ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГРУЗОВ ПРИ ОСВОЕНИИ НЕОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

УДК 629.113

Петров А.А.

Петров Александр Александрович - конструктор-изобретатель болотно-шагающих технологических машин, лауреат Всероссийского конкурса «Инженер года», внештатный научный сотрудник кафедры технологических машин и оборудования ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Академическая, 12, tverotk@mail.ru

Зюзин Б.Ф.

Зюзин Борис Федорович - д. т. н., профессор, лауреат Премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники, заведующий кафедрой технологических машин и оборудования ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Академическая, 12, zbfru@yandex.ru

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГРУЗОВ ПРИ ОСВОЕНИИ НЕОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ

Аннотация. Значительная территория России занята труднопроходимыми неосушенными торфяными болотами, в земных недрах которых находятся большие запасы природных ископаемых. Отсутствие технологии транспортирования грузов по болоту и высокопроходимой болотоходной техники препятствует выявлению и освоению природных богатств этих территорий, усложняет и удорожает промышленное освоение новых месторождений. Для эффективного решения ряда вопросов, связанных с освоением болот, предлагаются технологии и оборудование для транспортирования различных грузов по неосушенным торфяным болотам любой категории сложности при использовании высокопроходимых шагающих болотоходов (болотных тягачей).

Ключевые слова: неосушенные болота, освоение болот, транспортирование грузов по болоту, способы транспортирования грузов, устройства для транспортирования грузов, шагающий болотоход, болотный тягач, прицепной понтон.

Petrov АА.

Petrov Alexander Alexandrovich - designer and inventor of mire-walking technological machines, freelance researcher at the Chair of Technological Machines and Equipment of the Tver State Technical University, Tver, Akademicheskaya str., 12, tverotk@mail.ru

Zyuzin B.F.

Zyuzin Boris Fedorovich - Dr. Sc., Prof., Head of the Chair of Technological Machines and Equipment of the Tver State Technical University, Tver, Akademicheskaya str., 12, zbfru@yandex.ru

TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT FOR CARGO TRANSPORTATION IN THE DEVELOPMENT OF UNDRIED PEAT BOGS

Abstract. A significant part of Russia is occupied by impenetrable undried peat bogs, in the bowels of which there are large reserves of natural resources. The lack of technology for transporting goods through the swamp and highly passable swamp-walking equipment prevents the identification and development of the natural resources of these territories, complicates and increases the cost of industrial development of new deposits. In order to effectively solve a number of issues related to the development of swamps, technologies and equipment are offered for transporting various cargoes through undrilled peat bogs of any complexity category using highly passable walking swamp walkers (swamp tractors).

Keywords: undried swamps, development of swamps, transportation of goods through the swamp, methods of cargo transportation, devices for transporting goods, walking swamp walker, swamp tractor, trailed pontoon.

Необходимость освоения неосушенных торфяных болот

Главные сокровища России - полезные ископаемые, такие как торф, нефть, газ и другие, кроются в ее земных недрах, значительная часть которых расположена на территории неосушенных торфяных болот, площадь которых вместе с заболоченными землями составляет примерно 1 млн км2, или 37% площади болот мира.

Неосушенные торфяные болота расположены в России на севере ее европейской части и преимущественно в Западной Сибири. При этом в западносибирских природных кладовых сосредоточено более половины всех запасов торфа России. А запасы нефти только в Западной Сибири определяются миллиардами тонн, природных газов - триллионами кубических метров.

Освоение таких болот - это овладение болотами, включение их в круг хозяйственной деятельности для удовлетворения нужд человека.

Сложности, связанные с освоением неосушенных торфяных болот

Освоение торфяных, нефтяных, газовых и других месторождений, расположенных на территории неосушенных торфяных болот, связано с большими трудностями. Необходимо решать сложные проблемы при разведке месторождений, их разработке, добыче и транспортировке полезных ископаемых через болота, которые имеют высокую влажность, слабую несущую способность и являются непроходимыми для большинства гусеничных и колесных машин, выполненных в болотном исполнении. Гусеничные и колесные машины вязнут и тонут в болоте, а вездеходы, которые обладают плавучестью, могут передвигаться по растительному покрову болота, но при его разрушении (прорыве) теряют свою проходимость из-за недостаточного сцепления их движителей с болотной почвой. Такие вездеходы не могут не только транспортировать какой-либо груз по болоту, они даже сами не могут передвигаться в рассматриваемых условиях.

При этом тяговое усилие на их крюке равно нулю. Кроме того, гусеничные и колесные машины своей ходовой частью значительно нарушают деятельный слой почвы, что в последние годы вызывает все больше нареканий со стороны экологов.

Виды работ по транспортированию грузов по болотам при их освоении

Виды работ по транспортированию грузов по болотам многообразны.

Они зависят от особенностей хозяйственного использования болот и других факторов. Ниже перечислена лишь небольшая часть тех работ, которые могут выполняться по транспортированию грузов по болоту.

К ним относятся:

- в торфяной промышленности: перевозка торфа, вывозка древесной растительности и пней к разделочным площадкам и на склад, перевозка различного технологического оборудования и других грузов;

- в нефтегазовой промышленности: доставка труб к местам их монтажа, перевозка изоляции и утяжеляющих грузов (пригрузов) для труб, а также анкерных устройств и другого оборудования при строительстве трубопроводов на переходах через болота в летнее время;

- в транспортном строительстве: доставка различных материалов и оборудования для прокладки автомобильных дорог через болота;

- при рекультивации поверхности нефтезагрязненных болотных почв в зависимости от используемого способа: вывозка срезанного верхнего слоя загрязненного торфяного грунта с болота на суходол для последующей утилизации, доставка мелиоранта, биодеструктора, органо-минеральных удобрений и семян к очагам загрязнений.

Актуальность разработки и внедрения технологий и устройств для транспортирования грузов по труднопроходимым болотам

Отсутствие эффективных технологий транспортирования грузов по труднопроходимым болотам, в том числе неосушенным с водными преградами, отсутствие высокопроходимых и экологичных плавающих шагающих болото-ходных машин и другого оборудования для осуществления указанных технологий препятствует выявлению и освоению природных богатств этих территорий, усложняет и удорожает промышленное освоение новых месторождений.

С началом широкомасштабного освоения труднопроходимых болот, какими, в чатности, являются болота Западной Сибири, имеющие крупные запасы полезных ископаемых, а так-

же с началом проведения широких работ по рекультивации нефтезагрязненной поверхности болотных почв становится актуальной разработка и внедрение в народное хозяйство эффективных технологий и высокопроходимых устройств для транспортирования строительных изделий и различного оборудования на территории месторождений, а также вывозки с указанных территорий различных материалов.

Базовые машины, рекомендуемые к применению в технологических процессах транспортирования грузов по неосушенным болотам

В связи с низкими показателями по проходимости существующих гусеничных и колесных машин еще на первом этапе работ на кафедре «Торфяные машины и комплексы» Калининского политехнического института была разработана и изготовлена физическая модель высокопроходимой болотоходной машины с шагающим движителем - шагоход. А в лаборатории кафедры и на ее полигоне были выполнены предварительные исследования тягово-сцепных свойств шагохода [1].

Шагоход был разработан на основании изучения свойств неосушенных торфяных залежей с точки зрения проходимости по ним болотоходных машин, критического анализа существующих конструкций болотоходных машин с различным типом движителей, разработки требований, предъявляемых к боло-тоходным машинам, и анализа результатов испытаний ранее изготовленных малогабаритных моделей шагающих движителей различных конструкций.

Исследовались такие параметры шагахода, как тяговое усилие Т, тяговая мощность N и буксование S. Исследования проводились на относительно твердом торфоминеральном грунте эксплуатационной влажности, а также на сильнообводненном и сильнодеформируемом торфоминеральном грунте, влажность которого и другие физико-механические свойства были близки к свойствам неосушенной торфяной залежи.

Масса шагохода составляла 270 кг, габаритные размеры по длине и ширине соответственно 1,5 и 1 м, мощность приводного электродвигателя 1,5 кВт, длина шага между опорами 0,734 м, скорость передвижения 0,136 м/с, а среднее давление под опорами 6 кПа.

К шагоходу присоединялся прицеп, выполненный из прямоугольного стального листа, с размерами по длине и ширине соответственно 0,9 м и 0,8 м. Он имел массу 12,5 кг и нагружался различными грузами (рис. 1).

Рис. 1. Физическая модель шагохода с прицепом Fig. 1. Physical model of a walker with a trailer

Тяговая мощность N модели шагающего движителя определялась по формуле

N = Т • W,

где Т - сила тяги на крюке шагохода, измеряемая динамометром.

Буксование S шагохода определялось по формуле

S = (Wr - W) / Wr,

где Wr - теоретическая поступательная скорость его движения; W - действительная поступательная скорость движения, определяемая по пройденному пути и времени, измеряемым соответственно рулеткой и секундомером.

На рис. 2 приведены графики, характеризующие тягово-сцепные свойства шагохода, не оснащенного грунтозацепами.

Результаты экспериментальных исследований физической модели и анализ приведенных графиков зависимостей тяговой мощности N и буксования S шагающего движителя шагохода от силы тяги на его крюке Т позволили сделать следующие выводы:

- шагающий движитель способен развивать значительные тяговые усилия при его использовании в качестве тягача;

- использование шагающего движителя в качестве тягача для перевозки различных грузов на прицепе выгоднее, чем его использование в качестве грузовой платформы.

При использовании шагающего движителя

в качестве тягача, кроме возможности перевозки груза значительно большего веса, появля-

Рис. 2. Зависимости тяговой мощности N и буксования S шагохода от силы тяги на его крюке Т для торфоминеральных грунтов: осушенного (верхний график) и неосушенного (нижний график)

Fig. 2. The dependence of the traction power N and the slipping S of the walker on the traction force on its hook T for peat mineral soils: drained (upper graph) and not drained (lower graph)

ется и возможность снижения давления под его опорами за счет нагружения платформы прицепа;

- грузоподъемность модели шагающего движителя при ее передвижении по неосушенному торфоминеральному грунту составила примерно 78 % от грузоподъемности, которая была определена при передвижении по осушенному грунту. Потери грузоподъемности в 22 % на обводненном грунте следует отнести в основном за счет преодоления усилия присоса шагающих опор к вязкому грунту;

- тяговая мощность шагающего движителя при движении по горизонтальной поверхности с постоянной скоростью изменяется по закону, близкому к параболе. При этом с увеличением силы тяги на крюке тяговая мощность вначале увеличивается, а затем падает в связи с увеличением буксования. Следствием буксования является уменьшение действительной поступательной скорости шагающего движителя.

Оптимальным считается режим работы движителя при максимальной тяговой мощности. Исходя из тяговой характеристики шагохода, оптимальный режим работы для его движителя будет при силе тяги на крюке Т = 1,8 кН - при движении по осушенному торфоминеральному грунту и Т * 1,3 кН - при движении по обводненному торфоминеральному грунту.

Очевидно, что шагающий движитель, опоры которого оснащены грунтозацепами, по сравнению с опорами без грунтозацепов, способен развивать большие тяговые усилия.

Испытания физической модели шагающего движителя позволили определить его технические возможности и выявить положительные качества по проходимости, необходимые при использовании в болотоходных машинах, в том числе высокие тягово-сцепные свойства. Результаты предварительных исследований физической модели шагохода послужили основой для создания натурных образцов высокопроходимых шагающих болотоходов БШ-1 и шагающих болотных тягачей БТ-1.

Исследование тягово-сцепных свойств шагающих машин БШ-1 и БТ-1 проводилось в Тверской области на верховом торфяном месторождении «Галицкий Мох» Конаковского района и в Западной Сибири на неосушенной торфяной залежи Федоровского нефтегазового месторождения в Сургутском районе Тюменской области.

Участок испытаний на месторождении «Галицкий Мох» близок по своим свойствам к гря-дово-мочажинному комплексу и представляет собой сильнообводненную торфяную залежь, образовавшуюся на местах старых карьеров и состоящую из сравнительно однородных мочажин и сплавин с резко выраженной двухслойной структурой (деятельный слой торфяной залежи, покоящийся на разжиженном основании). Древесный ярус сильно угнетен и разрежен. На грядах встречается сосна высотой 2-3 м. Древесная и кустарниковая растительность на мочажинах и сплавинах отсутствует. Травяной ярус представлен пушицей, моховой покров sph. fuscum, sph. magellanicum, sph. cuspidatum, sph. majus. Глубина залежи 2-4 м, уровень грунтовых вод 0,25 м, степень разложения 0-5 %, влажность 92-96 % и более, пни-стость 0 %. Водоносный слой, подстилающий залежь, состоит из песка с примесью гравия в нижних слоях.

Участок испытаний на Федоровском нефтегазовом месторождении представляет собой неосушенную торфяную залежь верхового типа с грядово-мочажинным и грядово-озерными комплексами растительности на поверхности и отличается высокой влажностью. На грядах встречается сосна высотой 1-2 м. Травяной ярус представлен пушицей и морошкой, моховой покров sph. fuscum. Глубина залежи 4-6 м, уровень грунтовых вод 0-0,2 м, степень разложения 0-5 %, влажность 94-97 % и более, пнистость 0 %.

Для исследования тягово-сцепных свойств натурных образцов машин использовался прицеп понтонного типа (тензостанция), который соединялся с болотоходами БШ-1 и БТ-1 с помощью жесткой и гибкой сцепок, а тяговое усилие определялось как с помощью обычного динамометра, так и с использованием динамометрического звена (рис. 3-5). Изменение тягового усилия на крюке достигалось за счет нагружения прицепа металлическими и железобетонными грузами, песком и торфом [2].

Прочность торфяной залежи на сдвиг определялась сдвигомером-крыльчаткой СК-10

Рис. 3. Транспортирование шагающим болотоходом БШ-1 груза на прицепном понтоне на жесткой сцепке

Fig. 3. Transportation by a walking swamp walker BS-1 cargo on a towed pontoon on a rigid coupling

Рис. 4. Жесткая сцепка с динамометрическим звеном между шагающим болотоходом БШ-1 и прицепом

Rice. 4. Rigid coupling with a dynamometric link between the walking swamp walker BSH-1 and the trailer

конструкции профессора Л.С. Амаряна. Интервал измерения вдоль трассы движения составлял 1 м. Зондирование производилось послойно на глубинах 0; 0,25 и 0,5 м от поверхности грунта до верхнего среза крыльчатки.

В результате экспериментальных исследований для шагающих движителей болото-ходных машин БШ-1 и БТ-1 были получены, кроме прочего, зависимости их максимальных тяговых усилий Т к max от прочности грунта на сдвиг т (рис. 6).

Рис. 5. Транспортирование шагающим болотным тягачом БТ-1 груза на понтоне с использованием гибкой сцепки в виде стального каната и лебедки

Fig. 5. Transportation of cargo by a walking BT-1 swamp tractor on a pontoon using a flexible coupling in the form of a steel rope and a winch

Рис. 6. Зависимость максимальных тяговых усилий Тк max шагающих движителей от прочности грунта на сдвиг т неосушенной торфяной залежи верхового типа: 1 - для шагающего болотохода БШ-1; 2 - для шагающего болотного тягача БТ-1

Fig. 6. The dependence of the maximum traction forces Tc max of walking propellers on the shear strength of the soil of an undried peat deposit of the riding type: 1 - for a walking swamp walker BS-1; 2 -for a walking swamp tractor BT-1

Графики зависимостей показывают, что шагающий движитель на неосушенной торфяной залежи обладает высоким тяговым усилием на крюке. Так, на неосушенной торфяной залежи со средней прочностью грунта на сдвиг около 12 кПа движители болотоходов БШ-1 и БТ-1 без грунтозацепов развивают тяговые усилия соответственно около 80 и 120 кН.

Максимальное тяговое усилие, развиваемое болотоходом БШ-1 на неосушенной торфяной залежи с ненарушенным деятельным слоем прочностью на сдвиг 6,5 кПа или 0,65 кг/см2 по предельным напряжениям, составило около 30 кН. При этом рабочее тяговое усилие, определяемое по критериям мощности двигателя и прочности трансмиссии, составляет 75-80 кН.

Расчеты и тензометрические исследования показали, что двигатель мощностью 58,8 кВт, установленный на шагающем болотоходе БШ-1, позволяет последнему на неосушенной торфяной залежи прочностью на сдвиг 5-7 кПа развивать поступательную скорость движения до 2,5-3 км/ч при транспортировке на прицепе груза массой до 4,6 т без использования специальных грунтозацепов [3].

Исследования показали, что болотоход с шагающим движителем без использования активных грунтозацепов на неосушенной торфяной залежи способен развивать значительные тяговые усилия. В то же время использование специальных (активных) грунтозацепов существенно повышает тяговое усилие и эффективность передвижения шагающего болотохода по слабонесущему торфяному грунту [4].

Результаты исследования натурных образцов машин БШ-1 и БТ-1 послужили основой для создания серийных образцов высокопроходимых самоходных шагающих плавающих транспортных средств различных размерных групп, способных передвигаться по болотам любой категории сложности, в том числе по болотам с водными преградами в виде окон в мочажинах. Такие самоходные транспортные средства или болотоходные шагающие машины в последнее время успешно себя зарекомендовали в Западной Сибири на различных работах в условиях труднопроходимых неосушенных торфяных болот [5].

На основании проведенных исследований и производственных испытаний в качестве базовых устройств, которые могут быть применены в различных технологических процессах транспортирования грузов по не-

осушенным болотам, рекомендуется использовать высокопроходимые плавающие шагающие болотоходы, оснащенные активными грунтозацепами [4, 5], а также снабженные современными автоматическими устройствами для управления грунтозацепами и для управления движением машин на повороте [6-8]. Применение автоматических устройств управления активными грунтозацепами на серийных шагающих болотоходных машинах БШМ и БШМ-1 позволит существенно упростить управление ими и повысить их тягово-сцепные свойства и проходимость за счет своевременного автоматического включения и выключения грунтозацепов, что обеспечит возможность использования машин преимущественно в качестве болотных тягачей при транспортировании нагруженных прицепов по болотам любой категории сложности. А применение автоматических устройств управления процессом поворота позволит увеличить их маневренность (поворотливость), снизить затраты энергии на повороте, а также снизить утомляемость машиниста при управлении поворотом.

Способы и устройства

для транспортирования грузов

по неосушенному болоту

При использовании шагающего болотохода в качестве болотного тягача разработано несколько технологических способов транспортирования грузов по неосушенному болоту, основные из которых приведены в табл. 1.

Способ № 1 - транспортирование груза по болоту на любые расстояния болотоходом «на себе».

Способ № 1 - это обычный способ, при котором груз перевозится по болоту непосредственно на болотоходе, а именно в его кузове или на его специальной грузовой площадке. Данный способ проверен на практике.

Примером устройства для перевозки груза указанным способом может служить один из промышленных образцов шагающего болотохода БШМ-1, который был изготовлен по заказу ООО «Коммунальник» и введен в эксплуатацию на рекультивации болот в Тюменской области (рис. 7).

На болотоходе были установлены навесная фреза и съемная грузовая площадка грузоподъемностью 500 кг, на которой перевозились химические реагенты, биодиструктор, овес, семена многолетних трав и другие грузы

Таблица 1. Наименование основных способов транспортирования грузов по неосушенному болоту с

использованием шагающих болотоходов (болотных тягачей)

№ способа по п/п Наименование способа Применяемые машины и оборудование Примечание (основные преимущества и недостатки способа)

1. Транспортирование груза по болоту на любые расстояния болотоходом «на себе» Болотоход, оснащенный активными грунтозацепами и грузовой площадкой (кузовом) Преимущества: высокая мобильность и маневренность. Недостаток: относительно небольшая масса перевозимого груза

2. Транспортирование болотоходом по болоту груза, расположенного на прицепном понтоне, на любые расстояния с использованием сцепного устройства(сцепки) постоянной длины Болотоход, оснащенный активными грунтозацепами; прицепной понтон; сцепное устройство постоянной длины (жесткая сцепка или, как вариант, гибкая сцепка) Преимущество по сравнению со способом № 1: транспортирование груза значительно большей массы. Недостаток: несколько меньшая мобильность и маневренность

3. Транспортирование болотоходом по болоту груза, расположенного на прицепном понтоне, на любые расстояния с использованием изменяемого по длине сцепного устройства Болотоход, оснащенный активными грунтозацепами и лебедкой; прицепной понтон; сцепное устройство изменяемой длины в виде стального каната, соединяющего прицепной понтон с лебедкой Преимущество по сравнению со способами № 1 и № 2:транспортирование груза значительно большей массы. Недостаток: меньшая скорость транспортирования груза

4. Транспортирование болотоходом по болоту группы грузов, расположенных на прицепных понтонах, на любые расстояния с использованием несамоходного понтона и изменяемого по длине сцепного устройства Болотоход, оснащенный активными грунтозацепами и двухзаходной лебедкой; несамоходный понтон, на котором установлен обратный блок, связанный тросом с лебедкой, и якорь, имеющий привод от обратного блока Преимущество по сравнению со способами № 1 и № 2:транспортирование груза значительно большей массы. Преимущество по сравнению со способом № 3: возможность перевозки поочередно двух или нескольких прицепных понтонов с грузами без выполнения тягачом порожних рейсов

для рекультивации нефтезагрязненных болотных почв.

Болотоход производил восстановления нарушенных земель с использованием метода сплошного фрезерования болотной почвы с внесением в нее химических реагентов, био-диструктора, нефтеокисляющих бактерий и других материалов.

Масса груза, перевозимого непосредственно на болотоходе, или грузоподъемность болотохода, ограничена условиями эксплуатации.

При увеличении массы перевозимого груза возрастают осадка шагающих опор в грунт и сила сопротивления их передвижению, из-за чего снижаются проходимость машины и ее тягово-сцепные свойства.

А на сильнообводненном грунте, свойства которого приближаются к свойствам жидкости, ухудшаются такие показатели проходимости, как плавучесть и устойчивость.

Преимущества и недостатки рассмотренного способа № 1 приведены в табл. 1.

Рис. 7. Схема шагающего болотохода БШМ-1, оснащенного грузовой площадкой: 1 - рама; 2 - привод опор; 3 - левая боковая опора (понтон); 4 - средняя опора (понтон); 5 - силовая установка; 6 - задняя балка; 7 - грунтозацеп боковых опор; 8 - грунтозацеп средней опоры; 9 - дополнительный понтон (левый); 10 - фреза для рекультивации грунта; 11 - грузовая площадка

Fig. 7. Diagram of a walking swamp walker BSHM-1 equipped with a cargo platform: 1 - frame; 2 - support drive;

3 - left side support (pontoon); 4 - middle support (pontoon); 5 - power plant; 6 - rear beam; 7 - ground hook of side supports; 8 - ground hook of the middle support; 9 - additional pontoon (left); 10 - milling cutter for soil reclamation; 11 - cargo area

Способ № 2 - транспортирование болотоходом по болоту на любые расстояния груза, расположенного на прицепном понтоне, с использованием сцепного устройства(сцепки) постоянной длины.

По сравнению со способом № 1, шагающие опоры болотохода имеют меньшую осадку в грунт, а грунт оказывает ему меньшее сопротивление при передвижении. При этом возникает большая сила тяги на крюке болотохода, и он имеет возможность на прицепе тянуть груз большей массы.

Способ № 2 также проверен на практике.

Примерами таких способов являются указанные выше способы транспортирования прицепного понтона с грузом шагающим болотоходом БШ-1 (рис. 3) с использованием жесткой сцепки (рис. 4) и шагающим болотным тягачом БТ-1 с использованием гибкой сцепки в виде стального каната (троса) при выключенной из работы лебедки (рис. 5).

Как было отмечено выше, для транспортирования грузов по болоту выгоднее использовать болотоходы в качестве тягачей, которые перевозят груз не на себе, а на прицепном понтоне.

За счет нагружения прицепного понтона не повышается давление под опорами тягача. При этом на прицепном понтоне имеется возможность перевозки грузов большой массы.

С целью механизации транспортирования груза способом № 1, в частности механизации процесса разгрузки груза при перевозке пней, торфа, удобрений и ряда сыпучих материалов на прицепном понтоне, последний желательно

оборудовать саморазгружающейся тележкой с бортами и подвижным дном (рис. 8).

Разгрузка тележки прицепа по способу № 1 производится при включении в работу ее подвижного дна - транспортера, привод которого осуществляется от гидромотора, приводимого в движение от гидростанции тягача. Разгрузка тележки может производиться как при движении машины, так и во время ее стоянки.

На неосушенном болоте, которое имеет прочность грунта на сдвиг 6 кПа, шагающий болотоход второй размерной группы [8] может перевозить на прицепном понтоне на жесткой сцепке груз массой 2500 кг и более, что в 5 раз больше массы груза, перевозимого на себе.

Из приведенных выше графиков (рис. 6) следует, что на болоте с уменьшением прочности торфяного грунта уменьшается и тяговое усилие болотоходной машины, и масса перевозимого груза. Поэтому для буксирования грузов большой массы по слабым грунтам на прицепных понтонах разработаны и приведены ниже еще несколько способов.

Способ № 3 - транспортирование болотоходом по болоту груза, расположенного на прицепном понтоне, на любые расстояния с использованием изменяемого по длине сцепного устройства.

Способ № 3 проверен на практике при работе лебедки тягача БТ-1 и подтягивании к нему прицепного понтона (рис. 5).

При использовании данного способа транспортирования груза соединение прицепа с тягачом производится с помощью лебедки и каната. Причем канат одним своим концом

Рис. 8. Транспортирование шагающим болотоходом на жесткой сцепке прицепного понтона, оборудованного саморазгружающейся тележкой с бортами и подвижным дном: 1 - шагающий болотоход; 2 - гидростанция с приводом от ВОМ тягача; 3 - кузов тележки; 4 - подвижное дно (транспортер);

5 - понтон; 6 - сцепное устройство постоянной длины

Fig. 8. Transportation by a walking swamp walker on a rigid coupling of a trailed pontoon equipped with a selfunloading trolley with sides and a movable bottom: 1 - a walking swamp walker; 2 - a hydroelectric power station driven by a tractor; 3 - trolley body; 4 - movable bottom (conveyor); 5 - pontoon; 6 - coupling device of constant length

соединен с прицепом, а другим - закреплен на барабане лебедки, которая установлена на раме тягача в его задней части. Привод лебедки осуществляется от силовой установки тягача.

При таком способе расстояние между тягачом и прицепом при транспортировании груза изменяется за счет разматывания каната на барабане лебедки или, наоборот, за счет его наматывания на барабан.

А сам процесс транспортирования груза может быть разделен на два этапа, как это показано на примере работы болотохода и прицепа в виде саморазгружающейся тележки (рис. 9, 10).

На первом этапе прицеп с грузом остается неподвижным, а тягач порожняком движется вперед в необходимом направлении на расстояние, максимальная величина которого равна канатоемкости барабана лебедки (рис. 9). При разматывании каната барабан лебедки отклю-

чают от привода. При этом барабан во избежание произвольного вращения подтормаживается, например, подпружиненным дисковым тормозом.

После размотки каната болотоход останавливают и заякоривают с помощью активных грунтозацепов. На втором этапе включают в работу лебедку. При наматывании каната на барабан происходит подтягивание прицепа с грузом к тягачу (рис. 10).

Далее цикл работы по транспортированию прицепа с грузом повторяется. В конечном пункте тележка разгружается с помощью подвижного дна.

Для разгрузки тележки гидроприводом требуется ее подтягивание к болотоходу лебедкой и подсоединение к ее гидромотору рукавов высокого давления от гидростанции тягача с помощью быстроразъемных соединений.

Рис. 9. Операция передвижения болотохода по болоту без прицепного понтона. Прицепной понтон, оборудованный саморазгружающейся тележкой, неподвижен, а болотоход движется. Барабан его лебедки отключен от привода и вращается, а канат разматывается: 1 - болотоход; 2 - гидростанция;

3 - кузов тележки; 4 - подвижное дно тележки; 5 - понтон (понтоны); 6 - тяговая лебедка; 7 - стальной канат; 8 - активные грунтозацепы (якорь)

Fig. 9. The operation of moving a swamp walker through a swamp without a trailed pontoon. The trailed pontoon, equipped with a self-unloading trolley, is stationary, and the swamp walker is moving. The drum of its winch is disconnected from the drive and rotates, and the rope is unwound: 1 - swamp walker; 2 - hydroelectric power station; 3 - trolley body; 4 - movable bottom of the trolley; 5 - pontoon (pontoons); 6 - traction winch;

7 - steel rope; 8 - active ground hooks (anchor)

Рис. 10. Операция передвижения по болоту прицепного понтона. Болотоход неподвижен и заякорен, барабан лебедки вращается ее приводом, канат наматывается на барабан, а понтон перемещается к болотоходу

Fig. 10. The operation of moving a trailer pontoon through the swamp. The swamp walker is stationary and anchored, the drum of the winch rotates by its drive, the rope is wound on the drum, and the pontoon moves to the swamp walker

Масса перевозимого на прицепе груза зависит от многих факторов, в том числе от физико-механических свойств грунта, тягово-сцепных свойств шагающего движителя и силы тяги лебедки.

При использовании способа № 3 по сравнению со способом № 2 значительно повышается проходимость тягача при движении по болоту без прицепа (порожняком), а также в 2-3 раза повышается масса перевозимого на прицепе груза. При этом сила тяги болотохода определяется силой его удержания якорем и тяговым усилием лебедки.

Из сказанного выше следует, что транспортирование груза на понтоне способами № 2 и 3 осуществляется путем подтягивания понтона с грузом канатом лебедки к транспортному средству, которое предварительно заякоривается.

Рассмотренные способы № 1-3 и устройства для их осуществления имеют ограничение, которое состоит в невозможности перевозки группы грузов на прицепных понтонах по болоту из-за необходимости индивидуальной перевозки каждого понтона с грузом и выполнения тягачом порожних рейсов, число которых пропорционально количеству отдельных понтонов с грузом.

Способ № 4 - транспортирование болотоходом по болоту группы грузов на прицепных понтонах на любые расстояния с использованием несамоходного понтона и изменяемого по длине сцепного устройства.

Устройство для транспортирования группы грузов по болоту (рис. 11) содержит основное самоходное плавающее транспортное средство -болотоход 1, на корме которого смонтирована двухзаходная лебедка 2, имеющая привод 3 от реверсивного двигателя 4 на два одинаковых

соосно расположенных тяговых барабана 5 и 6, а на носу - активные грунтозацепы или якорь 7, управляемый от гидросистемы болотохода 1 [9].

Обводной блок 8 установлен на носу несамоходного понтона 9 и соединен с барабанами 5 и 6 лебедки 2 с помощью стального каната 10, состоящего из набора последовательно связанных между собой соединительными элементами отдельных отрезков 11 (поз. 11 не показана), на конце которых закреплены кулачки 12 и 13 управления установленными напротив них на лебедке 2 переключателями 14 и 15 реверса барабанов 5 и 6.

На корме понтона 9 смонтирован якорь 16, выполненный в виде поперечно установленной пластины, подвешенной на пружине растяжения 17 (рис. 12, 13).

Верхнее положение якоря 16 ограничено верхним упором 18. Якорь 16 соединен с канатом 19, который пропущен через направляющие блоки 20 и закреплен на барабане 21, соосно установленном с блоком 8. Между блоком 8 и барабаном 21 соосно установлена муфта сцепления 22, управляемая рычагом 23. На расстоянии h перед рычагом 23 на канате 19 закреплен выключатель 24 муфты сцепления 22. На таком же расстоянии h ниже упора 18 в понтоне 9 закреплен нижний подвижной упор 25 якоря 16, управляемый пружиной 26.

Устройство работает следующим образом. Сначала заякоривают понтон 9, для чего с помощью двигателя 4 болотохода 1 кратковременно вращают барабаны 5 и 6 так, чтобы один наматывал, а другой сматывал канат 10, а блок 8 вращался против часовой стрелки (рис. 11). Рычагом 23 включают муфту 21, при этом от блока 8 начинает вращаться барабан 21, а его канат 19, проходя через блоки 20, опускает якорь 16 в грунт. При этом пружина 17 растягивается. При опускании якоря 16 вниз на величину h выклю-

Рис. 11. Общий вид устройства для транспортирования группы грузов по болоту. Вид в плане Fig. 11. General view of the transportation device groups of goods across the swamp. View in the plan

Рис. 12. Несамоходный понтон. Вид сбоку Fig. 12. Non-self-propelled pontoon. Side view

чатель 24 отклоняет рычаг 23 вправо (рис. 12, 13) и отключает муфту 22 от блока 8, в результате чего барабан 21 прекращает вращение и канат 19 останавливается. В этот же момент срабатывает пружина 26 и упор 25 стопорит якорь 16 в его опущенном состоянии.

Далее, вращая барабаны 5 и 6 на разматывание каната 10, перемещают болотоход 1 согласно схеме (рис. 14) из исходного положения (рис. 15) на участок № 1 (рис. 16).

На участке № 1 болотоход 1 останавливают и выключают привод 3 на вращение барабанов 5 и 6. Затем болотоход 1 заякоривают с грунтом с помощью якоря 7 и на участок № 1 транспортируют грузы А, В и С (рис. 17), предназначенные соответственно для участков № 1, 2 и 3.

Рис. 13. Несамоходный понтон. Разрез по А-А на рис. 12

Fig. 13. Non-self-propelled pontoon. The A-A section in Fig. 12

Рис. 14. Схема криволинейной трассы с отдельными строительными участками (участки № 1, 2, 3 и т. д.), расположенными под углами а, р, у и т. д.)

Fig. 14. Diagram of a curved highway with separate construction sites (sections № 1, 2, 3, etc.), located at angles a, p, y, etc.)

Рис. 15. Схема устройства в исходном положении на складе грузов (грузы А, Б и С). Вид в плане

Fig. 15. Diagram of the device in the initial position in the cargo warehouse (loads A, B and C). РЫп view

Рис. 16. Перемещение болотохода вперед на строительный участок № 1

Fig. 16. Moving the swamp walker forward to the construction site № 1

После заякоривания болотохода 1 на участок № 2 транспортируют грузы В и С, а груз А оставляют на участке № 1 (рис. 20).

Рис. 17. Подтягивание болотоходом к себе грузов А, В и С с помощью лебедок

Fig. 17. Pulling up loads A, B and C by a swamp walker with the help of winches

Транспортирование грузов осуществляют на понтонах в результате их сцепления с соединительными элементами 11 троса 10 и дискретно-поступательного перемещения за счет периодического реверсивного вращения барабанов 5 и 6 в противоположные стороны. После транспортирования всех грузов на участок № 1 при остановленных барабанах 5 и 6 поднимают якорь 16, для чего оттягивают упор 25, сжимая пружину 26 (рис. 12), а пружина 17 поднимает якорь 16 в исходное положение до упора 18.

Понтон 9 подтягивают на участок № 1 с помощью барабанов 5 и 6 путем наматывания на них троса 10 (рис. 18).

Рис. 20. Подтягивание болотоходом к себе грузов В и С на участок № 2. Груз А оставлен на участке № 1

Fig. 20. Pulling up loads B and C by a swamp walker to site № 2. Cargo A was left at site № 1

Затем на участок № 2 подтягивают несамоходный понтон 9 аналогично описанному выше (рис. 21).

Рис. 21. Подтягивание болотоходом несамоходного понтона на участок № 2

Fig. 21. Pulling up a non-self-propelled pontoon by a swamp walker to site № 2

i/WCrrjO/t a//

&

Рис. 18. Подтягивание болотоходом к себе несамоходного понтона

Fig. 18. Pulling up a non-self-propelled pontoon by a swamp walker

Далее несамоходный понтон 9 заякоривают аналогично описанному выше, а болотоход 1 снимают с якоря 7 и перемещают в необходимом направлении - например, под углом а на участок № 2 (рис. 19).

После транспортирования грузов В и С на участок № 2 болотоход 1 перемещают под углом в на участок № 3 (рис. 22), куда тран-спортиpуют груз С, а груз В оставляют на участке № 2 (рис. 23).

Рис. 22. Изменение болотоходом курса движения. Болотоход под углом в переместился с участка № 2 на участок № 3

Fig. 22. The swamp walker's change of course. The swamp walker moved from site № 2 to site № 3 at an angle of в

Рис. 19. Изменение болотоходом курса движения. Болотоход под углом а переместился с участка № 1 на участок № 2

Fig. 19. The swamp walker’s change of course. The swamp walker moved from site № 1 to site № 2 at an angle а

Рис. 23. Подтягивание болотоходом груза С на участок № 3. Груз В оставлен на участке № 2

Fig. 23. Lifting of cargo C by a swamp walker to site № 3. Cargo B is left at site № 2

Подтянув к себе понтон 9 (рис. 24), болотоход 1 меняет курс движения и под углом у перемещается к следующему участку.

Рис. 24. Подтягивание болотоходом несамоходного понтона на участок № 3

Fig. 24. Pulling up a non-self-propelled pontoon by a swamp walker to site № 3

Таким образом, не осуществляя порожних рейсов, основное самоходное транспортное средство в сцепке с несамоходным понтоном производит транспортирование группы грузов на понтонах по болоту в любом количестве на любой участок криволинейной трассы. Использование рассмотренного способа № 4 позволяет повысить производительность работ при транспортировании группы грузов на понтонах по болоту.

С целью повышения эффективности процесса перевозки грузов на уровне изобретения разработаны еще два перспективных варианта устройств для транспортирования грузов на понтонах по болоту с водными преградами, которые могут пополнить табл. 1 [10, 11]. В указанных устройствах в качестве тягачей также используются плавающие шагающие болотоходы, которые оснащены якорями и лебедками.

Все приведенные выше способы и устройства в зависимости от условий эксплуатации могут быть эффективно использованы для транспортирования различных грузов по неосушенным торфяным болотам любой категории сложности с целью их освоения в строительстве, нефтегазовой и торфяной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Библиографический список

1. Коровицын Л.Ф. Высокопроходимый движитель для торфяных машин / Л.Ф. Коровицын, А.А. Петров // Технология и комплексная механизация торфяного производства. Калинин: Калинин. гос. ун-т, 1982. С. 25-28.

2. Петров А.А. Определение коэффициента буксования шагающего движителя /

А.А. Петров, Л.Ф. Коровицын // Торфяная промышленность. 1987. № 9. С. 19-20.

3. Коровицын Л.Ф. Шагающий болотоход / Л.Ф. Коровицын, А.А. Петров, Н.П. Васильев и др. // Гидротехника и мелиорация. 1987. № 2. С. 49-51.

4. Петров А.А. Способы увеличения тяговосцепных свойств шагающих болотоход-ных машин и устройства для их осуществления / А.А. Петров, Б.Ф. Зюзин // Труды Инсторфа. 2022. № 25 (78). С. 24-44.

5. Петров А.А. Тверские шагающие болотохо-

ды высокой проходимости на болотах Западной Сибири, классификация машин, назначение и технические характеристики / А.А. Петров, Б.Ф. Зюзин // Труды Инсторфа. 2024. 29 (82).

6. Пат. № 2779001, Российская Федерация, МПК B62D 57/02. Шагающий болотный тягач / А.А. Петров, Б.Ф. Зюзин, А.И. Заму-ла и др.; заявитель Тверской государственный технический университет; опубл. 30.08.22 г. Бюл. № 25.

7. Пат. № 2809311, Российская Федерация, МПК B62D 57/02. Болотоходная шагающая машина / А.А. Петров, Б.Ф. Зюзин, М.А. Карпов и др.; опубл. 11.12.2023 г. Бюл. № 35.

8. Пат. № 2792148, Российская Федерация, МПК B62D 57/02. Шагающий болотоход /

A. А. Петров, Б.Ф. Зюзин, А.И. Замула и др.; заявитель Тверской государственный технический университет; опубл.17.03.2023 г. Бюл. № 8.

9. Пат. № 2021908, Российская Федерация, МПК B60F 3/00; E02F 9/02. Устройство для транспортирования группы грузов по болоту / А.А. Петров, Л.Ф. Коровицын,

B. Н. Александров и др.; заявитель Тверской политехнический институт; заявл. 31.10.90; опубл. 30.10.94 г. Бюл. № 20.

10. А.с. 1207861 СССР, МПК В61В 7/00. Устройство для транспортирования груза по болотистой местности / И.А. Каневский,

A. А. Петров, Л.Ф. Коровицын и др. (СССР); заявитель Калининский политехнический институт и ВНИИСТ; заявл. 15.12.83; опубл. 30.01.86, Бюл. № 4.

11. А.с. 1523440 СССР, МПК В61В 7/00. Устройство для транспортирования груза по болоту / А.А. Петров, Л.Ф. Коровицын,

B. Н. Александров (СССР); заявитель Калининский политехнический институт; заявл. 15.03.88; опубл. 23.11.89, Бюл. № 43.