Кран Аэростата

Введение
В настоящее время лесозаготовительные предприятия России встречаются с рядом серьезных проблем, основной причиной которых являются технические сложности проведения трелевочного цикла в горном исильно пересеченном рельефе, где традиционная техника не в состоянии вести лесозаготовки или же использование ее приводит экономическим потерям и серьезным экологическим последствиям.
Все это приводит к тому, что лесозаготовки удаляются от населенных пунктов в поисках новых лесосек с более благоприятными условиями, при этом увеличивается расстояние вывозки древесины. Но, как уже известно, лесных площадей без труднодоступных мест становится с каждым годом все меньше и меньше При этом около 34,6% лесных площадей, на которых произрастает качественный и спелый древостой, находятся на склонах свыше 200, где традиционная техника либо не в состоянии вести заготовку древесины, либо выполняет её с большими затратами и с явным экологическим несоответствием.
В мире существует несколько видов воздушной трелевки - это вертолетная, подвесная канатная и аэростатная системы трелевки –кран аэростата рисунок 1
Вертолетная трелевка является производительной и экологически правильным методом трелевки, при этом расстояние трелевки в несколько раз превышает расстояние трелевки наземной техникой. Но основной и весьма весомый недостаток этого метода - это высокая себестоимость работ.
Канатные системы отличаются более низкой себестоимостью трелевочного процесса, но короткое расстояние трелевки, большое время подготовительных работ (монтаж и демонтаж), большая металлоемкость и некоторые ограничения в сильно пересеченном рельефе являются основными недостатками этих систем.
Аэростатные системы являются альтернативной технологией или средним звеном между вертолетной, канатной и наземной технологиями


Рисунок 1 Кран аэростат
Аэростатная система крана аэростата
Современная аэростатная система трелевки представляет собой совокупность нескольких технических элементов (рис. 1, 2):

1. Газовый аэростат в зависимости от ветровых условий в месте проведения лесозаготовок может быть «луковичной» или стандартной аэродинамической формы. Оболочка аэростата изготовлена из ткани на основе полиуретана. Эта ткань весьма долго способна удерживать газ (этот фактор в первую очередь отражается на себестоимости работ). Также она имеет большой ресурс службы и является простой в ремонте.
2.Канатно-блочная система состоит из синтетических канатов или стальных канатов, покрытых ПВХ, и пластиковых концевых и направляющих блоков. Также могут применяться блоки из металлопластика или мягкого металла. Использование современных канатов дает возможность увеличить грузоподъемность, расстояние трелевки и сопротивляемость аэростата ветровым потокам при неизмененном объеме оболочки, а также облегчить и ускорить монтажный процесс подготовительных работ. Применение пластиковых или металлопластиковых блоков устраняет истирание и быстрый износ синтетических канатов.
3.Гидравлические радиоуправляемые лебедки. В системе обычно три лебедки располагаются на участке в зависимости от рельефа местности и грамотности инженерного состава. От правильного расположения лебедок зависит вся работа системы. В процессе управления участвуют два оператора: первый - основной - на разгрузочном пункте, второй — чокеровщик на делянке - в месте загрузки аэростата. Каждый из операторов имеет свой радиопульт управления, завязанный на каждую лебедку, под оболочкой аэростата находится основная передающая антенна.
На пульте у основного оператора отражаются данные напряжений в канатах, скорость намотки и различные критические моменты (например, обрыв каната или остановка лебедки). Лебедки оборудованы гибкими амортизаторами для уменьшения нагрузок от динамических рывков. Все шкивы, выходные ролики и блоки лебедок также выполнены из пластика или металлопластика. Система радиоуправления позволяет ускорить рабочий цикл, улучшает ориентацию оператора, повышает производительность, уменьшает количество персонала.


В таблице 1 приведены Сравнение современных аэростатных систем кранов и их треловки.
Таблица1 Сравнение современных аэростатных систем кранов и их трелевок
Показатели Валочно- пакетирующие машины с ВВК + Форвардер или Скидр Полуподвесные
канатные
установки Подвесные
канатные
установки Вертолет Аэростатные
системы
Рейсовая нагрузка (в зависимости от грузоподъемности механизма), кг 3000
10000 1500-3000
6000-10000 3000-5000 3000-4000-20000 1500-3500
5000-7000
10000-15000
Сменная производительность (в зависимости от грузоподъемности и среднего расстояния трелевки до 500 м), м3 До 200 При грузоподъемности 3 т: отечественные 40-50; зарубежные современные 80-140 При грузоподъемности 3 т: отечественные 35-40;
зарубежные современные 70-100 На примере Ми-8МТВ, грузоподъемность 3 т, время работы 4 ч: 90-100 При грузоподъемности 3 т: 80-90. При грузоподъемности 10 т: 180-250
Количество обслуживающего персонала (включая вальщика- чокерощика), чел. 3 7 5 4 4
Возможное расстояние трелевки, м 300-500
700 300-550 500-1200 500-5000 500-2000
Строительство дополнительных подъездных усов и волоков Да, необходимо Да, необходимо Да, необходимо Нет Не всегда
Способ рубки Сплошной,
выбороч
ный Сплошной,
выборочный Сплошной,
выборочный Выборочный, выборочно- групповой Сплошной, выборочный, выборочно - групповой
Безопасность работ, % Хорошая Средняя Средне-хорошая Средняя Хорошая
Товарный вид древесины на погрузочном пункте после трелевки Хороший Средне-
удовлетвори
тельный Хороший Отличный Отличный
Экологичность процесса, процент уничтожения подроста, % 70 70 30 2-3 2-3
Влияние на почву, повреждение почвы, % 40-50 10-30 5-8 0 0
Возможность работы вдоль водоемов Возможно, но не- желательно Возможно, но нежелательно Возможно Возможно Возможно
Шум, действующий на обитателей леса, % 100 40 20 100 5
Крутизна склона, град. До 27 До 30 15-30 От 0 и выше, но в каньонах могут быть сложности От 0 и выше
Возможность одновременной обработки двух склонов каньона с одной стоянки Нет Нет Можно при дополнительном оборудовании. Сложно. Да Да
Возможность трелевки из-за склона с одной стоянки Нет Нет Можно при дополнительном оборудовании Да Да
Необходимость очищения бурелома Да Да Да Нет Нет
Показатели Валочно-паке- тирующие машины с ВВК + Форвардер или Скидр Полуподвесные канатные установки Подвесные
канатные
установки Вертолет Аэростатные
системы
Возможность погрузки и разгрузки в автомобильный транспорт Да Нет Да Да, но очень дорого Да
Возможность погрузки и разгрузки морского и речного транспорта Нет Нет Да, но на короткое расстояние Да, дорого Да*
Возможность одновременной трелевки и погрузки в морской и речной транспорт Нет Нет Нет Да Да
Ориентировочная себестоимость лесосечных работ (без подготовительных, без строительства подъездных путей и т.д.) при трелевке до 1000 м, долл./м3 По данным разных предприятий 7-11 По данным разных предприятий 8-11 По данным разных предприятий 9-12 По данным разных предприятий 30-40 По данным разных предприятий 11-15
Зависимость от погодных условий Дождь
уменьшает
проходимость Нет Нет Туман, низкая облачность, ветер свыше, 14 м/с, сильный снег Ветер свыше 14 м/с, сильный снег уменьшает грузоподъемность
Зависимость от перена- грузки работающих механизмов Практически
нет

. Тросо-блочная
система. Тросо-блочная
система. Высокая, ограничения по времени непрерывной работы. Практически нет.
Металлоемкость конструкции Большая Большая, частая замена тросов Большая, частая замена тросов Большая Только лебедочный механизм
Ресурс оборудования Большой Большой
(лебедка) Большой
(лебедка) Маленький Большой
Монтажные и демонтажные работы по отношению к общему рабочему времени, проведенному на одной рабочей стоянке, пасеке, среднее расстояние трелевки 500 м, % Отсутствуют До 25 До 35 Отсутствуют До 7
Возможная общая площадь при обработке с одной стоянки (пасеки), га До 1,5 га До 2,5 га До 6 га Не имеет значение, ограничение по экономическим соображениям До 80 га
Возможность трелевки целых деревьев с соблюдением экологического эффекта. Да, эффект слабый Да, эффект слабый Да, возможно, эффект средний Да, возможно, эффект высокий Да, возможно, эффект высокий
Стоимость системы с аналогическими техническими возможностями. (только новое оборудование), тыс. дол. Комплекс (харвестер + форвардер): 500-700 При грузоподъемности 3 т:
80-180 При грузоподъемности 3 т:
150-250 На примере Ми-8МТВ: новый - 3500; после кап.ремонта - 1500 При
грузоподъемности 3,5 т: 250-300
Основные технико-эксплутационные параметры АКС-5
1. Аэростат:
- тип - луковичный;
- объем - 5150 мг;
- диаметр -21,2 м;
- высота — 25,6 м;
- подъемный газ - флегматизированный водород;
2. Лебедка:
- тип привода - электрический;
- максимальная мощность — 344 кВт;
- количество барабанов - 3 шт;
- канатоемкость 1-го барабана — 1800 л/;
- канатоемкость 2-го и 3-го барабана — по 3500 м;
3. Канат:
- тип (рекомендуемый) - синтетический Amsteel Blue;
- диаметр - 16 мм;
- разрывное усилие — 26769 кг;
- вес — 152 гр/м.пог.
4. Длина нижней части грузовой подвески:
- минимально - 150 м;
- оптимально - 200 м;
- максимально — 250 м.
5. Система управления - радио дистанционное с режимом пеленгации.
6. Скорость перемещения аэростата:
- порожнее состояние — при идеальных условиях до 5 м/с, при критических условиях до 2,8 м/с;
- груженное состояние - при идеальных условиях до 10 м/с, при критических условиях до 5 м/с;
7. Рейсовая нагрузка в течении года:
- минимальная - 3,29 мг;
- среднегодовая - 4,2 мъ;
- максимальная — 5,84 мг.
8. Расстояние трелевки:
- среднее-700м;
- максимальное - 1500 м.
9. Средняя часовая производительность - 35 м3/час.
Проведя анализ таблицы 1 (из 28 признаков сравнения), были сделаны следующие выводы:
валочно-пакетирующие машины имеют 13 положительных признаков сравнения (ППС);
полуподвесные канатные системы имеют 8 ППС;
подвесные канатные системы имеют 17 ППС;
вертолетная трелевка имеет 17 ППС;
аэростатные системы трелевки имеют 23 ППС.
Итак, видно, что воздушные системы трелевки имеют большое преимущество над использованием наземных и канатных средств лесозаготовки. Выбор между использованием воздушных средств трелевки «падает» на использование аэростатных систем, которые имеют над вертолетом следующее превосходство:
более бесшумная система;
лучшая безопасность труда;
себестоимость работ в несколько раз меньше;
меньшая металлоемкость;
более длинный ресурс оборудования;
более низкая стоимость системы.
Положительные качества аэростатно канатных систем трелевки:
Рейсовая нагрузка или грузоподъемность аэростатных систем может варьироваться путем создания новых моделей аэростатного носителя. В отличие от вертолета, для создания которого требуется весьма огромные капиталовложения и много времени (несколько лет), аэростатный носитель значительно дешевле и быстрее в изготовлении по времени в несколько раз.
Расстояние трелевки значительно длиннее, чем при использовании наземной техники и канатных систем.
Способ рубки как сплошной, так и выборочный.
Значительно меньше приходится строить дополнительных волоков, подъездных путей и усов, чем при использовании наземной техники и канатных систем.
Товарный вид у древесины на погрузочном пункте отличный, т. к. она транспортируется по воздуху и имеется возможность аккуратного и медленного подъема и опускания.
Так как основной процесс трелевки ведется по воздуху, то максимально сохраняется подрост и другие растущие деревья, а также не происходит повреждение почвенного покрова.
Возможность работы системы вдоль водоемов без нарушения насаждений и почвы.
Возможность работы в каньонах, причем с одновременной обработкой двух склонов с одной стоянки.
Возможность трелевки из-за склона с одной стоянки.
Крутизна склона значения не имеет: работает как при пологой местности, так и при очень крутой. Трелевка производится как вверх по склону, так и вниз.
Возможность погрузки и разгрузки автотранспорта.
Возможность погрузки и разгрузки речного и морского транспорта при отсутствии причала.
Возможность одновременной трелевки и погрузки в речной и морской транспорт.
Подготовительные, монтажные и демонтажные работы занимают значительно меньше времени (в несколько раз), чем при использовании канатных систем.
Система имеет более низкую металлоемкость по отношению к другим трелевочным системам.
В отличие от канатных систем, аэростатная система имеет минимальные нагрузки на канаты.
Отрицательными качествами аэростатных систем в сравнении с наземными видами лесозаготовительной техники являются:
Более высокая себестоимость трелевочных работ, чем при использовании наземной и канатной техники.
Более уязвима для погодных условий.
При определенной силе и направлении ветра уступает в производительности.
По капиталовложениям уступает только канатным установкам.
Расчет подьемной силы аэростата крана аэростата
Для расчетов стоек и растяжек можно воспользоваться методиками расчета строительных конструкций; для ориентировочного расчета подъемной силы (несущей способности) аэростатического покрытия можно использовать методики, выработанные в дирижаблестроении.
Ниже приведен ориентировочный расчет монообъемного аэростатического покрытия, позволяющий убедиться в правильности выбора объема и формы аэростата.
При расчете подъемной силы газонаполненных оболочек необходимо учитывать следующие факторы:
Вес материала оболочки.
Вес слоя воды от атмосферных осадков.
Вес полезной нагрузки, необходимой для функционирования данного типа сооружения, включая:
- вес осветительной аппаратуры;
- вес звукоусиливающих установок;
- вес ходовых мостиков для технического обслуживания.
4