Исследование процесса колебаний грузовой подвески лесотранспортной аэростатно-канатной системы

УДК

621.81+674

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2018.3.103

Аннотация

Одним из основных факторов, сдерживающих в Дальневосточном федеральном округе увеличение объемов лесозаготовок, проводимых в горной местности, является сложность технологического процесса первичной транспортировки древесины от точки заготовки до места складирования и погрузки. Около 30 % лесных площадей, на которых произрастает качественный и спелый древостой, находятся именно на склонах с крутизной свыше 20º, где традиционная техника либо не в состоянии вести заготовку древесины, либо выполняет ее с большими затратами и явными экологическими нарушениями. Опыт применения аэростатных систем транспортировки древесины доказал их технологическую и лесоводственную эффективность. Однако способ выборочного изъятия отдельно растущих деревьев требует дополнительного и разностороннего исследования, так как связан с конструктивными и технологическими особенностями аэростатных систем, в первую очередь с функционированием грузовой подвески и захватного механизма. Проведены практические и теоретические исследования процесса колебаний, возникающих в грузовой подвеске трехлинейной аэростатно-канатной системы, предназначенной для вертикального изъятия деревьев с их последующей транспортировкой. Разработана математическая модель, описывающая равновесие точки стыковки канатов аэростатно-канатной системы и ее перемещения при приложении произвольных нагрузок. С помощью полученной зависимости можно определять параметры колебаний трех взаимосвязанных точек грузовой подвески системы в различных условиях эксплуатации и в любое время ее функционирования. Установление расчетных значений параметров колебательного процесса грузовой подвески и, соответственно, отклонений грузозахватного механизма от точки захвата дерева позволяет выполнять проектирование технических параметров грузозахватных и лебедочных механизмов, предназначенных для процесса воздушной транспортировки (трелевки) древесины, с достаточно высокой степенью точности. На основании полученных результатов можно при выборочной заготовке леса более эффективно использовать технологические и конструктивные особенности аэростатно-канатных систем.

Сведения об авторах

А.В. Абузов, д-р техн. наук, проф.
П.Б. Рябухин, д-р техн. наук, проф.
Тихоокеанский государственный университет, ул. Тихоокеанская, д. 136, г. Хабаровск, Россия, 680042; e-mail: ac-systems@mail.ru, PRyabukhin@mail.khstu.ru

Ключевые слова

воздушная трелевка, аэростатно-канатная система, колебание и натяжение грузового каната, моделирование процесса колебаний

Литература

1. Абузов А.В. Агроэкология: формирование лесозаготовительных операций с учетом экологических требований // Инж. экология. № 1(103). 2012. С. 24–30.
2. Абузов А.В. Технические и конструктивные особенности современной аэростатно-канатной системы для трелевки древесины // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2013. № 1(93). С. 5–9.
3. Абузов А.В. Математическое моделирование основных параметров аэростатно-канатной системы для трелевки древесины АКС-5 // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 2(22). С. 136–140.
4. Абузов А.В. Методика определения усилий, возникающих в канатах трехлинейной аэростатно-канатной транспортной системы // Лесотехн. журн. 2014. Т. 4, № 3(15). С. 140–153.
5. Абузов А.В., Бернотас Р.В. Особенности лесозаготовительного процесса при вертикальном изъятии и транспортировке деревьев воздушным способом // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур: сб. докл. междунар. экол. семинара, Хабаровск, 6–8 мая 2015 г. / под ред. П.Б. Рябухина. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2015. С. 67–70.
6. Абузов А.В., Рябухин П.Б. Аэростатный транспорт для горных лесозаготовок в условиях Дальнего Востока: моногр. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. 199 с.
7. Голоскоков Д.П. Уравнения математической физики. Решение задач в системе Maple. СПб.: Питер, 2004. 539 с.
8. Козловский В.Б., Паршенцев С.А., Ефимов В.В. Вертолет с грузом на внешней подвеске / под ред. В.Б. Козловского. М.: Машиностроение / Машиностроение-Полет, 2008. 304 с.
9. Светлицкий В.А. Механика абсолютно гибких стержней. М.: Изд-во МАИ, 2001. 432 с.
10. Смирнов В.А. Висячие мосты больших пролетов. М.: Высш. шк., 1970. 408 с.
11. Aglietti G.S. Dynamic Response of a High-Altitude Tethered Balloon System // Journal of Aircraft. 2009. Vol. 46, no. 6. Pp. 2032‒2041.
12. Lambert C. Dynamics and Control of a Multi-Tethered Aerostat Positioning System. Monreal, Canada, 2006. 184 p. Available at: http://digitool.Library. McGill.CA:80/R/-?func=dbin-jump-full&object_id=1029 94&silo_library=GEN01 (дата обращения: 10.04.18).
13. Lambert C., Nahon M. An Aerostat Positioning System with Cable Control // Proc. 17th World Congress of the Intern. Federation of Automatic Control. Seoul, Korea, July 6‒11, 2008. Seoul, Korea, 2008. 6 p.
14. Monagan M.B., Geddes K.O., Heal K.M., Labahn G., Vorkoetter S.M., McCarron J., DeMarco P. Maple Introductory Programming Guide. Canada: Maplesoft, 2007. 387 p.
15. Wiley J.A. Systems and Methods for Aerial Cabled Transportation. Patent US8205835B2. 2012.

Поступила 12.03.18

Ссылка на английскую версию:

Investigation of Cargo Suspension Oscillations of the Timber-Hauling Aerial Logging System

UDC 634.0.372:628.733.34
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.3.103

Investigation of Cargo Suspension Oscillations of the Timber-Hauling Aerial Logging System

A.V. Abuzov, Doctor of Engineering Sciences, Professor
P.B. Ryabukhin, Doctor of Engineering Sciences, Professor
Pacific National University, ul. Tikhookeanskaya, 136, Khabarovsk, 680042, Russian Federation; e-mail: ac-systems@mail.ru, PRyabukhin@mail.khstu.ru

One of the main factors constraining the increase in logging volumes in the Far Eastern Federal District in the steep terrain is the complexity of the technological process for primary wood transportation from the point of harvesting to the place of storage and loading. About 30 % of forest areas with a high quality and mature forest stand are located on slopes with the ratio over 20˚, where traditional technology is either unable to harvest timber, or performs it with high costs and with clear ecological disturbance. The experience of the use of balloon systems of timber transportation has proved their technological and silvicultural efficiency. However, the method of selective removal of separately growing trees requires additional and comprehensive research, since it is associated with the structural and technological features of balloon systems, primarily with the functioning of a cargo suspension with a gripping mechanism. The paper presents the results of practical and theoretical studies of the oscillation process occurring in the cargo suspension of a trilinear aerial skidding system designed for vertical harvesting of trees with their subsequent transportation. A mathematical model describing the equilibrium of the point of joining of the aerial skidding system and its movement under arbitrary loads is developed. The dependence obtained allows determining the vibration parameters of three interconnected points of the system cargo suspension under various operating conditions and at any given time. The calculated values of parameters of the oscillating process of the cargo suspension and the deviations of the load gripping mechanism from the point of tree getting, allow undertaking the design of technical parameters of load gripping and winch mechanisms intended for the air transportation of timber very accurately. On the basis of the obtained results, technological and constructive features of aerial skidding systems can be used in selective logging more efficiently.

Keywords: aerial logging, aerial skidding system, hauling cable oscillation and tension, oscillation process simulation.

REFERENCES
1. Abuzov A.V. Agroekologiya: formirovanie lesozagotovitel'nykh operatsiy s uchetom ekologicheskikh trebovaniy [Agroecology: the Formation of Ecologically Based Timber-Harvesting Operations]. Inzhenernaya ekologiya [Engineering Ecology], 2012, no. 1(103), pp. 24–30.
2. Abuzov A.V. Tekhnicheskie i konstruktivnye osobennosti sovremennoy aerostatno-kanatnoy sistemy dlya trelevki drevesiny [Technical and Design Features of the Modern Aero Stately Rope System of Delivery of Wood]. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2013, no. 1(93), pp. 5–9.
3. Abuzov A.V. Matematicheskoe modelirovanie osnovnykh parametrov aerostatno-kanatnoy sistemy dlya trelevki drevesiny AKS-5 [Mathematical Modelling of the Key Parameters of Aerial Skidding System AKS-5]. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2014, no. 2(22), pp. 136–140.
4. Abuzov A.V. Metodika opredeleniya usiliy, voznikayushchikh v kanatakh trekhlineynoy aerostatno-kanatnoy transportnoy sistemy [Method of Determining the Forces Arising in the Ropes of Trilinear Balloon-Cable Transport System]. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal], 2014, vol. 4, no. 3(15), pp. 140–153.
5. Abuzov A.V., Bernotas R.V. Osobennosti lesozagotovitel'nogo protsessa pri vertikal'nom iz"yatii i transportirovke derev'ev vozdushnym sposobom [Features of the Logging Process with Vertical Extraction and Transportation of Trees by Air]. Filosofiya sovremennogo prirodopol'zovaniya v basseyne reki Amur: sb. dokl. mezhdunar. ekol. seminara, Khabarovsk, 6–8 maya 2015 g. [Philosophy of Modern Nature Management in the Amur River Basin: Proc. Intern. Ecological Workshop, Khabarovsk, May 6‒8, 2015]. Ed. by P.B. Ryabukhin. Khabarovsk, PNU Publ., 2015, pp. 67–70. (In Russ.)
6. Abuzov A.V., Ryabukhin P.B. Aerostatnyy transport dlya gornykh lesozagotovok v usloviyakh Dal'nego Vostoka: monogr. [Aerostat Transport for Mountain Logging in the Far East]. Khabarovsk, PNU Publ., 2013. 199 p. (In Russ.)
7. Goloskokov D.P. Uravneniya matematicheskoy fiziki. Reshenie zadach v sisteme Maple [Equations of Mathematical Physics. Problem-Solving in the Maple System]. Saint Petersburg, Piter Publ., 2004. 539 p. (In Russ.)
8. Kozlovskiy V.B., Parshentsev S.A., Efimov V.V. Vertolet s gruzom na vneshney podveske [Helicopter with a Load on the External Suspension]. Ed. by V.B. Kozlovskiy. Moscow, Mashinostroenie / Mashinostroenie-Polet Publ., 2008. 304 p. (In Russ.)
9. Svetlitskiy V.A. Mekhanika absolyutno gibkikh sterzhney [Mechanics of Absolutely Slender Columns]. Moscow, MAI Publ., 2001. 432 p. (In Russ.)
10. Smirnov V.A. Visyachie mosty bol'shikh proletov [Cable Bridges of Large Spans]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1970. 408 p. (In Russ.)
11. Aglietti G.S. Dynamic Response of a High-Altitude Tethered Balloon System. Journal of Aircraft, 2009, vol. 46, no. 6, pp. 2032‒2041.
12. Lambert C. Dynamics and Control of a Multi-Tethered Aerostat Positioning System. Monreal, Canada, 2006. 184 p. Available at: http://digitool.Library.McGill.CA: 80/R/-?func=dbin-jump-full&object_id=1029 94&silo_library=GEN01 (accessed 10.04.2018).
13. Lambert C., Nahon M. An Aerostat Positioning System with Cable Control. Proc. 17th World Congress of the Intern. Federation of Automatic Control. Seoul, Korea, July 6‒11, 2008. Seoul, Korea, 2008. 6 p.
14. Monagan M.B., Geddes K.O., Heal K.M., Labahn G., Vorkoetter S.M., McCarron J., DeMarco P. Maple Introductory Programming Guide. Canada, Maplesoft, 2007. 387 p.
15. Wiley J.A. Systems and Methods for Aerial Cabled Transportation. Patent US8205835B2, 2012.

Received on March 12, 2018

---

For citation: Abuzov A.V., Ryabukhin P.B. Investigation of Cargo Suspension Oscillations of the Timber-Hauling Aerial Logging System. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2018, no. 3, pp. 103–116. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.3.103