использованием современных средств вычислительной техники.

При выполнении теоретических и экспериментальных исследований применялись методы математической статистики, теории вероятности и теории планирования эксперимента.

Научная новизна работы.

- Разработана математическая модель процесса доставки древесины с береговой зоны водохранилищ с учетом остойчивости плавучего основания устройства для сбора и транспортировки.

- Теоретически выведены математические зависимости для определения технических и технологических параметров устройств для сбора и транспортировки древесины с берегов.

- Получены математические зависимости, описывающие процесс воздействия усилий от канатной установки на деревья сосны береговой зоны, и уравнения регрессии в различных почвенно-грунтовых условиях, на основании которых можно сделать вывод о возможности использования деревьев в качестве опор канатно-блочной системы.

Практическая значимость. Разработаны технологические схемы для доставки обсохшей древесины с берегов в акваторию или на плавучее основание на базе новых устройств для сбора и транспортировки. Новизна уст ройств подтверждена патентами РФ на полезную модель №83737, №83759, №83767.

Результаты исследований и методика определения технических характеристик названных устройств могут быть использованы при конструкторской разработке новой техники, а также при унификации и модификации существующей. Представленные научные знания могут быть использованы в учебном процессе средне - профессиональной, высшей школы при подготовке по направлениям лесопромышленного профиля.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методика расчета максимального веса транспортируемого груза из условий прочности тягового органа и непревышения допускаемого значения дифферента устройств для сбора и транспортировки древесины.

2. Математическая модель процесса работы устройства для сбора и транспортировки древесины в береговой зоне водохранилищ.

3. Математические зависимости для определения технических и технологических характеристик устройств для сбора и транспортировки древесины в береговой зоне.

4. Математические зависимости, описывающие процесс воздействия усилий от канатной установки устройства на деревья сосны береговой зоны в различных почвенно-грунтовых условиях.

5. Технологические схемы сбора и транспортировки древесины с берегов водохранилищ с помощью новых устройств.

Обоснованность и достоверность результатов.

Подтверждается аргументированностью принятых допущений и использованием современных методов фундаментальной науки при теоретических исследованиях, сходимостью результатов экспериментальных исследований с расчетными.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались о обсуждались на международных конференциях: «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2009), межрегиональной научно-технической конференции «Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири» (Братск 2009), научно-технической конференции студентов и магистрантов «Молодая мысль – развитию лесного комплекса» (Братск 2006). Материалы исследований экспонировались на международных выставках – ярмарках «Сиблесопользование 2007-2009». В 2009 году в составе общей экспозиции результаты работы отмечены золотой медалью выставки.

Работа выполнена в разрезе единого заказ – наряда федерального агентства по образованию РФ «Рациональная переработка и воспроизводство лесных ресурсов на основе природоохранных мероприятий и моделиро вание процессов лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств с целью минимизации количества отходов»(2008-2009гг.).

Публикации: по результатам диссертационного исследования опубликовано 6 печатных работ, из них 1 в издании рекомендованном ВАК, получены 3 Патента РФ на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций и приложений, общим объемом 134 страниц машинописного текста, содержит 66 иллюстраций, 11 таблиц и список литературы, включающий 112 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи, научная новизна, практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены причины образования скоплений затонувшей, полузатопленной и обсохшей древесины в водных объектах и береговых зонах.

Приведен анализ полученных исследований, посвященных проблеме засорения акватории водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского региона (АЕР) затопленной, плавающей, а также разбросанной по берегам обсохшей древесины.

Вопросами влияния аварийной древесины на водную среду, ее физикомеханическими, прочностными свойствами, количественной и качественной оценкой, разработкой техники и технологий для ее освоения занимались целый ряд ученых: Патякин В.И., Минаев А.Н., Овчинников Г.И., Корпачев В.П., Карпачёв С.П., Митрофанов А.А., Камусин А.А., Чебых Н.М., Губин В.В., Угрюмов Б.И., Новоселов А.В., Иванов В.А., Жук А.Ю.

Выявлено, что недостатками существующих конструкций топлякоподъемных агрегатов и грузоподъемных установок является узкий круг выполняемых функций, невозможность выполнять одним агрегатом нескольких операций, таких как сбор и транспортировка, сортировка и сплотка, а вследствие этого большая металлоемкость, сложность, а иногда и невозможность сбора древесины в труднодоступных местах. В частности выявлена проблема сбора обсохшей древесины в береговой зоне водохранилищ, появляющейся в результате многолетних и сезонных колебаний уровней воды, ветроволновых и ледовых явлений, а также обрушения деревьев с размываемых берегов.

Во второй главе приведены теоретические исследования принципа действия разработанных устройств для сбора и транспортировки древесины.

Рассмотрена канатная трелевка лесоматериалов как способ решения проблемы сбора и транспортировки древесины в обсохшем состоянии с береговой зоны водохранилищ.

Разработаны устройства [патенты РФ на полезную модель № 83737, №83759, №83767] для сбора и транспортировки древесины непосредственно в акваторию озер и водохранилищ, позволяющие решить данную проблему.

Для обеспечения работы устройства для сбора и доставки древесины, оно должны быть закреплено относительно береговой зоны в некоторой точке с помощью якоря. При этом плавучее основание будет наклоняться в продольной оси относительно точки закрепления. Необходимо разработать теоретические принципы работоспособности данного устройства.

При воздействии на плавучее основание устройства момента М, вызванного внешней нагрузкой, основание наклонится относительно точки закрепления на некоторый угол (рис.1).

Воздействие внешнего момента М будет определяться только силой выталкивания Р1 от клиновидного объема увеличения подводной части вследствие дифферента на угол.

Рис. 1 - Схема основания устройства под действием момента Выталкивающая сила Р1 будет приложена в центре тяжести призмы ВСЕВ'С'Е', который находится на расстоянии 1/3 высоты от основания прямоугольного треугольника.

При расчете данной схемы угол наклона выражается по формуле:

3M, (1) l3 b g где l - длина понтона, м; b – ширина понтона, м; – плотность воды, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Для обеспечения остойчивости плавучего основания во время сбора и транспортировки груза должно выполняться условие:

[], (2) где [] – допускаемое значение угла наклона.

Допускаемое значение [] предлагается находить по формуле:

h d, (3) l где h – высота борта, м;

d – осадка понтона в нагруженном состоянии, м.

Выражения (1) и (3) являются полученными формулами для определения угла наклонения при воздействии на разработанное устройство внешнего момента и допускаемого значения угла наклонения соответственно.

Далее разработан алгоритм расчета максимального веса груза.

При транспортировке груза его вес P через натяжение каната будет передаваться на опоры канатной установки, вследствие чего в них будет возникать изгибающий момент. Трелевочная мачта устройства расположена на плавучем основании, поэтому при воздействии момента понтон будет наклоняться на некоторый угол.

При определении максимального веса груза, транспортируемого канатной установкой, необходимо разработать порядок действий, в котором будут вестись все последующие расчеты.

1 - плавучее основание; 2 – лебедка; 3 - возвратный канат; 4 - рабочий трелевочный канат; 5 - трелевочная мачт; 6 – растяжки; 7,8 - направляющие блоки; 9 – акватория водохранилища; 10 - береговая зона; 11 - прицепное устройство; 12 – собранная древесина; 13 - угловые направляющие блоки; 14 – вспомогательная мачта.

Рис. 2 - Общая схема работы устройства Максимальное натяжение каната Тmax ограничивается по тяговому усилию лебедки и допускаемому натяжению каната, зависящему от разрывного усилия.

Сравниваются максимальное тяговое усилие и допустимое натяжение каната, и в дальнейшие расчеты в качестве Тmax принимается меньшее из значений.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.