Инновационный метод доставки щепы
С.
П. КарпачевБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Карпачев
С.
П.,
Евстратова
К.
А. Инновационный метод доставки щепы // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
1686–1690. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54601.htm.
Аннотация. В статье приводятся сведения о новой двухъярусной транспортной единице для сплава круглых лесоматериалов и щепы в мягких контейнерах.
Текст статьи
Карпачев Сергей Петрович,доктор технических наук, профессор кафедры транспорта лесаФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», г. Мытищиkarpachev@mgul.ac.ru
Евстратова Ксения Александровна, студентФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», г. Мытищиevstratova_xenija@mail.ru
Инновационный метод доставки щепы
Аннотация:В статье приводятся сведения о новой двухъярусной транспортной единицы для сплава круглых лесоматериалов и щепы в мягких контейнерах.Ключевые слова:Лесосечные отходы, щепа, мягкие контейнеры, транспортная единица.
Российская Федерация является мировой державой с самыми обширными лесными массивами –примерно пятая часть площадилесоввсего мирапринадлежит России, при этом общая территория лесного фонда на настоящей момент составляет 1183,5 млн га. [1314]На сегодняшний день согласно данным Федеральной службы государственной статистики, общий запасдревесины Российской Федерации составляет 83,0млрд. м3, аобъемрасчетной лесосекипо состоянию на 1 января 2012 года равен 667млн. м3.По итогам 2011 года объем заготовки составил 197 млн. м3, что составляет примерно четвертую часть расчетной лесосеки. [13, 15]Однаиз причин неполного освоения имеющихся древесных ресурсов является отсутствие дорог.Россия располагает огромными запасами биомассы лесов,которыеусловно можно разделить на группы:
биомасса лесопромышленного комплекса страны (заготовка деловой древесины и дров);
биомасса деревообрабатывающего комплекса (опил, коройи др.)
биомасса неделовой древесиной.В настоящей статье остановимсяна образование биомассы входе освоения лесосеки. В настоящее времяпредприятия лесозаготовительного комплекса России отдают предпочтение хлыстовому и сортиментномуметоду заготовки леса. И в том, и другом случае образуются древесные отходы, объем которых составляет примерно 40% от заготовленного леса.Все скоплениядревесных отходов на лесосеке отличаются по форме и составу, они могут состоять из отдельных деревьев, бревен или их частей, что создает дополнительные трудности при комплексном использовании древесных отходов.В результате получается, что в России на сегодняшний день практически отсутствуют дороги и имеются большиескоплениялесосечных отходов на местах вырубки. Одним из методоврешения возникшейпроблемыявляется измельчениеотходовв щепу, которая может быть использована как сырье для производства, например,биотоплива. В некоторых регионах РФ разработаны программы, связанные с использованием древесного топлива (Архангельск, Вологда, Великий Новгород). Основные проекты:
Крупнейшее в Европе производство древесных топливных гранул в Ленинградской области в пос. Советский –ОАО«Выборгская Целлюлоза» мощностью 1 млн. тонн древесных пеллет в год. –Запуск второго крупного пеллетного производства в Красноярском крае –Новоенисейский ЛХК мощностью 40 тысяч тонн гранул в год. Красноярский край становится лидером в области производства топливных гранул в России. В 2010 году завод «Енисей» экспортировал 120 тысяч тонн гранул в год.
«Лесозавод 25» в Архангельской области с производством 100 тыс. т в год.
Завод «Талион Терра», принадлежащий ООО «СТОД», мощностью 80тыс.т в год в Тверской области, г.Торжок.
В начале 2011года открылся минипеллетный завод в Архангельской области, г.Няндом.
Перевод котельных на биотопливово многих областях страны.
Шведская компания «Swedwood» планирует в ближайшеевремя наладить выпуск 75000 тонн древесных гранул в год в Ленинградской области, г.Тихвин.
В Псковской области планируется реализовать одновременно два инвестиционных проекта производства биотоплива, уже получивших одобрение в местной администрации, налоговые льготы и другую поддержку. Это комплексное производство лиственных пиломатериалов, целлюлозной и топливной щепы в Дедовичах и организация производства древесных топливных гранул в Плюссе. [10]С целью снижения затрат на транспортировку измельченной древесной массы, в настоящей статье предлагаетсядоставлять древесное сырье водным транспортом, это наиболее экономичный и наименее энергоемкий вид транспорта. Потребление энергии при лесосплаве на сопоставимый объем работ в четыре раза меньше, чем при железнодорожном транспорте, и в 17 раз меньше, чем при автомобильном транспорте.Для осуществления лесосплава в плотах не требуется дорогостоящее сооружение –подвижной состав. На лесосплаве применяют буксирные судна, многооборотный такелаж с длительным сроком эксплуатации и непосредственно энергия рек.[16]Вопросами доставки измельченного древесного сырья по водным путям с удаленных труднодоступных лесозаготовительных предприятий активно занимается кафедра транспорта леса МГУЛ с 80 годов прошлого века. Были разработаны как конструкции мягких герметичных и водопроницаемых контейнеров, так и транспортнотехнологические схемы их использования для доставки щепы с береговых складов. [19]В настоящей статье предлагается инновационный метод доставки щепы в двухъярусном плоту, верхний ярус, которого выполнен из отдельных единиц в виде контейнеров, содержащих измельченные древесные материалы и установленных в замкнутой оболочке, снабженной грузовым захватным элементом (рис. 1). Предлагаетсяпри транспортировке измельченной древесины использовать мягкие контейнеры, которые в настоящее время нашли широкое применение в промышленности при доставке сыпучих материалов. К тому же мягкие контейнеры обладают рядом ценных качеств:
высокая прочность материала оболочки контейнера и малый вес порожнего контейнера;
дешевизна материалов оболочки контейнеров;
снижение затрат на погрузочноразгрузочных операциях.Данная конструкция плота позволяет расширить эксплуатационные возможности обычных плотов из круглых лесоматериалов, путем обеспечения возможности транспортирования измельченной древесины (щепы) в контейнерах верхнего яруса, что позволяет доставлять потребителям не только круглые лесоматериалы, но практически всю древесную биомассу, в том числе, измельченные древесные отходы. Предлагаемая грузовая транспортная единица содержит сплоточные единицы, например, пучки из круглых лесоматериалов нижнего яруса 1, скрепленные между собой поперечными связями 2 и продольными связями 3, и верхний ярус 4, выполненный из сплоточных единиц, например, в виде мягких контейнеров, установленных в замкнутую сетчатую оболочку 5, которая имеет грузовой захватный элемент 6.Формирование грузовой транспортной единицы осуществляется следующим образом: на сплоточные единицы нижнего яруса 1 накладывают поперечные 2 и продольные 3 связи. Затем на нижний ярус размещают замкнутую сетчатую оболочку 5, на которую укладывают верхний ярус сплоточных единиц в виде мягких контейнеров 4, содержащих измельченные древесные материалы (щепу). После создания верхнего яруса, замкнутую сетчатую оболочку 5 скрепляют грузовым захватным элементом 6, который используется при разгрузке. Таким образом, на береговом складе при формировании грузовой транспортной единицы можетиспользоватьсяимеющаяся системамашин, что сокращает затраты на приобретение нового оборудования.
Предложенное решение обеспечивает возможность транспорта измельченных древесных материалов в мягких контейнерах на обычных плотах, что позволяет доставлять потребителям лесоматериалы в круглом и в измельченном виде.
Рис. 1. Грузовая транспортная единицаа
вид сбоку; б–вид сверху; в–общий вид в разрезе
Для проведения теоретическойпроверки предложенного метода доставки измельченной древесины предлагаетсяследующаяметодикарасчета основных параметров грузовой транспортной единицы.[1112]1.Определяем осадку пучка плота идополнительную осадку пучка плотаИспользуя формулу, для определения объема пучка Vпс учетом коэффициента формы С, определяем высоту пучка Нп:�п=గ4∙ܥ0∙ܪп2∙ܮ∙� ܪп=√4∙�пగ∙0∙�∙ఘ где Vп–объем пучка, м3;С0–коэффициент формы пучка или качества пучка; Нп –высота пучка, м;ܮ
длина бревна в пучке, м;�
коэффициент полнодревесности пучка.
Высота пучка также зависит от осадки секции плота, которая выражается следующим образом:
ܪп=��др∙�∙ߛв где Т–осадка секции плота, м;ߛдр
плотность древесины, Н/м3; ߛдр=850Н/м3
ߛв–плотность воды, Н/м3; ߛв=1000Н/м3
ߝ
коэффициент, учитывающий непропорциональность осадки пучков; зависит от плотности древесины и принимается равным 0,935.Находясь в воде, пучок плота должна обладать плавучестью, то есть способностью плавать в воде с установленной осадкой и расчетной весовой нагрузкой.На пучок плота, находящейся в спокойной воде в покое, действую две силы: сила веса секции плота и сила гидростатического давления воды, действующая на погруженную часть секции плота.Сила веса плота Gприложена в центре тяжести и направлена вниз (рис. 2). Сила гидростатического давления Р направлена вверх и проложена в центр тяжести объема погруженной части секции плота, который называется центром величины С.
Рис. 2. Силы, действующие на пучок плота без груза
Условие равновесие плавающей секции плота записывается в виде �=ܩ Согласно закону Архимеда сила поддержания Рравна �=�∙�∙� где �
плотность воды, кг/м3;�
ускорение свободного падения, м/с2;�
объемное водоизмещение –объем воды, вытесненной плавающим судном, м3.Объемное водоизмещение плота прямоугольных очертаний длиной L, шириной Ви осадкой без груза Тс учетом коэффициента полноты объемного водоизмещения определяется по формуле�=ܮ∙ܤ∙ܶ∙ߜгде L–длина секции плота, м;В –ширина секции плота, м;Т –осадка секции плота без груза, м;ߜ
коэффициент полноты объемного водоизмещения, принимаемый для секции плота 1,00.
Дополнительная осадка судна после приема груза ∆ܶс учетом формул, составит∆ܶ=�гр�∙�∙ܵгде �гр
вес груза, Н;ܵ
площадь действующей ватерлинии, м2.2.Проверка начальной остойчивости пучка плота без груза2.1.Определение поперечной остойчивостиОпределяем поперечный метацентрический радиус �=�ೣೣ�=�∙312∙�,м где ܫ௫௫
момент инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси, проходящей через тяжести площади этой ватерлинии;�
объемное водоизмещение пучка плота.Поперечная метацентрическая высота равнаℎ=�+��−��где ��
начальная аппликата центра величины, расположенная на середине высоты пучка, м;��–аппликата центра тяжести, м.Аппликата центра тяжести секции плота находиться как
��=∑��∙��ܩгде ��
плечо статистических моментов весов относительно главной судовой плоскости, м;��=ܪк2+ܪпܩ полный вес секции плота и груза.ܩ=�гр+ܩп,НУсловие поперечной остойчивости соблюдается еслиℎ>0. 2.2.Определение продольной остойчивости Определяем продольный метацентрический радиус ܴ=��=∙�312∙�,м где ܫ௬௬
момент инерции площади действующей ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через тяжести площади этой ватерлинии;�
объемное водоизмещение пучка плота.Продольная метацентрическая высота равнаܪ=ܴ+��−��где ��
начальная аппликатацентра величины;��–аппликата центра тяжести.Условие продольной остойчивости соблюдается еслиܪ>0.3.Проверка начальной остойчивости при приемке груза и определяем угол крена и дифферента, проверка высоты пучкаПри приеме груза изменяются вес пучка плота и объемное водоизмещение, осадка пучка плота, положение центра тяжести и центра величины, метацентрический радиус и высота. При этом если центр тяжести принимаемого груза совпадает с вертикалью, проходящей через центр тяжести пучка плота, никакого наклонения пучка плота не произойдет.В данном расчете в качестве груза выступают контейнеры со щепой. Груз приведет к дополнительной осадке (рис. 3 и рис. 4).
Рис. 3. Силы, действующие на пучок плота с грузом
Рис. 4. Пучок плота с контейнерамиТогда дополнительная осадка определяется по формуле:∆ܶ=�гр�∙�∙ܵ,мОпределяем новое значение аппликаты величины по формуле��1=��+�гр�+�гр∙(ܶ+∆ܶ2−��),мгде ��
начальная аппликата центра величины;�=�∙�∙� весовое водоизмещение секции плота до приема груза.
Определяем новую аппликату центра тяжести��1=��+�гр�+�гр∙(�гр−��),мгде �гр
аппликата центра тяжести принятого груза �гр;��–аппликата центра тяжести.
Проверяем условие начальной поперечной остойчивостиОпределяем новый метацентрический радиус�1=�∙(1−�гр�+�гр),м
Определяем новую поперечную метацентрическую высоту ℎ1=ℎ+�гр�+�гр∙(ܶ+∆�2−�гр−ℎ),м Равновесие судна при поперечной остойчивости определяется следующим условиемܯкр=ܯв=�∙ℎ∙�,Н∙м
Определяем момент дифферента ܯкр=�гр∙�гр,Н∙мОпределяем восстанавливающий моментܯ=�1∙ℎ1∙�,Н∙м
Дополнительное погружение пучка плота определим из следующейформулы∆ܪп=ܤ2∙���,мОбщая погруженная часть пучка плота при крене будет равна∆ܪп=ܶ+∆ܶ+∆ܪп,м
Проверяем условие начальной продольной остойчивостиОпределяем новый метацентрический радиусܴ1=ܴ∙(1−�гр�+�гр),м
Определяем новую продольную метацентрическую высоту ܪ1=ܪ+�гр�+�гр∙(ܶ+∆�2−�гр−ℎ),м Равновесие судна при продольной остойчивости определяется следующим условиемܯкр=ܯв=�∙ܪ∙�,Н∙мОпределяем момент дифферента ܯкр=�гр∙�гр,Н∙мОпределяем восстанавливающий моментܯ=�1∙ܪ1∙�,Н∙мДополнительное погружение пучка плота определим из следующей формулы∆ܪп=ܮ2∙���,мОбщая погруженная часть пучка плота при крене будет равна∆ܪп=ܶ+∆ܶ+∆ܪп,м4.Сопротивление движению пучка плотаПусть букировку плота обеспечивает судно Т63.При движении на плот будут действовать сопротивление воды Rв, при длине буксирующего троса, не превышающего 200 м и сопротивление, вызванное ветром Rвет. Для определения сопротивления движению плотов пользуются данными испытаний или указанными ниже приведенными формулами.При длине буксирующего троса, не превышающего 200 м, сопротивление воды движению равно:ܴв=[735,5∙+4,41∙(ܤ+2�)ܮ)∙�2,ܪгде
площадь миделя, м2;В–ширина плота, м;t–осадкаплота, м;L–длина плота, м;�
скорость движения относительно воды, км/ч;735,5 = 75g; 4,41 = 0,45g.Для пучков площадь миделя =0,88ܤ�.Сопротивление, вызванное ветром, определяют по формуле:ܴвет=(8,34ܤܪ+0,0137ܮܤ)∙�в2,ܪгде Н–высота надводного борта плота, м;В–ширина плота, м;L–длина плота, м;�в
скорость ветра на высоте поверхности плота (приблизительно на высоте 1 м), км/ч.По результатам подсчетов изображаем график зависимости F= f(v)и определяем оптимальную скорость движения буксирующего судна Т63.На данный способ транспортировки щепы была оформлена заявка на полезную модель №2013147052 от 23.10.2013 г. «Грузовая транспортная единица», по которой принято решение о выдачи патента от14.11.2013 г.
Ссылки на источники1. С.П.Карпачев, Е.Н.Щербаков, И.Д.Грачев. Некоторые вопросы технологии освоения биоресурсов из леса для нужд биоэнергетики. Лесопромышленник. 2009. №49. с.23.2. С.П. Карпачев, Е.Н.Щербаков, А.Н. Комяков. Некоторые вопросы освоения биоресурсов из леса для нужд биоэнергетики. М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 4 (73) –2010г., с. 107111. 3. С.П. Карпачев, Е.Н.Щербаков, Приоров Г.Е. Проблемы развития биоэнергетики на основе древесного сырья в России. Журнал "ЛЕСОПРОМЫШЛЕННИК", февральмарт 1 (49) 2009г.4. С.П. Карпачев, Е.Н. Щербаков, Г.Е. Приоров. Производство дров для жилищнокоммунального хозяйства лесных поселков и городов. Журнал "ЛЕСОПРОМЫШЛЕННИК", апрельиюнь 2 (54) 2010г. 5. С.П. Карпачев. Некоторые вопросы технологии освоения и водного транспорта биоресурсов из леса для биоэнергетики. М.: Ученые записки РГСУ /Экологическая безопасность и природопользование. №5 –2009г., с. 130138.6. С.П. Карпачев,В.В. Лозовецкий, Е.Н. Щербаков. Моделирование логистических систем лесных материалопотоков. М. //Транспорт: наука, техника, управление. / Научный информационный сборник. РАН ВИНИТИ –2011, № 8, с. 1620.7. Карпачев С.П., Щербаков Е.Н., Комяков А.Н., Слинченков А.Н.Проблемы развития биоэнергетики на основе древесного сырья в России. / М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 4 (73) –2010г., с. 7074.8. Комяков А.Н., Карпачев С.П. Применение большегрузных плавучих контейнеров для нужд биоэнергетики./ М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 4 (73) –2010г., с 104107.9. Карпачев С.П., Щербаков Е.Н., Солдатова Е.В. Моделирование технологических процессов освоения древесины на ложе водохранилищ. /М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 1 –2013г., с 5661.10. Российское энергетическое агентство.Развитие рынка биотоплива в мире и в Российской Федерации, 2012 г., с. 252811. Карпачев С.П., Комяков А.Н. Расчет лесосплавных судов с упрощенными обводами корпуса: учеб.пособие/М.:ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. –49 с.12.Камусин А.А., Казначеева Н.И. Водный транспорт леса: учеб. Пособие по выполнению курсовой работы. –М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. –32с.13. Российский статистический ежегодник. 2013 –с. 403 http://www.gks.ru/14. ФАО статистика по лесному хозяйству. Состояние лесов мира, 2011http://www.fao.org/docrep/013/i2000r/i2000r.pdf15. Ежегодный доклад о состоянии и использовании лесов Российской Федерации за 2011 годhttp://www.forestforum.ru/info/lesarf2011.pdf16. Камусин А.А., Дмитриев Ю.А., Минаев А.Н., Овчинников М.М., Патякин В.И., Пименов А.Н., Полищук В.П., Водный транспорт леса: учебник для вузов, М.: МГУЛ, 2002 –422 с.
Karpachev S.P., PhD, professor of MSFUEvstratovaK.A., graduate student of MSFUAn innovative method ofdeliveringchipsAbstract:The article gives information about the new bunk transport unit for the alloy roundwood and chips in soft containersKeywords:wood chips, forest residuals, technological process
Евстратова Ксения Александровна, студентФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», г. Мытищиevstratova_xenija@mail.ru
Инновационный метод доставки щепы
Аннотация:В статье приводятся сведения о новой двухъярусной транспортной единицы для сплава круглых лесоматериалов и щепы в мягких контейнерах.Ключевые слова:Лесосечные отходы, щепа, мягкие контейнеры, транспортная единица.
Российская Федерация является мировой державой с самыми обширными лесными массивами –примерно пятая часть площадилесоввсего мирапринадлежит России, при этом общая территория лесного фонда на настоящей момент составляет 1183,5 млн га. [1314]На сегодняшний день согласно данным Федеральной службы государственной статистики, общий запасдревесины Российской Федерации составляет 83,0млрд. м3, аобъемрасчетной лесосекипо состоянию на 1 января 2012 года равен 667млн. м3.По итогам 2011 года объем заготовки составил 197 млн. м3, что составляет примерно четвертую часть расчетной лесосеки. [13, 15]Однаиз причин неполного освоения имеющихся древесных ресурсов является отсутствие дорог.Россия располагает огромными запасами биомассы лесов,которыеусловно можно разделить на группы:
биомасса лесопромышленного комплекса страны (заготовка деловой древесины и дров);
биомасса деревообрабатывающего комплекса (опил, коройи др.)
биомасса неделовой древесиной.В настоящей статье остановимсяна образование биомассы входе освоения лесосеки. В настоящее времяпредприятия лесозаготовительного комплекса России отдают предпочтение хлыстовому и сортиментномуметоду заготовки леса. И в том, и другом случае образуются древесные отходы, объем которых составляет примерно 40% от заготовленного леса.Все скоплениядревесных отходов на лесосеке отличаются по форме и составу, они могут состоять из отдельных деревьев, бревен или их частей, что создает дополнительные трудности при комплексном использовании древесных отходов.В результате получается, что в России на сегодняшний день практически отсутствуют дороги и имеются большиескоплениялесосечных отходов на местах вырубки. Одним из методоврешения возникшейпроблемыявляется измельчениеотходовв щепу, которая может быть использована как сырье для производства, например,биотоплива. В некоторых регионах РФ разработаны программы, связанные с использованием древесного топлива (Архангельск, Вологда, Великий Новгород). Основные проекты:
Крупнейшее в Европе производство древесных топливных гранул в Ленинградской области в пос. Советский –ОАО«Выборгская Целлюлоза» мощностью 1 млн. тонн древесных пеллет в год. –Запуск второго крупного пеллетного производства в Красноярском крае –Новоенисейский ЛХК мощностью 40 тысяч тонн гранул в год. Красноярский край становится лидером в области производства топливных гранул в России. В 2010 году завод «Енисей» экспортировал 120 тысяч тонн гранул в год.
«Лесозавод 25» в Архангельской области с производством 100 тыс. т в год.
Завод «Талион Терра», принадлежащий ООО «СТОД», мощностью 80тыс.т в год в Тверской области, г.Торжок.
В начале 2011года открылся минипеллетный завод в Архангельской области, г.Няндом.
Перевод котельных на биотопливово многих областях страны.
Шведская компания «Swedwood» планирует в ближайшеевремя наладить выпуск 75000 тонн древесных гранул в год в Ленинградской области, г.Тихвин.
В Псковской области планируется реализовать одновременно два инвестиционных проекта производства биотоплива, уже получивших одобрение в местной администрации, налоговые льготы и другую поддержку. Это комплексное производство лиственных пиломатериалов, целлюлозной и топливной щепы в Дедовичах и организация производства древесных топливных гранул в Плюссе. [10]С целью снижения затрат на транспортировку измельченной древесной массы, в настоящей статье предлагаетсядоставлять древесное сырье водным транспортом, это наиболее экономичный и наименее энергоемкий вид транспорта. Потребление энергии при лесосплаве на сопоставимый объем работ в четыре раза меньше, чем при железнодорожном транспорте, и в 17 раз меньше, чем при автомобильном транспорте.Для осуществления лесосплава в плотах не требуется дорогостоящее сооружение –подвижной состав. На лесосплаве применяют буксирные судна, многооборотный такелаж с длительным сроком эксплуатации и непосредственно энергия рек.[16]Вопросами доставки измельченного древесного сырья по водным путям с удаленных труднодоступных лесозаготовительных предприятий активно занимается кафедра транспорта леса МГУЛ с 80 годов прошлого века. Были разработаны как конструкции мягких герметичных и водопроницаемых контейнеров, так и транспортнотехнологические схемы их использования для доставки щепы с береговых складов. [19]В настоящей статье предлагается инновационный метод доставки щепы в двухъярусном плоту, верхний ярус, которого выполнен из отдельных единиц в виде контейнеров, содержащих измельченные древесные материалы и установленных в замкнутой оболочке, снабженной грузовым захватным элементом (рис. 1). Предлагаетсяпри транспортировке измельченной древесины использовать мягкие контейнеры, которые в настоящее время нашли широкое применение в промышленности при доставке сыпучих материалов. К тому же мягкие контейнеры обладают рядом ценных качеств:
высокая прочность материала оболочки контейнера и малый вес порожнего контейнера;
дешевизна материалов оболочки контейнеров;
снижение затрат на погрузочноразгрузочных операциях.Данная конструкция плота позволяет расширить эксплуатационные возможности обычных плотов из круглых лесоматериалов, путем обеспечения возможности транспортирования измельченной древесины (щепы) в контейнерах верхнего яруса, что позволяет доставлять потребителям не только круглые лесоматериалы, но практически всю древесную биомассу, в том числе, измельченные древесные отходы. Предлагаемая грузовая транспортная единица содержит сплоточные единицы, например, пучки из круглых лесоматериалов нижнего яруса 1, скрепленные между собой поперечными связями 2 и продольными связями 3, и верхний ярус 4, выполненный из сплоточных единиц, например, в виде мягких контейнеров, установленных в замкнутую сетчатую оболочку 5, которая имеет грузовой захватный элемент 6.Формирование грузовой транспортной единицы осуществляется следующим образом: на сплоточные единицы нижнего яруса 1 накладывают поперечные 2 и продольные 3 связи. Затем на нижний ярус размещают замкнутую сетчатую оболочку 5, на которую укладывают верхний ярус сплоточных единиц в виде мягких контейнеров 4, содержащих измельченные древесные материалы (щепу). После создания верхнего яруса, замкнутую сетчатую оболочку 5 скрепляют грузовым захватным элементом 6, который используется при разгрузке. Таким образом, на береговом складе при формировании грузовой транспортной единицы можетиспользоватьсяимеющаяся системамашин, что сокращает затраты на приобретение нового оборудования.
Предложенное решение обеспечивает возможность транспорта измельченных древесных материалов в мягких контейнерах на обычных плотах, что позволяет доставлять потребителям лесоматериалы в круглом и в измельченном виде.
Рис. 1. Грузовая транспортная единицаа
вид сбоку; б–вид сверху; в–общий вид в разрезе
Для проведения теоретическойпроверки предложенного метода доставки измельченной древесины предлагаетсяследующаяметодикарасчета основных параметров грузовой транспортной единицы.[1112]1.Определяем осадку пучка плота идополнительную осадку пучка плотаИспользуя формулу, для определения объема пучка Vпс учетом коэффициента формы С, определяем высоту пучка Нп:�п=గ4∙ܥ0∙ܪп2∙ܮ∙� ܪп=√4∙�пగ∙0∙�∙ఘ где Vп–объем пучка, м3;С0–коэффициент формы пучка или качества пучка; Нп –высота пучка, м;ܮ
длина бревна в пучке, м;�
коэффициент полнодревесности пучка.
Высота пучка также зависит от осадки секции плота, которая выражается следующим образом:
ܪп=��др∙�∙ߛв где Т–осадка секции плота, м;ߛдр
плотность древесины, Н/м3; ߛдр=850Н/м3
ߛв–плотность воды, Н/м3; ߛв=1000Н/м3
ߝ
коэффициент, учитывающий непропорциональность осадки пучков; зависит от плотности древесины и принимается равным 0,935.Находясь в воде, пучок плота должна обладать плавучестью, то есть способностью плавать в воде с установленной осадкой и расчетной весовой нагрузкой.На пучок плота, находящейся в спокойной воде в покое, действую две силы: сила веса секции плота и сила гидростатического давления воды, действующая на погруженную часть секции плота.Сила веса плота Gприложена в центре тяжести и направлена вниз (рис. 2). Сила гидростатического давления Р направлена вверх и проложена в центр тяжести объема погруженной части секции плота, который называется центром величины С.
Рис. 2. Силы, действующие на пучок плота без груза
Условие равновесие плавающей секции плота записывается в виде �=ܩ Согласно закону Архимеда сила поддержания Рравна �=�∙�∙� где �
плотность воды, кг/м3;�
ускорение свободного падения, м/с2;�
объемное водоизмещение –объем воды, вытесненной плавающим судном, м3.Объемное водоизмещение плота прямоугольных очертаний длиной L, шириной Ви осадкой без груза Тс учетом коэффициента полноты объемного водоизмещения определяется по формуле�=ܮ∙ܤ∙ܶ∙ߜгде L–длина секции плота, м;В –ширина секции плота, м;Т –осадка секции плота без груза, м;ߜ
коэффициент полноты объемного водоизмещения, принимаемый для секции плота 1,00.
Дополнительная осадка судна после приема груза ∆ܶс учетом формул, составит∆ܶ=�гр�∙�∙ܵгде �гр
вес груза, Н;ܵ
площадь действующей ватерлинии, м2.2.Проверка начальной остойчивости пучка плота без груза2.1.Определение поперечной остойчивостиОпределяем поперечный метацентрический радиус �=�ೣೣ�=�∙312∙�,м где ܫ௫௫
момент инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси, проходящей через тяжести площади этой ватерлинии;�
объемное водоизмещение пучка плота.Поперечная метацентрическая высота равнаℎ=�+��−��где ��
начальная аппликата центра величины, расположенная на середине высоты пучка, м;��–аппликата центра тяжести, м.Аппликата центра тяжести секции плота находиться как
��=∑��∙��ܩгде ��
плечо статистических моментов весов относительно главной судовой плоскости, м;��=ܪк2+ܪпܩ полный вес секции плота и груза.ܩ=�гр+ܩп,НУсловие поперечной остойчивости соблюдается еслиℎ>0. 2.2.Определение продольной остойчивости Определяем продольный метацентрический радиус ܴ=��=∙�312∙�,м где ܫ௬௬
момент инерции площади действующей ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через тяжести площади этой ватерлинии;�
объемное водоизмещение пучка плота.Продольная метацентрическая высота равнаܪ=ܴ+��−��где ��
начальная аппликатацентра величины;��–аппликата центра тяжести.Условие продольной остойчивости соблюдается еслиܪ>0.3.Проверка начальной остойчивости при приемке груза и определяем угол крена и дифферента, проверка высоты пучкаПри приеме груза изменяются вес пучка плота и объемное водоизмещение, осадка пучка плота, положение центра тяжести и центра величины, метацентрический радиус и высота. При этом если центр тяжести принимаемого груза совпадает с вертикалью, проходящей через центр тяжести пучка плота, никакого наклонения пучка плота не произойдет.В данном расчете в качестве груза выступают контейнеры со щепой. Груз приведет к дополнительной осадке (рис. 3 и рис. 4).
Рис. 3. Силы, действующие на пучок плота с грузом
Рис. 4. Пучок плота с контейнерамиТогда дополнительная осадка определяется по формуле:∆ܶ=�гр�∙�∙ܵ,мОпределяем новое значение аппликаты величины по формуле��1=��+�гр�+�гр∙(ܶ+∆ܶ2−��),мгде ��
начальная аппликата центра величины;�=�∙�∙� весовое водоизмещение секции плота до приема груза.
Определяем новую аппликату центра тяжести��1=��+�гр�+�гр∙(�гр−��),мгде �гр
аппликата центра тяжести принятого груза �гр;��–аппликата центра тяжести.
Проверяем условие начальной поперечной остойчивостиОпределяем новый метацентрический радиус�1=�∙(1−�гр�+�гр),м
Определяем новую поперечную метацентрическую высоту ℎ1=ℎ+�гр�+�гр∙(ܶ+∆�2−�гр−ℎ),м Равновесие судна при поперечной остойчивости определяется следующим условиемܯкр=ܯв=�∙ℎ∙�,Н∙м
Определяем момент дифферента ܯкр=�гр∙�гр,Н∙мОпределяем восстанавливающий моментܯ=�1∙ℎ1∙�,Н∙м
Дополнительное погружение пучка плота определим из следующейформулы∆ܪп=ܤ2∙���,мОбщая погруженная часть пучка плота при крене будет равна∆ܪп=ܶ+∆ܶ+∆ܪп,м
Проверяем условие начальной продольной остойчивостиОпределяем новый метацентрический радиусܴ1=ܴ∙(1−�гр�+�гр),м
Определяем новую продольную метацентрическую высоту ܪ1=ܪ+�гр�+�гр∙(ܶ+∆�2−�гр−ℎ),м Равновесие судна при продольной остойчивости определяется следующим условиемܯкр=ܯв=�∙ܪ∙�,Н∙мОпределяем момент дифферента ܯкр=�гр∙�гр,Н∙мОпределяем восстанавливающий моментܯ=�1∙ܪ1∙�,Н∙мДополнительное погружение пучка плота определим из следующей формулы∆ܪп=ܮ2∙���,мОбщая погруженная часть пучка плота при крене будет равна∆ܪп=ܶ+∆ܶ+∆ܪп,м4.Сопротивление движению пучка плотаПусть букировку плота обеспечивает судно Т63.При движении на плот будут действовать сопротивление воды Rв, при длине буксирующего троса, не превышающего 200 м и сопротивление, вызванное ветром Rвет. Для определения сопротивления движению плотов пользуются данными испытаний или указанными ниже приведенными формулами.При длине буксирующего троса, не превышающего 200 м, сопротивление воды движению равно:ܴв=[735,5∙+4,41∙(ܤ+2�)ܮ)∙�2,ܪгде
площадь миделя, м2;В–ширина плота, м;t–осадкаплота, м;L–длина плота, м;�
скорость движения относительно воды, км/ч;735,5 = 75g; 4,41 = 0,45g.Для пучков площадь миделя =0,88ܤ�.Сопротивление, вызванное ветром, определяют по формуле:ܴвет=(8,34ܤܪ+0,0137ܮܤ)∙�в2,ܪгде Н–высота надводного борта плота, м;В–ширина плота, м;L–длина плота, м;�в
скорость ветра на высоте поверхности плота (приблизительно на высоте 1 м), км/ч.По результатам подсчетов изображаем график зависимости F= f(v)и определяем оптимальную скорость движения буксирующего судна Т63.На данный способ транспортировки щепы была оформлена заявка на полезную модель №2013147052 от 23.10.2013 г. «Грузовая транспортная единица», по которой принято решение о выдачи патента от14.11.2013 г.
Ссылки на источники1. С.П.Карпачев, Е.Н.Щербаков, И.Д.Грачев. Некоторые вопросы технологии освоения биоресурсов из леса для нужд биоэнергетики. Лесопромышленник. 2009. №49. с.23.2. С.П. Карпачев, Е.Н.Щербаков, А.Н. Комяков. Некоторые вопросы освоения биоресурсов из леса для нужд биоэнергетики. М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 4 (73) –2010г., с. 107111. 3. С.П. Карпачев, Е.Н.Щербаков, Приоров Г.Е. Проблемы развития биоэнергетики на основе древесного сырья в России. Журнал "ЛЕСОПРОМЫШЛЕННИК", февральмарт 1 (49) 2009г.4. С.П. Карпачев, Е.Н. Щербаков, Г.Е. Приоров. Производство дров для жилищнокоммунального хозяйства лесных поселков и городов. Журнал "ЛЕСОПРОМЫШЛЕННИК", апрельиюнь 2 (54) 2010г. 5. С.П. Карпачев. Некоторые вопросы технологии освоения и водного транспорта биоресурсов из леса для биоэнергетики. М.: Ученые записки РГСУ /Экологическая безопасность и природопользование. №5 –2009г., с. 130138.6. С.П. Карпачев,В.В. Лозовецкий, Е.Н. Щербаков. Моделирование логистических систем лесных материалопотоков. М. //Транспорт: наука, техника, управление. / Научный информационный сборник. РАН ВИНИТИ –2011, № 8, с. 1620.7. Карпачев С.П., Щербаков Е.Н., Комяков А.Н., Слинченков А.Н.Проблемы развития биоэнергетики на основе древесного сырья в России. / М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 4 (73) –2010г., с. 7074.8. Комяков А.Н., Карпачев С.П. Применение большегрузных плавучих контейнеров для нужд биоэнергетики./ М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 4 (73) –2010г., с 104107.9. Карпачев С.П., Щербаков Е.Н., Солдатова Е.В. Моделирование технологических процессов освоения древесины на ложе водохранилищ. /М.: Лесной вестник/ Вестник Московского государственного университета леса, № 1 –2013г., с 5661.10. Российское энергетическое агентство.Развитие рынка биотоплива в мире и в Российской Федерации, 2012 г., с. 252811. Карпачев С.П., Комяков А.Н. Расчет лесосплавных судов с упрощенными обводами корпуса: учеб.пособие/М.:ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. –49 с.12.Камусин А.А., Казначеева Н.И. Водный транспорт леса: учеб. Пособие по выполнению курсовой работы. –М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. –32с.13. Российский статистический ежегодник. 2013 –с. 403 http://www.gks.ru/14. ФАО статистика по лесному хозяйству. Состояние лесов мира, 2011http://www.fao.org/docrep/013/i2000r/i2000r.pdf15. Ежегодный доклад о состоянии и использовании лесов Российской Федерации за 2011 годhttp://www.forestforum.ru/info/lesarf2011.pdf16. Камусин А.А., Дмитриев Ю.А., Минаев А.Н., Овчинников М.М., Патякин В.И., Пименов А.Н., Полищук В.П., Водный транспорт леса: учебник для вузов, М.: МГУЛ, 2002 –422 с.
Karpachev S.P., PhD, professor of MSFUEvstratovaK.A., graduate student of MSFUAn innovative method ofdeliveringchipsAbstract:The article gives information about the new bunk transport unit for the alloy roundwood and chips in soft containersKeywords:wood chips, forest residuals, technological process
