РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАСЧЕТА МАКСИМАЛЬНОГО ВЕСА ТРАНСПОРТИРУЕМОГО ГРУЗА

 

Горяев А.С. (БрГУ, г. Братск, РФ)

 

We examine the conditions of efficiency of the cleaner coastal lakes and reservoirs of wood in the dried state. An algorithm calculates the maximum weight of cargo, which device is capable of transporting.

 

Рассматривается устройство (рис.1) для очистки береговой зоны озер и водохранилищ от древесины в обсохшем состоянии, а также для доставки свежесрубленной древесины с береговой зоны в акваторию [1,2].

Принцип действия  заключается в сборе древесины в береговой зоне с помощью устройства, выполненного  в виде понтона, на палубе которого располагается лебедка, мачта канатной установки, канатно-блочная система, соединяющая плавучее основание с берегом. Собранная древесина доставляется непосредственно в акваторию, где она собирается топлякоподъемным агрегатом и формируется в пучки сплоточным устройством, либо укладывается на понтон. Технический результат направлен на количественную и качественную очистку береговой зоны озер и водохранилищ в местах, где затруднительно применение другой техники, снижение количества машин, участвующих при сборе аварийной древесины, а также увеличение производительности сбора древесины.

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. 

Рисунок 1 - Общая схема работы устройства

 

При транспортировке груза его вес 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.

Работоспособность данного устройства будет ограничена условием непревышения угла наклона понтона максимально допустимого значения. Следовательно, необходимо определить максимальный вес груза, который устройство способно транспортировать [3]. 

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

Максимальное натяжение каната ограничивается допустимым натяжением каната или максимальным тяговым усилием лебедки.

Канат, согласно действующим правилам Гостехнадзора, вы­бирается по  максимальному натяже­нию Т_{тах каната}.

Т_{тах каната}≤Т_разр : [n],                                              (1)

где Т_разр - разрушающая нагрузка для целого каната, определяемая на основании действующих стандартов на стальные канаты; [n] -    нормативный коэффициент запаса прочности на растяже­ние, величину которого для временных подвесных лесотранспортных установок  можно принимать равной 1,75-2,0.

По техническому паспорту лебедки устанавливается максимальное тяговое усилие Т_{тах лебедки}.

Сравнивается максимальное тяговое усилие и максимальное натяжение каната, и в дальнейшие расчеты принимается меньшее из значений.

В случае если тяговое усилие лебедки больше максимального натяжения каната, необходимо предусмотреть встраиваемую в лебедку муфту предельного момента или систему автоматики, срабатывающую при превышении максимального натяжения.

Для определения по заданному наибольшему натяжению каната Т_max потребного начального монтажного натяжения каната Т₀ можно воспользоваться существующим уравнением:

                   (2)

где Т₀ – начальное монтажное натяжение каната, кН; Т_мах – максимальное натяжение каната, кН; Е – модуль упругости каната, кПа; F – площадь сечения каната, м²; Р – вес груза, кН; q – интенсивность нагрузки от 1 м каната, кН/м; α – средневзвешенный угол наклона хорды пролета, рад; l_i – длина i-го пролета между опорами, м; l_x– длина загруженного пролета после деформации, м.

Решая уравнение (2) находим начальное монтажное натяжение каната как функцию от груза Т₀=f(P).

Известно уравнение общего состояния каната для многопролетной схемы его навески (3), связывающее начальное монтажное натяжение Т₀ и конечное натяжение Т_мах при произвольном положении груза Р в одном из пролетов длиной l_x.

             (3)

где а_х – расстояние от головной мачты до груза, м; b_x – расстояние от тыловой мачты до груза, м.  

Подставляя в уравнение (3) все известные величины а также Т₀=f(P), решаем это уравнение относительно веса груза Р_max.

Для дальнейших расчетов принимаем, что реакция в опоре  R= Р_max, т.к. реакцию (рис. 2)  можно определить по формуле:

.                                    (4)

Тогда момент, приложенный к опоре, будет равен:     

  М_опоры= Р_max· с .                                        (5)

а –  расстояние от головной мачты до груза, м; b – расстояние от тыловой мачты до груза, м; с – расстояние от опоры до точки закрепления (плечо момента), м.

Рисунок 2 - Схема распределения нагрузок при транспортировке

 

Приравнивая  М_опоры к моменту дифферента М определяется  угол наклона φ:

.                                      (6)

По выведенной формуле (6) определяется угол наклонения плавучего основания устройства при транспортировке древесины.

Далее полученный угол наклона φ сравнивается с допускаемым  значением  [φ]. После этого делается вывод о работоспособности устройства при заданных параметрах.

Графически представить алгоритм расчета максимального веса транспортируемого груза можно в виде блок – схемы (рис.3).

Рисунок 3 - Блок – схема алгоритма расчета

 

Литература

1. Пат. 2394421 Российская федерация, МПК⁷ А 01 G 23/00, В 65 G 69/20. Способ доставки обсохшей аварийной древесины в акваторию озер и водохранилищ и устройство для его осуществления  [Текст] / Горяев А.С., Жук А.Ю.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Братский государственный университет. - № 2009104281/12; заявл. 09.02.2009; опубл. 20.07.2010, Бюл. №20. – 1с.

2. Пат. 83737 Российская федерация, МПК⁷ В 60 Р 1/00. Устройство для сбора и доставки обсохшей аварийной древесины [Текст] / Горяев А.С., Жук А.Ю., Угрюмов Б.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Братский государственный университет. - № 2009107548/22; заявл. 02.03.2009; опубл. 20.06.2009, Бюл. №17. – 1с.

3. Горяев, А.С. Обоснование способа сбора и транспортировки древесины в береговой зоне водохранилищ [Текст] / А.С. Горяев // дис. к.т.н. - Братск, 2009. – 134 с.