автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров устройства управления линейкой из плоских сплоточных единиц

На правах рукописи

Макаров Дмитрий Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙКОЙ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ

Специальность: 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного

хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

27

2 7 МАЯ 2015

005569АОо

Архангельск - 2015

005569408

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, доцент Мануковский Андрей Юрьевич

Бурмистрова Ольга Николаевна

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологии и машин лесозаготовок ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный

технический университет»

Корпачев Василий Петрович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой использования водных ресурсов ФГБОУ ВПО «Сибирски государственный

технологический университет»

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», Московская область, г. Мытищи-5

Защита состоится 1 июля 2015 г. в 15:00 на заседании диссертационного Совета Д 212.008.01 на базе ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» по адресу: 163002, г. Архангельск, набережная Северной Двины, 17, ауд. 1220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» и на сайте www.narfu.ru.

Автореферат разослан15 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Земцовский Алексей Екимович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие лесозаготовительной отрасли, рост лесозаготовок в регионах, богатых лесными ресурсами, сдерживается отсутствием магистральных транспортных артерий, строительство автомобильных и железных дорог здесь невозможно или же экономически не выгодно.

Большинство лесоперерабатывающих предприятий спроектированы на прием лесоматериалов с воды и располагаются в устьях больших рек. Запрет на осуществление молевого лесосплава привел к тому, что лесозаготовительные предприятия, примыкающие к малым и средним рекам, оказались отрезанными от транспортных артерий, а огромные лесные массивы - исключенными из ресурсов вырубки.

Тем не менее, осуществление лесосплава в данной ситуации возможно при использовании навигационной сплотки на базе линеек из плоских сплоточных единиц, являющихся сложными динамическими системами.

Большинство известных средств управления, представляющих собой цепи-волокуши и якоря, ориентированы на значительный донный запас и требуют проведения комплекса мелиоративных работ. Другие типы средств управления в виде тормозных щитов и водных парашютов применимы только на магистральных реках.

По данным причинам необходимо разработать эффективное средство управления линейкой из плоских сплоточных единиц, способное работать на всех типах рек и величинах донного запаса, не вызывая явлений силового, турбулентного, скоростного проседания и рыскания.

Степень разработанности проблемы. Большой вклад в решение проблемы осуществления лесосплава по рекам с малыми глубинами сделали следующие отечественные ученые: Митрофанов A.A., Патякин В.И., Чубов Н.И., Камусин A.A., Овчинников М.М., Минаев А.Н., Корпачев В.П., Полещук В.П., Пименов А.Н., Мануковский А.Ю. и др. На основании работ указанных авторов можно сделать вывод, что основные исследования ведутся в области совершенствования лесотранспортных единиц при использовании уже существующих средств управления. В работах авторов отмечается проблема эксплуатации на малых и средних реках таких средств управления, как цепи-волокуши и якоря, предложен ряд способов ее решения. Однако данный вопрос требует более детального изучения.

Предмет и объект исследовании. Предметом исследования являются математические модели плавания тел, движения линеек из плоских сплоточных единиц, взаимодействия их элементов с водным потоком. Объектом исследования являются технологии сплава леса в линейках из плоских сплоточных единиц с управлением их перемещением энергонезависимыми техническими устройствами.

Цель исследований. Установление закономерностей перемещения сплоточных единиц с подруливающими системами типа «тормоз-стабилизатор», разработка методики расчёта параметров подруливающего устройства.

Задачи исследований:

- Разработать средство управления линейкой из плоских сплоточных единиц, приспособленное для эксплуатации на всех типах рек.

- Разработать методику расчета параметров предлагаемого средства управления в виде тормоза-стабилизатора.

- Построить математическую модель движения линейки из плоских сплоточных единиц с учетом бокового сноса при маневре.

- Разработать методику управления тормозом стабилизатором с учетом изменяющихся параметров лесосплавного хода.

- Исследовать гидродинамический процесс обтекания тормоза-стабилизатора для определения тормозного усилия и турбулентного проседания при разных углах атаки тормоза-стабилизатора.

- Провести экспериментальные исследования обтекания тормоза-стабилизатора жидкостью в гидравлическом лотке для определения тормозного усилия и турбулентного проседания при разных углах атаки тормоза-стабилизатора.

Методы исследования. Теоретической базой исследования являются основные законы гидродинамики, методы математического и физического моделирования. Математическое моделирование проводилось с использованием программного комплекса FlowVision 3.0. Экспериментальную основу составили исследования тормозного усилия и турбулентного проседания тормоза-стабилизатора в гидравлическом лотке. Обработка результатов исследования проводилась с помощью пакетов компьютерных программ GnuPlot, MathCad.

Тематика работы соответствует пунктам п.4. «Исследование условий функционирования машин и оборудования, агрегатов, рабочих органов, средств управления» и п. 14. «Разработка инженерных методов и технических средств обеспечения экологической безопасности в лесопромышленном и лесохозяйст-венном производствах» паспорта специальности 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства».

Научной новизной обладают:

- Средство управления линейкой из плоских сплоточных единиц, приспособленное для эксплуатации на малых и средних реках, отличающееся возможностью изменения углов атаки тормозного щита в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

- Методика расчета параметров предлагаемого средства управления в виде тормоза-стабилизатора, позволяющая определить создаваемое тормозное усилие с учетом изменения углов атаки в вертикальной и горизонтальной плоскостях и выбрать габариты щита в зависимости от габарита линейки из плоских сплоточных единиц.

- Математическая модель движения линейки из плоских сплоточных единиц с учетом бокового сноса при маневре, отличающаяся введением в типовую модель параметра, определяющего изменение вектора воздействия ветра.

- Методика управления тормозом-стабилизатором, отличающаяся учетом изменяющихся параметров лесосплавного хода, фиксируемых гидролокационной судовой станцией.

- Результаты математического моделирования обтекания тормоза-стабилизатора жидкостью, а именно: показатели тормозного усилия и турбулентного проседания при разных углах атаки тормоза-стабилизатора.

- Результаты экспериментального исследования обтекания тормоза-стабилизатора жидкостью в гидравлическом лотке, а именно: параметры тормозного усилия и турбулентного проседания при разных углах атаки тормоза-стабилизатора.

Достоверность исследований. Достоверность полученных результатов исследования обеспечивается сходимостью теоретических и практических результатов исследования.

Теоретическая и практическая значимость. Разработанная математическая модель бокового сноса линейки из плоских сплоточных единиц, методика расчета параметров предлагаемого средства управления в виде тормоза-стабилизатора, а также методика управления тормозом-стабилизатором развивают теорию наук о сплаве леса. Выполненные исследования позволяют формулировать оптимальные технологии доставки лесоматериалов водным транспортом в условиях соблюдения экологических требований. Результаты исследований могут быть использованы при конструкторской разработке новой техники, оборудования на водном транспорте леса.

Научные положения, выносимые на защиту, можно классифицировать как научно обоснованные технологические и технические решения, а также математические модели и результаты исследований, направленные на обеспечение управления линейкой из плоских сплоточных единиц:

1. Введение тормоза-стабилизатора в эксплуатацию позволяет обеспечить управление линейкой из плоских сплоточных единиц на участках с критически малыми параметрами лесосплавного хода посредством изменения угла атаки тормозом-стабилизатором в двух плоскостях, что дает возможность не только манипулировать параметрами тормозного усилия, но и обеспечить допустимый донный запас между тормозом-стабилизатором и дном водоема.

2. Математическая модель движения линейки из плоских сплоточных единиц с учетом бокового сноса при маневре.

3. Показатели тормозного усилия и турбулентного проседания при разных углах атаки тормоза-стабилизатора, полученные в ходе математического моделирования и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Региональной научно-технической конференции «У.М.Н.И.К.-2012», Международных научно-технических конференциях: «Леса России в XXI веке-2012», «Севергеоэкотех-2012», «Севергеоэкотех-2013», Международном молодежном симпозиуме «Современные проблемы математики. Методы, модели, приложения - 2014».

Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ООО «ВостСибЛесосплав» (Иркутская область).

Научные и практические результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» (СПбГЛТУ).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 22 научных статьи, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, один патент на изобретение и четыре свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка. Общий объем работы 203 страницы. Диссертационная работа содержит 65 рисунков, 20 таблиц. Библиографический список включает 143 наименования.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, его цель, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, а также значимость для теории и практики.

В первом разделе диссертации рассмотрено состояние вопроса в области теории и практики лесосплава по малым и средним рекам. Сформулированы цель и основные задачи исследований.

Во втором разделе рассмотрены теоретические основы проектирования средств управления линейками из плоских сплоточных единиц.

Для осуществления сплава леса в линейках из плоских сплоточных единиц на средних и малых реках было разработано экологически безопасное средство управления типа «тормоз-стабилизатор», устанавливаемое в хвостовой части линейки из плоских сплоточных единиц (рисунок 1), отличающееся возможностью изменения углов атаки тормозного щита в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для различных условий эксплуатации предложены два варианта такой системы управления: «тормоз-стабилизатор» с боковым размещением оси поворота в горизонтальной плоскости, тип I (рисунок 1, а); «тормоз-стабилизатор» с центральным размещением оси поворота в горизонтальной плоскости, тип II (рисунок 1, б). Предложенные средства управления состоят из следующих основных элементов: 1 - ось поворота в горизонтальной плоскости; 2 — тормозной щит; 3 - балка жесткости (понтон); 4 - ось поворота в вертикальной плоскости.

В процессе исследования была разработана методика расчета параметров предлагаемого средства управления в виде «тормоза-стабилизатора», позволяющая определить тормозное усилие с учетом изменения углов атаки в вертикальной и горизонтальной плоскостях и выбирать габариты щита в зависимости от габаритов линейки из плоских сплоточных единиц.

1 2 3 4 2 1 3 4

Рисунок 1 - Система управления типа «тормоз-стабилизатор»

Изменение тормозного усилия, создаваемого предложенным средством управления, описывается уравнением гидродинамического взаимодействия тормоза-стабилизатора с водной средой в процессе работы:

pV2

R = 1.5—^— п1щЯщ sin a cos/?, (1)

где ti - число тормозов-стабилизаторов; Ьщ - длина щита тормоза-стабилизатора, м; Нщ - высота щита тормоза-стабилизатора, м; а - угол поворота в горизонтальной плоскости, град; р - угол поворота в вертикальной плоскости, град.

Для определения общей площади миделя разработанных нами средств управления (рисунок 1) предложены уравнения (2) и (3).

Площадь миделя при использовании «тормоза-стабилизатора» I типа:

= п + щ = В„Т„ + пЬщНщ sin щ cos р;.. (2)

Площадь миделя при использовании «тормоза-стабилизатора» II типа:

= щ = пЬщНщ sin a¿ cos р;, (3)

где п - площадь миделя ЛПСЕ, м2; щ - площадь миделя тормоза-

стабилизатора, м2; 5„ - ширина линейки, м; Тп - максимальная осадка линейки, м; Вщ - ширина тормоза-стабилизатора, м; Нщ - максимальная осадка тормоза-стабилизатора, м; п - число тормозных щитов, ед.; a¡ - значение углов поворота тормозных щитов в горизонтальной плоскости, град., ае[0°; 90°]; P¡- значение углов поворота тормозных щитов в вертикальной плоскости, град., Ре[0°; 120°].

В процессе движения линейки из плоских сплоточных единиц по криволинейной траектории на нее начинает воздействовать ряд сил, стремящихся при отсутствии должного управления сместить кормовую часть в сторону берега (рисунок 2).

Y

Рисунок 2 - Силы, действующие на линейку из плоских сплоточных

единиц

Подобное смещение может быть приближенно описано с помощью основных уравнений динамики материальной точки в проекции на нормаль относительно траектории движения. В данном случае применима теорема Кориоли-са о сложении ускорений тела. Опираясь на это и учитывая то, что переносное движение является поступательным, получим следующее уравнение сложного движения материальной точки:

mV2

та6 = —--Al/g + В cos а£, (4)

А

где т - масса линейки из плоских сплоточных единиц, кг; аъ - ускорение, м/с2; V - скорость буксировки по заданной траектории, м/с; R - радиус поворота, м; (7б - скорость бокового смещения, м/с; а, - направление ветра относительно продольной оси линейки из плоских сплоточных единиц, град.

Так как а5 = — , то

dU6 mV2

т—1- = —--АЩ + В cos щ (5)

ut R

Добавляя к дифференциальному уравнению начальные условия, имеем простую математическую модель бокового сноса линейки из плоских сплоточных единиц при движении в повороте, отличающуюся от существующих моделей учетом воздействия ветрового фактора. При этом А = f^6Lfilirn + /Вп£оп+2Гпр2 и представляет собой коэффициент, описывающий гидродинамическое сопротивление боковому сносу линейки из плоских сплоточных единиц или плота, а В = [8,34L6nHn + 0,0137 BnL6n]U2 определяет значение ветроволнового давления, где Lgn - длина нестабильной (сносимой) части линейки, м; Тп - осадка линейки, м; В„ - ширина линейки, м; UB - скорость ветра, м/с; — безразмерный коэффициент формы, зависящий от отношения Ьбп/Тп; р - плотность воды, кг/м3;/- коэффициент сопротивления трению.

При допущении, что I' = const, скорость ветра и его направление также постоянны, сумма сил центробежной и от ветрового давления составит

mV2

———I- В cos at = Fc = const, (6)

R

где Fc - сумма сил центробежной и от ветрового давления, Н.

Опираясь на рекомендации плавания, а также исходя из логических соображений, можно сделать вывод, что Fc — AU% > 0, тогда U < JFJА .

Так как U < JFC/A, уравнение (5) имеет единственное решение и, следовательно, параметр скорости бокового смещения определится как

/ 2t/f^4

F, е т - 1

и = - -Т=-

A I 2tJbA

N \е m +1

Управление подобной системой сводится к изменению параметров углов атаки в горизонтальной и вертикальной плоскостях с учетом рельефа дна водоема:

>(x)<arccosp^)

• аг(х) < arccos (Zl(*)~'Kp), (8)

a2(x) < arccos

где y(x) - функция, описывающая изменение глубин, составленная по минимальным показателям относительно поверхности воды с поправкой на волнение, м; Zi (х), z2(x) — функции, описывающие изменение габарита лесосплавного хода относительно фарватера, м; х - координата вдоль оси фарватера, м; dKр -критическое значение донного запаса для осуществления лесосплава в заданных условиях, м; /щ, - критическое значение запаса ширины лесосплавного хода для осуществления лесосплава в заданных условиях, м; Ищ - габарит тормоза-стабилизатора по высоте, м; ¿ш - габарит тормоза-стабилизатора по ширине, м.

Предлагаемый вариант тормозного устройства для управления линейкой из плоских сплоточных единиц позволяет обеспечить эффективное управление на реках с критически малым донным запасом не только посредством автоматического изменения тормозного усилия, но и подстройкой системы под любой донный запас вплоть до критических значений.

В третьем разделе приводятся результаты расчета параметров тормоза-стабилизатора по предлагаемым методикам и математической модели, а также результаты математического моделирования в программном комплексе FlowVision гидродинамических процессов обтекания тормоза-стабилизатора для определения тормозного усилия и турбулентного проседания при разных углах атаки.

По результатам проведенных теоретических исследований была составлена зависимость изменения площади миделя от углов атаки тормоза-стабилизатора (рисунок 3). Опираясь на полученные результаты, согласно предлагаемой методике расчета определены величины тормозного усилия (рисунок 4), создаваемого тормозом-стабилизатором при изменении угла атаки в вертикальной плоскости. Так, параметр тормозного усилия принимает минимальные значения при малых скоростях буксировки и увеличении угла атаки.

Для изучения параметра скоростного проседания был использован классический метод определения просадки движущихся плавучих сооружений, справедливый для речных условий и основанный на применении уравнения Бернулли. По результатам данного исследования была составлена диаграмма

№ 0-0,2 0,2-0,4 0,4-0,6 Ш 0,6-0,8

Ч),8

¡0,6 л

Л 0,4

0,2 0

0,2 м/с 0,4м/с й, , 0,6 м/с

0,3 м/с 0,5 м/с 0,7 м/с

60

400 350 300 250 200 150 100 50 0

1 ' - - 1 ! * ♦ X I

[ - ^ 1

—-----1 |......................».....«пил

Угол р, град.

0 20 30 45 60 Угол атаки, град.

Рисунок 3 - Зависимость изменения площади миделя (м2) от углов атаки тормоза-стабилизатора (град.)

0,25

г

£ 0,2 X

I 0,05 " О

!"-#-- Пр. те1

Рисунок 5 - Изменение величины скоростного проседания линейки из плоских сплоточных единиц (м) при различных скоростях буксировки (м/с)

Рисунок 4 - Изменение величины тормозного усилия (Н) при различных углах атаки (град.) и скоростях буксировки (м/с)

изменения величины скоростного проседания при различных скоростях буксировки по течению и против течения в 2 м/с (рисунок 5). Определение исследуемого параметра проводилось при допущении, что линейка из плоских сплоточных единиц движется прямолинейно и представляет собой жесткую систему, причем каждая плоская сплоточная единица обернута в водонепроницаемый материал. Подобное допущение позволило провести аналогию с исследованием скоростного проседания транспортных судов и барж.

1 _ I______

г 0,1 0,2 0,3 . 1,1, 0,4 0,5 0,6 1

0,7 0,8 0.9 1 1,1 0,1

0 0 0 0 0,110,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

0 0 0 0,1 о,1;од од 0,1 0,1 0,1 0.2 0,2

Скорость буксировки, м/с

Для обеспечения максимального тормозного усилия и уменьшения обтекаемости кормовой части линейки с установленным тормозом-стабилизатором II типа (см. рисунок 1) была определена зависимость роста потребного расстояния, на котором должны располагаться тормозные щиты относительно линейки, от скорости буксировки (рисунок 6), в ходе чего было определено оптимальное расстояние от 2,5 до 9,5 м в зависимости от условий эксплуатации. Это обусловлено тем, что с увеличением расстояния между плывущими в сцепке телами увеличивается степень их воздействия друг на друга, уменьшается обтекаемость системы в целом из-за турбулентных образований. Данное явление обеспечивает создание достаточного для управления линейкой из плоских сплоточных единиц тормозного усилия.

/У

А

/ у*

/■ 4

/

0 од 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4

Расч. 0 0,04 0,18 0,42 0,75 1,18 1,7 2,32 3,03 3,84 4,74 5,73 6,82 8,01 9,29 9,5

-—*— Реком. 2,5 3,5 4,5 5 6 7 8,5

Скорость буксировки, м/с

Рисунок 6 - Зависимость минимального расстояния от кормовой части линейки до плоскости тормоза-стабилизатора (м) от скорости буксировки (м/с)

Согласно произведенному математическому моделированию движения типовой линейки из плоских сплоточных единиц на разных радиусах поворота при одних и тех же ветроволновых показателях, изменение скорости бокового сноса во времени имело экспоненциальный характер (рисунок 7) и находилось в интервале 0,05...0,25 м/с.

Для проверки достоверности выполненных расчетов было произведено математическое моделирование в программном комплексе Р1о\уУ15юп гидродинамических процессов обтекания тормоза-стабилизатора для определения тормозного усилия и турбулентного проседания при разных углах атаки.

Время, с

Рисунок 7 - Изменение параметра скорости бокового сноса во времени при движении линейки в повороте радиуса Б1 (м)

Полученные в программном комплексе Р1о\уУ1$юп показатели тормозного усилия, создаваемого тормозом-стабилизатором (рисунок 8), отличаются от расчетных в среднем на 3%, что обеспечивает хорошую сходимость результатов исследования. Однако при скоростях буксировки менее 0,5 м/с данные, полученные расчетным путем и посредством моделирования в программном комплексе Р1о\уУ1зюп, могут иметь погрешность до 11%, что обусловлено отличием методик расчета. Сравнительно большой процент погрешности является частным случаем и не влияет на адекватность полученных данных.

Угол атаки, град.

Угол атаки, град. Угол атаки, град.

а) б) в)

Рисунок 8 - Зависимости тормозного усилия (Н) от угла атаки при скорости потока: а) 0,2 м/с; б) 0,5 м/с; в) 1 м/с

Исследования турбулентного проседания (рисунок 9) выявили образование турбулентных зон до 0,15 м. Изменение показателя проседания при этом уменьшалось с увеличением угла атаки (рисунок 10).

Угол атаки, град

б)

Рисунок 9 - Карта распределения Рисунок 10 - Зависимости параметров

давлений при расположении тормоза- проседания (м) от угла атаки тормоза-

стабилизатора под углом 0° (а) стабилизатора (град.) при различных и углом 30° (б) скоростях потока (м/с)

Анализ полученных данных подтвердил наличие явно выраженного проседания при угле атаки щита 0° и практическое его отсутствие при изменении угла до 45° и более при скоростях буксировки 0,5... 1 м/с.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных нами на базе лаборатории кафедры водного транспорта леса и гидравлики Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова (рисунок 11).

а) б)

Рисунок 11 - Экспериментальная установка в гидравлическом лотке (а) и контрольно-измерительный прибор (б) для определения давления

Экспериментальная установка включает в себя штатив 1, тормоз-стабилизатор 2, трубку Пито 3 (рисунок 11, а), а также цифровой амперметр 4, блок-преобразователь 5 на базе микроконтроллера А1те§а8 и пьезодатчик давления 6 (рисунок 11,6).

В процессе исследования были получены данные создаваемого тормозом-стабилизатором тормозного усилия (рисунок 12), а также параметры турбулентных зон в жидкой среде с люминофором, наблюдаемых при помощи высокоскоростной камеры Ра8Ыс1ео-500М (рисунок 13).

О 20 30 45 60 70

О 20 30 45 60 70

Угол атаки, град.

Угол атаки, град.

0 20 30 45 60 70 Угол атаки, град.

а) б) в)

Рисунок 12 — Зависимости тормозного усилия (Н) от угла атаки при скорости потока: а) 0,2 м/с; б) 0,5 м/с; в) 1 м/с

а) б)

Рисунок 13 — Фотоснимки зон турбулентности, полученные высокоскоростной

камерой Раэ1л'1ёео-500М

а) б) в)

Рисунок 14 - Зависимости параметра проседания (м) от угла атаки (град.) при скорости потока: а) 0,2 м/с; б) 0,5 м/с; в) 1 м/с

Угол атаки, град

Угол атаки,

град

Угол атаки, град

По результатам сравнения экспериментальных и теоретических данных средняя погрешность достигала 10 %, однако при скоростях потока менее 0,5 м/с погрешность достигает 20 %, что обусловлено увеличением ошибки измерения пьезодатчиком при уменьшении давления, вызванного потоком воды.

В пятом разделе проведен анализ экономической и экологической эффективности предлагаемой технологии управления линейками из плоских сплоточных единиц. Годовой экономический эффект от внедрения при этом составит 426000 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В процессе исследования сделаны следующие основные выводы и рекомендации:

1. При осуществлении сплава линеек из плоских сплоточных единиц в стесненных условиях плавания со скоростями буксировки 0,5 м/с и более применение средств управления в виде цепей-волокуш и якорей нежелательно по причине опасности контакта с дном водоема и обрыва такелажных связей.

2. Изменение угла атаки тормозом-стабилизатором в двух плоскостях позволяет не только манипулировать параметрами тормозного усилия, но и обеспечить допустимый донный запас в 0,1.. .0,2 м между тормозом-стабилизатором и дном водоема.

3. Параметр скорости бокового сноса хвостовой части линейки из плоских сплоточных единиц на радиусах поворота 100... 1000 м не превышает 0,3 м/с при скоростях буксировки 0,8... 1,2 м/с и при должном контроле скорости буксировки не окажет значительного влияния на возможность столкновения с прибрежным дном водоема.

4. При изменении скорости буксировки от 0,2 до 1,2 м/с, а также изменении углов атаки в вертикальной и горизонтальной плоскостях в интервалах 0...70 и 0...120 градусов соответственно параметр тормозного усилия, создаваемого моделью тормоза-стабилизатора, принимает значения в интервале 0...500 И. Для обеспечения управления моделью достаточным является тормозное усилие в 100...200 Н, что обеспечивается при скоростях буксировки более 0,4 м/с.

5. Параметр проседания лежит в пределах 0,02...0,25 м при скоростях буксировки 0,2... 1,2 м и угле атаки в вертикальной плоскости 0...70 градусов, что значительно меньше проседания, создаваемого цепями-волокушами при этих же скоростях (0,15.. .0,40 м).

6. Выполненные экспериментальные исследования подтверждают основные положения при реализации математического моделирования процесса проседания. Расхождение опытных и расчетных данных не превышает 10% при скоростях буксировки более 0,5 м/с.

7. Годовой экономический эффект от внедрения тормоза-стабилизатора составит 426000 руб., что связано с отказом от эксплуатации цепей-волокуш, якорей и дополнительных буксирных катеров.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов

1. Мануковский, А.Ю. Исследование процессов гидродинамики «тормоза-стабилизатора» / А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров // Вестник поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. - 2014. - №3. - с. 57 - 66

2. Мануковский, А.Ю. Методы снижения гидродинамического сопротивления движению сортиментных плотов при их буксировке / А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров, К.С. Подойницын // Системы. Методы. Технологии. -2011,-№12.-с. 125-127

3. Мануковский, А.Ю. Судно для осуществления плотового сплава леса / А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров, К.С. Подойницын // Системы. Методы. Технологии. - 2012.-№1- с. 120 - 122

4. Мануковский, А.Ю. Головной гидродинамический обтекатель для сортиментных плотов / А.Ю. Мануковский, К.С. Подойницын, Д.А. Макаров // Системы. Методы. Технологии. - 2012.-№2- с. 98 - 101

Публикации в научных журналах, сборниках научных трудов и материалах конференций

5. Макаров, Д.А. Моделирование процессов гидродинамики «Тормоза-стабилизатора»/Д.А. Макаров, А.Ю. Мануковский // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции (18-19 ноября 2014г., Воронеж): в 10 ч.; ч.2. - Воронеж: ВГЛТА, 2014. - с.195-203

6. Макаров, Д.А. К расчету кинематических параметров системы управления плотом / Д.А. Макаров, Ю.А. Макарова, Д.А. Мануковский // XIV Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех 2013»: материалы конференции (20-22 марта 2013 г., Ухта): в 5 ч.; ч.4. - Ухта: УГТУ, 2013,- с. 74-77

7. Макаров, Д.А. К вопросу предотвращения посадки плотов на мель / Д.А. Макаров, Ю.А. Макарова, Д.А. Мануковская // XIV Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех 2013»: материалы конференции (20-22 марта 2013 г., Ухта): в 5 ч.; ч.4. - Ухта: УГТУ, 2013,- с. 78-81

8. Макаров, Д.А. Моделирование процесса бокового сноса плота / Д.А. Макаров, Ю.А. Макарова, Е.Р. Зубахина // XV Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех 2014»: материалы конференции (26-28 марта 2014 г., Ухта): в 5 ч.; ч.1. - Ухта: УГТУ, 2014.- с. 211-21

9. Эксплуатационные характеристики системы управления типа «тормоз-стабилизатор» для плотового лесосплава (Монография) / Мануковский А.Ю., Макаров Д.А.; ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»,- Воронеж, 2013 - 70 с. - Библи-огр. 8 назв.- Ил. 24. Рус. Деп. в ВИНИТИ 16.09.2013, № 256-В2013

10. Система управления типа «тормоз-стабилизатор» для плотового лесосплава / Мануковский А.Ю., Макаров Д.А., Макарова Ю.А.; ГОУ ВПО «ВГЛТА»,- Воронеж, 2013. - 27 с. - Библиогр. 5 назв. - Ил. 9. Рус. Деп. в ВИНИТИ 29.05.2013, №155-В2013

11. Проблема посадки плотов на мель в процессе сплотки и их последующего снятия с мели / Мануковский А.Ю., Макаров Д.А., Макарова Ю.А.; ГОУ ВПО «ВГЛТА».- Воронеж, 2013. - 30 с. - Библиогр. 5 назв. - Ил. 16. Рус. Деп. в ВИНИТИ 29.05.2013, №154-В2013

12. Мануковский, А.Ю. Определение площади воздействия на дно водоема при посадке и снятии плота с мели /А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров // Лесотехнический журнал./ ВГЛТА. - Воронеж, 2012— №4 - С. 89 - 96

13. Мануковский А.Ю. К вопросу о сплаве леса по рекам с малыми глубинами / А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров // Леса России в XII веке: Материалы девятой международной научно-технической интернет-конференции. Сентябрь 2012 г. - СПб., 2012. - с. 90-93

14. Альтернативные самотормозящиеся плоты с кормовыми гидродинамическими тормозами / Мануковский А.Ю., Макаров Д.А.; ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2010.- 11 с. - Библиогр. 8 назв. - Ил. 4. Рус. Деп. В ВИНИТИ 29.12.2010 №731-В2010

15. Самотормозящийся плот с мобильными тормозными щитами стойкими гидродинамическим перегрузкам / Мануковский А.Ю., Макаров Д.А.; ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2010 - 17 с. - Библиогр. 8 назв. - Ил. 4. Рус. Деп. В ВИНИТ 29.12.2010 №732-В2010

16. Макаров, Д.А. К расчету снятия плотов с мели путем создания гидродинамической подушки в донной части плота / Д.А. Макаров, Д.А. Мануковский // XIII Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех 2012»: материалы конференции (21-23 марта 2012 г., Ухта): в 6 ч.; ч.2. - Ухта: УГТУ, 2013,-с. 198-202

17. Макаров, Д.А. Проблема снятия с мели плотов / Д.А. Макаров, О.В. Завершинская, П.С. Брагин // XIII Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех 2012»: материалы конференции (21-23 марта 2012 г., Ухта): в 6 ч.; ч.2. - Ухта: УГТУ, 2013,- с. 202-207

Патенты

18. Пат. 2543138 Российская Федерация, МПК В 63 В 35/62. Плот [Текст]/ Макаров Д.А., Мануковский А.Ю.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия. -№2013142531/11; заявл. 17.09.2013; опубл. 27.02.2015, Бюл. №6 - 7 с.

Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

19. Программа расчета сил сопротивления при буксировке плота : свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2012616845 Рос. Федерация/ А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия». - №2012614430; заявл. 1.05.2012; зарег. 1.08.2012.

20. Программа расчета показателя эксплуатационной эффективности системы управления типа «тормоз-стабилизатор» для плотового лесосплава : свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013617913 Рос. Федерация/ А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия». - №2013615800; заявл. 9.06.2013; зарег. 27.08.2013.

21. Программа расчета параметрических характеристик плота : свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013618927 Рос. Федерация/ Д.А. Макаров, А.Ю. Мануковский, Ю.А. Макарова; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия». -№2013616572; заявл. 26.06.2013; зарег. 23.09.2013.

22. Программа расчета площади миделя тормозного щита системы управления типа «тормоз-стабилизатор» для плотового лесосплава : свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013618928 Рос. Федерация/ А.Ю. Мануковский, Д.А. Макаров, Ю.А. Макарова; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия». -№2013616582; заявл. 26.06.2013; зарег. 23.09.2013.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д 212.008.01 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 163002, Россия, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17. Учёному секретарю диссертационного Совета Д 212.008.01.

Макаров Дмитрий Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙКОЙ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ

Специальность: 05.21.01 — «Технология и машины лесозаготовок и лесного

хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 08.05.2015 г. Формат 60x90 1/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 175

Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10