автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.17, диссертация на тему:Расчет и технология изготовления канатной части разноглубинного трала

на прзвах рукописи

УДК - 639.2.081.1.0012. ;Т39.2.081.117

Ч емаки на Тамара Львозна

РАСЧЕТ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАНАТНОЙ ЧАСТИ РАЗНОГЛУБИННОГО ТРАЛА

Специальность 05.13.17 - Прс».чпленное рыболовство

Автореферат

диссертации на еоискакие ученой степени кандидата

технических наук

МОСКВА - 1995

Работа выполнена в Севастопольском приборостроительном институте

Научный руководигел ь-к.т.н.,доцент Ветре

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,профессор Мельников В.Н. кандидат технических ьа^к Акифьеъ В.Г.

Ведущее предприятие: НПО "Югрьйгехцентр"

на заседании Спец : ПрИ

Всероссийском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии по адресу 107140, Москва, Герхняя Красносельская, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "_"__1&9 г.

Защита состоится

Ученый секр -тарь Специашзированн' >го Совета

КгЗ.Н.

Бородин Р.Г.

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЛ. Как показывает опыт эксплуатации тралов, вопросы продления сроков эксплуатации тралов в тяжелых условиях работы в морской среде во многом связаны с прочностью канатной части трала.

Изготовление орудий лова - технологически трудоемкий процесс, включающий большой процент ручного труда.В настоящее время недостаточно исследований в области совершенствования процесса постройки тралов, механизации и автоматизации технологических процессов сборки тралов.

Вследствие этого возникла необходимость дополнительных исследований, связанных с разработкой теории расчета на проч- * ность канатной части трала и обоснованием прочности ее элементов, с созданием технологичных способов сборки тралов для снижения ее материалоемкости и повышения производительности труда. В связи с вышеизложенным разработка рекомендаций по расчету канатной части трала и созданию прогрессивной технологии его изготовления является актуальной и важной задачей.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Цель работы.заключается в разработке теоретических основ расчета и проектирования конструктивных элементов канатной части разноглубинного трала, создании прогрессивной технологии ее сборки и на этой основе выработке рекомендаций, обеспечивающих снижение материалоемкости и трудоемкости сборки тралов. Для достижения поставленной цели необходимо ■ было решить следующие задачи:

- выполнить обзор литературных и патентных источников по расчету прочности тралов и существующих способов их изготовления и сборки;

- провести исследования по разработке технологичных спосо бов изготовления элементов канатной части трала;

- получить математическую модель канатной части трала у произвести анализ результатов реализации модели на ЭВМ;

- произвести экспериментальные и теоретические исследова ния по изготовлению элементов канатной части трала;

- произвести экспериментальную проверку и выполнить анализ полученных результатов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работ:1 состоит в следующем:

- разработана математическая модель расчета канатной части трала, позволяющая учесть при расчете его конструктивные особенности;

- разработана машина для изготовления мерных концов из капронового каната и заделки его в огон;

- разработана математическая модель нового способа соединения каната в огон, позволяющая определить рациональные параметры соединения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. На основе разработки рекомендаций по выбору рациональных конструктивных элементов канатной части трала и создании прогрессивных способов ее сборки получено снижение материалоемкости, уменьшение процента ручного труда при сборке канатной части трала и повышение его производительности.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы надежности, долговечности, материалоемкости подъемно-тралового оборудования" в 1988 году в г.Севастополе, на XVII вувовской конференции Севастопольского приборостроительного института в 1988 году, не Всесоюзной научно-технической конференции "Технические средств*

рационального мореного и океанического промысла рыбы" и на Республиканской научно-технической конференции "Технология и оборудование для производства многопроволочных витых изделий" в 1989 году в г.Севастополе,на Всесоюзных научно-технических конференциях "Технические средства океанического промышленного рыболовства" в 1991 году в г.Керчи и в 1992 и 1993 годах в г. Севастополе.

ВНЕДРЕНИЕ. Разработанные рекомендации по выбору рациональных конструктивных элементов канатной части трала внедрены на НПО "Югрыбтехцентр" (г.Севастополь) при создании промышленного образца трала 98/640 м. Машина для изготовления мерных концов из капронового каната принята ко внедрению на ЗОЛ СПОРП "Атлантика".

ПУБЛИКАЦИИ. Материалы диссертации отражены в 9 печатных работах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из.введения, пяти глав, ;вух приложений, списка литературы, включающего 98 наименований. Основной текст изложен на 121 странице. Количество ри-:унков - 44, таблиц - 10.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обосновывается актуальность роблемы, указывается цель исследований и кратко излагаются зновше их результаты.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ теоретических и эксперимен-альныя исследований по расчету прочности тралов, выполнен об->р существующей технологии постройки канатной пасти трала, ¡тановлено, что вопрос механизации процессов изготовления

. - 6 -элементов канатной части траяа ранее не исследовался. Современные фабрики орудий лова мало механизированы, а канатная часть трала почти полностью ивготовляется вручную.

Свойства сетных оболочек впервые исследовал основоположник науки промышленного рыболовства Ф.И. Баранов. Он применил к исследованию орудий лова методы математического анализа, ввел понятия местной и общей прочности сетного полотна.

Решению задач геометрии и статики сетного полотна посвящены многие исследования. H.H. Андреевым и В.Г. Любимовым исследованы вопросы о преимуществе сетных полотен с шестиугольной ячеей. H.H. Андреев выполнил ряд важных работ по теории посадки сетного полотна.

В.И. Габрюк провел исследование основных соотношений rea метрик и статики осесимметричных сетей. Ю.Т. Сечиным получены ревулътаты о напряженном состоянии сетного полотна в окрестности подбор для различных способов посадки.

В.Н. Толмачевым исследовано распределение натяжения нитей ячеи по длине трала. Вопросам определения агрегатного сопротивления тралов посвящены труды М.М.Розенптейиз и В.П. Карпенко. Л.И.Ломакина исследовала геометр™ и прочносгные характеристики одного ив основных элементов сетного полотна - узлового соединения. Проблемой прочности и износа орудий промышленного рыболовства ванимались также В.Н. Войниканис - Мирский, Ю.А. Иэнан-кин, В.А. Ионас.

Несовершенство инженерных методов расчета тралов вызывает необходимость широко испольбовать экспериментальные методы оценки их работы.

Аналив экспериментальных данных дает возможность получить эмпирические зависимости для определения сопротивления тралов.

Так, например, А.Л.Обвинцев приводит зависимости для определения сопротивления fix и подъемной силы Rz плоского сетного полотна с ромбической ячеей при произвольной ориентации его относительно вектора скорости с учетом взаимного влияния нитей в ячее. Опыты по определению нагрузок на делях тралов проводили Н.С. Короткое и A.C. Кузьмина.

На основе анализа экспериментальных исследований В. А. Лкимовец и Ю.М. Курлячдский получили результаты о распределении максимальных натяжений в канатных элементах трала.

Я.М. Гукало, А.Л. Фридманом, Ю.А. Данилевским проведено исследование нагрузок в сетном полотне моделей тралов, произведена оценка эффективности использования прочности сетематериа-лов в орудиях лова.

Я.М. Гукало исследованы прочностные характеристики тралов, проведено обоснование прочности деталей трала по условию равного износа.

Анализ материалов обзора показывает, что достижения в области методов расчета напряженного состояния сетных орудий лова достаточно обшнрны, однако еще требуются дополнительные исследования по их совершенствованию.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ изложены материалы по зсчету на прочность канатной части трала по методу конечных 'демептов. Алгоритм расчета реализован на 8М ЕС-3022.

Модель канатной части трала состс ;т из ограниче.» ного числа конечных элемент« i, в качестве которых рассматривались одномерные элементы, аключенные между углами канатной сети. Кабели от места крепле! я до голых концов и голые концы считались также отдел!ными г ямыми элементами. Гидродинамический щиток заменялся приближу но сосредоточенными силами, приложении-

ми к узлам верхней подборы, в сумме равными весу углубителя, приложенного к нижним голым концам. При расчете трала предполагалось, что при тралении трал не имеет перекосов и его форма полностью симметрична ДП судна. Тогда при его расчете можно рассматривать только одну из симметричных ч.четей. Учет симметрии снижает количество неизвестных практически вдвое.

Из всей траловой системы рассматривалась ее часть, состоя-Едя из досок, кабелем, голых концов, углубителей, кухтыл^й, гидродинамических шитков раскрытия и канатной части трала. Воздействие оставшейся части трала на рассматриваемую представлялось в виде равномерно расщ еделеннои нагрузки по узлам канатной части трала, привыкающей к сетной.

Основными разрешающими уравнениями в методе МКЭ являются уравнения равновесия узлов кчнатной части трала, которые принимаются в виде:

Из рассмотрения линейного элемента, заключенного между 1-тым и к-тым узлами канатной части трала, на который действует сила гидродинамического сопротивления, сила веса и некоторое растягивающее усилие Т, направленное вдоль элемента, получены составляющие реакции, которые могут быть представлены в виде:

( 1 )

у/А"

( 2 )

А - нормальная составляющая реакции £ гидродинамического сопротивления

конечного элемента;

- касательная составляющая реакции гидродинамиче< кого сопротивления конечного элемента;

- интенсивность сил гидродинамического сопротивления;

- равнодействующая сил веса;

• длина элемента; Ссп. ~ коэффк >иенты гидродинамического сопротивления каната; ^0 - плотность юды; V - скорость траления; <1 - диаметр начата; Ч - погонный вес канатов в воде; Ь - длина элемента; Т - натяжение элемента;

направляющие косинусы элементов; - направляющие косинусы нормальной составляющей потока к элементам;

1,к - номера узло^ элементов. Из зависимости (3) видно, что реакции в узлах элемента ^линейно зависят от налрй рляющич косинусов вектора, которые в :вою чередь зависят от кс ординат узловых точ^к.

На ЭВМ задача решалась методом последовательных приближено! путем решения линеаризованной системы уравнений. С этой 1елью. раскладывая в ряд Тейлора в окрестности некоторой точки [риближения (по отношению к исходному или предыдущему решению), [инеаризовывалось это решение удержанием членов, содержащих ли-

Аг • ^

г - ^

нейные слагаемые относительно приращений координат узловых тачек сис? емы.

По найденным значениям приращений координат находились ко-ординать в (п + 1 ) -м приближении по следующим зависимостям:

»^„«-/Иг.

Расчет повторялся до требуемой точности. По окончании итераций можно вычислить усилия Т в каждом элементе канатной частк трала. Дальнейший расчет производился следующим образом. Полное относительное удлинение э/ емента "р" по зле "п" итераций вычислялось по формуле:

п

£рш I ¿Ре • (4)

Л'

После этого для каждого элемента наудился запао прочности, вычисляемый по формуле: •

/т. я •

"р £р '

р ^ Ър (5)

ЕР '

где:^-усилие в элементе, соответствующее разрывному сопр-тивлению;

ЕР - хесткость элемента на растяжение.

Новый диаметр элемента определялся из условия:

р!п*< ~ ^п

чп*( "п ¡г Пр (6)

Очевидно, что при изменении диаметров элементов изменится

/

- и -

и перераспределение усилий между ними 'за счет изменения их жесткости и гидродинамических составляющих усилий. По этой причине данный расчет необходимо итерировать до удовлетворительной сходимости результат». При повторных итерациях регламентированный запас прочности Должен оставаться постоянным. При этом необходимо учитывать, что диаметры элементов не могут принимать произвольных значений, а требуют округления до ближайшего большего диаметра по ГОСТ 10293-77 для капроновых канатов.

Результаты расчетов приведены в табл. 1.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ освещаются исследования, направленные на повышение производительности труда при изготовлении канатной части трала. Трудоемкие операции по разшлажив^ию каната, от-мерке и отрезке стропов и заделки канатов в огоны на фабриках эрудий лова осуществляется вручную. Однако эти операции можно механизировать и автоматизировать.

При решении задачи механизации изготовления стропор была спроектирована, изготовлена и испытана машина для изготовления <ерных концов из капронового каната.

Машина для изготовления мерных концов состоит из не'коль-шх устройств, связанных между собой единым технологическим [роцессом. Составными частями мипины являются:

1) устройство для размолажкзания каната, служащее для сня-ия излишней крутки каната, возникающей при размотке каната с ухты;

2) устройство для перемотки и отмерки концов, служащее для ранспортировки каната с устройства длч размслаживания каната ерее блок, оснащенный датчиком фотоимпульсов,' на устройство ля отрезки каната;

3) устройство для отрезки каната, состоящее из вахвата для

Таблица 1

Запасы прочности и новые длины окружности по элементам

1 1 N 1 Длина 1 1 Запас про- 1 — 1 N 1 Длина Запас проч-

!члемен- окружи. чности |элемен- окружи. ности

1 та каната | та 1 каната

I 8 25 16,70 1 | 39 25 23,70

I 11 25 15,40 | 40 - 25 22,70

1 14 25 15,40 1 41 25 15,40

1 IV 25 16,70 | 45 25 9,52

| 20 25 15,40 | 46 25 20,70

| .21 25 28,60 . I 4? 25 20,70

| 22 25 28,60 | 48 25 9,09

| 23 25 15,40 | 53 25 9,73

| 26 25 20,00 | 54 25 24,30

| 27 25 23,30 | 55 25 24,70

| 28 25 23,30 | 56 25 0,03

I 29 25 15,38 | 61 . 25 0,05

I 32 25 ' 16,38 ! 62 25 2 5,10

| 33 25 29,30 | 63 25 25,30

| 34 ' 25 29,30 | 64 25 3,70

1 35 25 20,00 1 69' 25 19,30

| 38 1 25 16,30 | | 70 ! лг | 19,36

1 ! I

N IДлина |Запас про- |

лемен- |округа. |чности |

та (каната 1 1 1 |

71 | 25 1 1 ! 9,52 |

72 | 25 1 8,40 |

81 | 25 ! 9,56 |

82 | 25 1 11.90 |

83 | 25 1 14,20 |

84 | 25 1 16,30 |

85 | 25 1 16,10 |

86 | 25 I 13,90 |

87 I 25 1 11,50 |

88 I 25 I 10,10 1

94 | 25 1 9.67 |

95 1 25 1 1С ,34 |

96 I 25 1 1Й.45 |

97 I 25 1 16,07 |

98 1 25 1 15,83 |

99 I 25 1 14,02 |

100 1 25 1 11,05 | 1

л.одолжение габл. '¿.'с

г~ I 1 т

1 N Длина Запас проч~|

|э1емен- окрухн. ности |

| та каната

| 101 25 9,78 |

| 110 25 10,03 |

| 111 25 11,24 |

| 112 25 14.87 |

| 113 25 15,48 |

| 114 25 16,37 |

| 115 25 14,05 |

| 116 25 10,48 |

| 117 25 9,76 |

| 123 25 10,43 |

| 124 2Ь 12,07 |

| 125 13,97 1

! 125 2о 16,94 |

! 127 16,85 |

! 129 25 12,67 |

| 128 25 14,37 |

I 130 1 25 20,09 |

подачи каната и нилромошй нити, предназначенной для теплов

отрезки каната;

4) блок автоматики, предназначенный д. я подсчета ксшичес ва импульсов, поступающих от фотодатчика и формирования комаи на> отрезку каната при совпадении количеств;' импульсов с число установленным на переключателе кодов.

Машина позволяет осуществлять операиии размотки каната бухты, отмерки и отрезки стропов длиной от 2 до 60 м из калр нового каната с длиной окружности от С-25 мм до С- 40 мм.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приводятся результаты экспериментальн и теоретических исследований технологичных способов заделки к ната в огоны, позволяющих механизировать процесс их изготовл ния. Выявлен надежный и технологичный с точки зрения механиз ции процесса способ сшивки огона капроновой чигыо.

Получена формула для определения усилия в (1+1)- м сечен ходового конца каната:

(V)

где: Р - разрывное усилие каната, Н;

f - коэффициент трения между ходовым и корен-

ным концами каната;

а - шаг сшивки, мм; i - номер прошивки; EF

- ---- - отношение жесткости нити EF к жест-

EF^ кости каната EF£ d - диаметр каната, мм; - экспериментальный коэффициент, который учиты->ает несоответствие теоретической и действительной деформации гити при растяжении каната, а также сужение каната-при его на-•яжении. При расчете принято ^ - 0,5.

К - некоторый экспериментальный коэффициент, полученный утем вытяжки нитей ив натянутого капронового каната, зависящий it ориентации прошивки относительно прядей канатз, диаметра нии и диаметра каната. Значения коэффициента К приведены в абл. Z.

Таблица 2 Значения коэффициента К

1лина окружности Диаметр нити, мм

каната, мм 0,5 1,8

С - 25 0,0316 0,0504

С - 30

0,0486

0,0800

По полученной зависимости (7) составлена программа расчета параметров сшивки огона, позволяющая определить длину сшивки огона при заданном шаге сшивки для определенного типоразмера каната и нити. Результаты расчета для канатов С - 25 мм и С -30 мм и нитей с! - 0,5 мм и с) - 1,8 мм представлены на рис. 1.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ приведен анализ экспериментальной проверки результатов работы. В приложениях акты о внедрении результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен обзор литературных и патентных источников по затронутым в диссертационной работе вопросам.

2. Разработана математическая модель расчета на прочность канатной части трала и на ее основе разработан алгоритм и программа расчета на ЭВМ прочности канатной части трала на примере разноглубинного трала 98/640 м.

3. По полученным результатам расчета выданы рекомендации по снижению материалоёмкости канатной части трала.

4. По данным рекомендациям создан промышленный образец трала, прошедший промысловые испытания в районе Юго-Западной Атлантики.

. 5. Разработан и испытан опытно-промышленный образец машины для изготовления мерных концов из капронового каната для канатной части трала, предиааначелныи для изготовления стропов длиной от г м до 60 м из капронового каната с длиной окружности от С - 25 мм до С - 40 мм. Машина передана на ФОЛ СПОРП "Атланти-

!-пс. 4.13. Зависимости ые^-ду длиной и шагом шивки при сшивке огона капроновой нитью

1 - для кана-а С - гь мм и нити <1 - 0,5 мм;

2 - для кана а С - 2;> мы и нити <1 - 1,8 мм;

3 - для кана а С - 30 мм и нити <1 - 0,?. мм;

4 - для кана а С - 30 мм и нити <1 - 1,8 мм.

I 18

ка" для внедрения.

6. Проведены экспериментальные и тесретические исследования прогрессивных способов заделки каната в огон, позволяющих механизировать процесс их изготовления.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Чемакина Т. Л. Автоматизация технологических процессов изготовления элементов канатной части трала. Тезисы докладе республиканской научно-технической конференции " Технология и оборудование для производства многопроволочных витых изделий ", Севастополь, 1989, с.62.

2. Любимов В.Г., Чемакина Т.Л. Разработка, путей и сп особо] снижения материалоемкости орудий лова и промснаряжения Знание.- Киев.- 1990.

. 3. Ветров А.П.,. Громова F.H. .Чемакина Т.Л. Расчет на проч ность пелагического тр?ла.- В сб.: Технические средств рационального морского и океанического промысла рыбы. Севастополь.- 1990.

4. Чемакина Т.Л., Громова E.H. Устройство для отмерки и от резки стропов,из капронового каната для канатной част трала. В сб.: Технические средства океанического промыв ленного рыболовства.- Севастополь.- 1990. .

5. Ветров А.П., Чемакина Т.Л. Расчет на прочность канатне части трала. Веб.: Технические средства' океанически промышленного рыболовства.- Севастополь.- 1990.

6. Ветров А.П., Чемакина Т.Л. Механизация технологичесга процессов сборки орудий лова,- Сб." Технические' средст]

океанического промышленного рыболовства".- Севаст'лоль.-1992 .

7. Ветров А.П., Чемакина Т.Л. Соединение капроновой каната в огон путем сшивки капроновой нитью и расчет паг -(метров сшивки.Сб.: Технические средства океануческого промышленного рыболовства".- Севастополь,- 1993 .

8. Чемакина Т. Л. Экспериментальное определение коэффициента зависимости усилия натяжения нити от усилия в каната при сшивке огона. В сб.: Прочность и долговечность п-.-дъем-но-тралового оборудования.- Севастополь, 1993.

9. Чемакина Т.Л.. Ветров А.П. Расчет параметров сое,1:-нения каната в огон путем сшивки капронов-. й нитью. ! сб.: Расчет и конструирование элементов подъемно-трансп ртного оборудования.- Севастополь, 19ЯГ-;.- с. ,"?-:?н.

дг нсано к печати 6ДП-95Г. Формат 60/8^ 1/16 Тира* 80. ОС "Нерей", ВНИРО, 1071«Ю,иосква,В.Красносельская,17