Совершенствование контейнерных перевозок измельченной древесины водным транспортом (1026229), страница 3
Текст из файла (страница 3)
12 – Зависимость изменения временинахождения водопроницаемого ТЕМК отдоли подплава7005010203040Плотность щепы по формуле, кг/куб.мСредняя плотность щепы (модель), кг/куб.мСредняя плотностьконтейнера (модель), кг/куб.м50СуткиРис. 13 – Изменение плотности древесины щепы и водопроницаемого ТЕМК без подплава ис подплавом 4%Численным моделированием установлен характер изменения временинахождении контейнера на воде от различных факторов в широком диапазонеизменения их значений (см. рис. 12).
Так, для начальной плотности измельченной древесины, равной 800 кг/м3, коэффициента полнодревесности 0,36, долиподплава в 4% достаточно, чтобы водопроницаемый ТЕМК находился на плавудо 200 суток. Изменение плотности ТЕМК во времени с долей подплава 4%показано на рис. 13. Для сравнения на этом же графике показаны кривые11изменения плотности ТЕМК без подплава, полученные методом численногомоделирования и по формуле (2).Для подтверждения результатов численного моделирования на ЭВМ были выполнены лабораторные эксперименты. Для опытов использована измельченная древесина – щепа хвойных пород фракции 10-20 мм. Коэффициентполнодревесности щепы - 0,36.Для ТЕМК с подплавом доля подплава принята 8%.
В качестве подплаваиспользовался пенопропилен с плотностью 10 кг/м3.Щепа в опытах помещалась в цилиндрические сетчатые емкости. Оболочку емкости изготавливали из пластиковой сетки, обеспечивающей свободный доступ воды. Емкости имели размеры: диаметр - 6 см, высота - 50 см.Значения лабораторных опытов и данные, полученные численным моделированием, находятся в границах доверительного интервала на уровне значимости 5%.По результатам лабораторных опытов и численного моделирования разработаны компьютерные программы для расчета изменения во времени плавучести ТЕМК. Программы предназначены для практического использования ипозволяют определить время нахождения ТЕМК на воде до потери плавучестив зависимости от начальной плотности измельченной древесины, размеровТЕМК, а также необходимую долю подплава.В пятом разделе приведены результаты экспериментальных исследований гидродинамических характеристик ТЕМК.По форме ТЕМК представляет собой вертикальный цилиндр, частичнопогруженный в воду (рис. 1).
При буксировке его вертикальная ось перпендикулярна к направлению скорости потока. Сопротивление ТЕМК, как круговогоцилиндра, когда его ось перпендикулярна к направлению скорости потока,определялось по формуле: v2R ,(6)2где – общий безразмерный коэффициент сопротивления; = T.d – площадь миделевого сечения цилиндра;– плотность воды;T, d – диаметр и осадка цилиндра;v – скорость движения цилиндра.В формуле (6) безразмерный коэффициент сопротивления движениюТЕМК является сложной функцией, зависящей одновременно от формы и размеров контейнера (диаметр – d, осадка – T); физических свойств жидкости(плотность – ; от материала оболочки (модуль упругости оболочки – Е, шероховатость материала оболочки – ); от полнодревесности измельченной древесины – kщ, которые можно представить в виде:T , , Ca, Re, Fr , k щ ,(7)d d12где: R- общий коэффициент сопротивления ТЕМК; v d T2kщ – коэффициент полнодревесности измельченной древесины;2– относительная шероховатость;dvdRe – число Рейнольдса;vFr – число Фруда;g d v2 dCa – число Коши.EВ работах различных авторов (В.М.
Штумпф, В.С. Шпаков, А.Н. Комяков, И.Л. Шевелев) установлено слабое влияние числа Коши на коэффициентсопротивления мягких плавучих контейнеров в широком диапазоне чисел Коши и чисел Рейнольдса, что позволило рассматривать ТЕМК как плохообтекаемое тело. Коэффициент полнодревесности измельченной древесины kщ характеризует степень заполнения древесиной ТЕМК. Опытные буксировки водопроницаемых контейнеров, выполненные различными исследователями показали, что при kщ = 0,30..0,42 происходит деформация формы контейнера, что влияет на . Для ТЕМК с жестким поддоном, наблюдалось минимальное изменение формы контейнера при его буксировке.
Поэтому влияние на коэффициента полнодревесности щепы, в пределах его изменения kщ = 0,30... 0,42, оказалось минимальным.Экспериментальные исследования с мягкими контейнерами сощепой выполнены в гидравлическом лотке лаборатории гидравлики кафедры транспорта лесаМГУЛ. Длина лотка 12 м, ширина2 м и максимальная глубина 0,75Рис. 14 - Схема буксировочной системы гравита- м. Для буксировки моделей и зационного типа с незамкнутым канатом и полис- меров необходимых гидродинамических характеристик примепастом1 – гидравлический лоток; 2 – тяговый канат; 3 – нялась система гравитационногомодель ТЕМК; 4 – груз; 5 – трособлочная система.
типа с незамкнутым канатом иполиспастом (см. рис. 14).Экспериментальные исследования выполнены на моделях ТЕМК в масштабе 1:10. Испытывались 2 вида ТЕМК:1. с мягкой оболочки без поддона;2. с мягкой оболочкой и с жестким поддоном.13Опыты проводились с одиночными ТЕМК и составами из 2-х ТЕМК приразных осадках.
Модельные ТЕМК имели размеры: диаметр dмод. = 0,2 м и высота hмод.= 0,1 м.По результатам экспериментальных исследований установлено, что сопротивление трения ТЕМК не превышает 3-4% от общего сопротивления.Остаточное сопротивление, которое включает сопротивление формы и волновое, вносит основной вклад в общее сопротивление ТЕМК.
Общее сопротивление воды движению ТЕМК можно определять по одночленной формуле (6). Зависимости коэффициента сопротивления от числа Фруда для различных значений относительной осадки ТЕМК приведены на рис. 15.5,02,8общ= 0,2196Fr-1,198R² = 0,99794,02,6Коэффициет сопротивленияКоэффициет сопротивления4,5общ = 0,541Fr-0,933R² = 0,96743,53,02,52,0T/d=0,2751,5T/d=0,1501,00,50,00,00T/d=0,1100,050,10общ = 0,5165Fr-0,908R² = 0,99410,150,200,250,30y = -1,8512x + 2,089R² = 0,8837Одиночный контейнер споддоном2,42,2Одиночный контейнербез поддона2,01,81,61,41,21,00,14y = 0,6869x-0,758R² = 0,9830,240,340,440,54FrFrРис. 15 – Коэффициент сопротивления контейнеров с поддоном от числа ФрудаРис.
16 – Сопротивления одиночного контейнера с поддоном и без поддона от числаФрудаЭксперименты были выполнены и для составов из двух ТЕМК с разнымрасстоянием между ними. Установлено, что наименьшее значение коэффициента сопротивления имеют составы ТЕМК при установке их без интервала.Коэффициенты сопротивления ТЕМК сопоставлялись с коэффициентамисопротивления мягких контейнеров. Исследовались модели одиночных ТЕМКи составов из двух ТЕМК при установке их без интервала. Результаты приведены на рис. 16.Экспериментальными исследованиями одиночных ТЕМК и мягких контейнеров, а также составов из них установлено, что коэффициент сопротивления, при числах Фруда (Fr = 0,20…0,40 для одиночного ТЕМК и Fr = 0,20…0,30для состава из двух ТЕМК), различаются, что объясняется изменением формы иосадки мягких контейнеров при буксировке.
При увеличении числа Фруда, значения коэффициентов сопротивления ТЕМК и мягких контейнеров выравниваются.В шестой главе выполнена оценка технологической и экономическойэффективности в условиях производства и транспорта измельченной древесиныс применением ТЕМК и проверка результатов теоретических и лабораторныхэкспериментов, полученных автором.14Производственные испытания выполнены в 2014-2015 г.г. на открытойплощадке производства щепы лесопильного предприятия Щелковского учебноопытного лесхоза (ЩУОЛ) и на водоемах ЩУОЛ.В производственных опытах использованы стандартные мягкие контейнеры объемом 1 м3 из полипропиленовой ткани с полиэтиленовым вкладышем.С помощью погрузчика ТЕМК были доставлены на склад.
Измерения показали, что высота заполненного щепой контейнера к его диаметру близка к1:1,5.Опыты волочения ТЕМК по земле показали истирание оболочки контейнера, что соответствует буксировке ТЕМК на мелководье по малым рекам. Поэтому предложена конструкция ТЕМК для защиты дна контейнера поддоном,что исключает воздействие дна водоема на оболочку ТЕМК на мелководье.Для сплава щепы рекомендуется ТЕМК с наружной силовой водопроницаемой оболочкой и внутренней водонепроницаемой оболочкой, открытойсверху для свободного доступа воздуха к древесине. Такой ТЕМК исключаетпрямой контакт древесины с водой. При этом осадка ТЕМК будет минимальной.
Для предотвращения повреждения оболочки ТЕМК и сохранения его плавучести внешняя боковая оболочка ТЕМК снабжена круговым подплавом издостаточно твердых материалов типа пенополиуретана.При соблюдении технологических требований на изготовление ТЕМК сподплавом, транспорт измельченной древесины является экологически безопасным и не оказывает влияние на водные объекты.Экономические показатели транспорта измельченной древесины по водным путям в ТЕМК, в сравнении с традиционным транспортом в баржах, показывают, что сплав измельченной древесины в ТЕМК более выгоден.
Расчетныйэкономический эффект составляет 27,20 руб./м3 (расчеты проведены в ценах2014 года).Основные выводы и рекомендацииПо результатам исследования получены следующие основные выводы ирекомендации:1. Предложен новый тип лесотранспортной единицы для доставки измельченной древесины сухопутно-водным транспортом (ТЕМК).2.
Предложено устройство для производства измельченной древесины,позволяющее исключить технологические простои (УПД).3. Разработаны имитационные модели технологических процессов формирования ТЕМК с использованием технологии УПД, позволяющие рассчитывать технологические параметры УПД при формировании ТЕМК.4. Для формирования ТЕМК по технологии УПД необходимо, чтобыцикл упаковки ТЕМК был меньше цикла загрузки в него измельченной древесины. Для исключения технологических простоев технология УПД предусматривает использование бункера-накопителя. Объем бункера зависит от цикла работы рубительной машины.
Так, например, для приведенного цикла работы рубительной машины 300 с/м3 требуется объем бункера 0,2 м3, а при 100 с/м3 тре15буется объем бункера 0,65 м3, при этом объем бункера не зависит от времениработы рубительной машины.5. В случае установки под загрузку двух и более ТЕМК, объем бункерауменьшается с увеличением количества и объема устанавливаемых ТЕМК подзагрузку. Так при цикле работы рубительной машины 30 с/м 3 в случае установки двух ТЕМК объемом 1 м3 требуется объем бункера 1,2 м3, а при установкедвух ТЕМК объемом 2 м3 требуется объем бункера 0,2 м3.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
