автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Взаимодействие рабочих органов сортировочных устройств с плавающими лесоматериалами

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

московский ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

_\_

На правах рукописа

УДК 630*378.002.5

ПОСЫПАНОВ Сергей Валентинович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

СОРТИРОВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ С ПЛАВАЮЩИМИ ЛЕСОМАТЕРИАЛАМИ

Специальность 05.21.01 — „Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —

1992

К' " "

• I ГОС.. 2

./.„ Ь........

Работа выполнена на кафедре транспорта леса Московского лесотехнического института.

Научкьш руководитель — кандидат технических наук,

профессор А. Н. Пименов.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор М. М. Овчинников;

кандидат технических наук, доцент А. А. Шадрин.

Ведущее предприятие — СевНИИП (Северный научно-исследовательский институт промышленности).

Автореферат разослан « :/?>> . . 199^ г.

Защита состоится в Московском лесотехническом

институте , ¿Г " —_199^ года.

Просим Ваши отзывы по автореферату ОБЯЗАТЕЛЬНО В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ высылать по адресу. 141001, Мытищи-1, Московская обл., Московский лесотехнический институт, Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор Ю. П. Семёнов

Поди, в печать 2.11.92 Объем 1 н. л. Зак. 491 Тар. 100

Типография Московского лесотехнического института

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сортировка круглых лесоматериалов, ;з которой невозможно рациональное использование древесного фья, является довольно трудоемкой операцией. Выполнение ука-1НН0Й операции на'Еоде позволяет снизить ее трудоемкость, но зли такая сортировка осуществляется вручную, то это тем не ме-?е довольно тякелый физический труд, который необходимо меха-язироЕать. Если учесть, что сортировка на Еоде в настоящее ремя практически повсеместно выполняется вручную, то острота роблемы ее механизации становится очевидной. Решение проблемы значительной мере сдерживается недостатком в методологических зновах по конструированию устройств для сортировки на воде и 5оснсванию их параметров. Восполнению указанного недостатка и освящена предлагаемая работа.

Цель работы, разработка системного подхода к конструировали устройств для сортироЕки круглых лесоматериалов на воде, редполагающего высокую пропускную способность технологических угоков, а также низкие энерго- и металлозатраты; создание ме-эдических основ по определению исходных расчетных величин, не-Эходимых при проектировании указанных устройств, и по обосно-анию их основных параметров.

Научная новизна. В работе предложен новый системный подход кснстгукро"^»» устройств для сортировки лесоматериалов на аде.. Дано аналитическое обоснование преимущественное™ предло-енного автором варианта выталкивания бревна из поперечной щей. Получены новые зависимости'для определения параметров про-ольного неравномерного движения бревна (скоростей, времени, ути, внешнего уилия), выталкиваемого из поперечной щети, и для становления максимальной ва время взаимодействия динамической агрузки, воспринимаемой выталкивающим рабочим органом при над-игании его на торец указанного бревна. Автором разработаны от-ечающие критерию новизны методические указания и рекомендации о обоснованию параметров (мощности, скорости и Бремени дви.уе-ия 'рабочего органа, развиваемого усилия и др.) сортировочных сгройств предлагаемого типа и определению динамических -нагру-ок. воспринимаемых выталкивающим рабочим органом.

Места проведения экспериментальных исследований, сл-'спери-

ментальные исследования на моделях проводились в лаборатори; кафедры транспорта леса ШГГИ, натурные - на акватории Краснофлотского сплавучастка и на Бобровском рейде ПЛСО "Двиносплав".

Практическая значимость работы. Разработанный в диссертации системный подход к конструированию устройств для СОрТИрОЕК! круглых лесоматериалов на воде позволяет повысить эффективност! поиска удачных технических решений. Созданные методологически« осноеы, базирующиеся на результатах проведенных исследований, дают возможность обосновать параметры устройств рекомендуемой типа. Все это, как и разработанный с использованием упомянутой системного подхода вариант устройства, способствует ревеню проблемы механизации и автоматизации сортировки кругл»: лесоматериалов на годе.

Реализация работы. Материалы диссертации использованы кафедрой транспорта леса ШГГИ при выполнении НИР по хозяйственны договорам С NN гос. per. отчетов 018.30006743, 0189C007V43). < применением ' результатов исследований спроектировано устройств для сортировки круглых лесоматериалов на воде, экспериментальный' образец которого испытан в производственных условиях, ; технологическом потоке высокой пропускной способности Бобровского рейда ПЛСО "Двиносплав". Испытанйя показали, что созданно* устройство при низких показателях энерго- и металлоемкост: вполне соответствует технологическому потоку по его высоко; - пропускной способности, подтвердив таким образом соответствую шие положения диссертации.

Материалы диссертации используются е учебном процессе Архангельского, Московского ■ лесотехнических институтов Санкт-Петербургской лесотехнической академий.

Апробация работы. Основные положения диссертации были заслушаны, обсуждены и получили одобрение на научно-технически кон4еренциях Московского лесотехнического института в 1989 1990 годах, на научно-технической конференции молодых ученых специалистов, посвященной 60 - летию АЛТЙ, "Актуальные проблем рационального использования и восстановления природных ресурсо Европейского Севера" в 1989 году.

' Публикации. Материалы диссертации опубликованы в шести печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из ЕЕедения, пяти глав,

аключения, списка литературы, содержащего 140 наименований, и приложений. Основная часть диссертации изложена на 190 стра-яцах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 5 таблиц, риложения даны на 92 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, сфор-улировака цель работы, дана ее краткая характеристика.

В первом разделе отражены потенциальные преимущества сор-ирорки круглых лесоматериалов на ЕОде, ее место в различных ранспортно - технологических схемах водного лесотранспорта и начимость в современных условиях. Разработана оОсая классифи-ация устройств для сортировки лесоматериалов на воде, исполь-ование которой позволило более продуктивно проанализировать меюциеся и возможные технические решения. При выполнении приеденного в разделе анализа рассматривались соответствующие ■азличным признакам, учтенным в упомянутой классификации, схе-и; отмечались достоинства этих схем, недостатки и предопроде-■япщие их причины; учитывались возможность и необходимостй со-[етания различных признаков, а также имеющийся практический шыт. В результате анализа выделена совокупность признаков, ко-юрыми должно обладать разрабатываемое устройство, для того, геобы потенциальные преимущества сортировки на воде были лучше залигованы. К числу упомянутых признаков относятся:

- перемещение, лесоматериалов в общем потоке по поверхности ¡оды;

- поперечная ориентация лесоматериалов в общем потоке;

- разобщение лесоматериалов непосредственно перед отбором га общего потока;

- отбор лесоматериалов из общего потока продольным вытал-сиванием по поверхности воды;

- разгон при отборе лишь на начальном участке продольного цвимэния отсортировываемого лесоматериала;

- поступательное движение выталкивающего рабочего органа;

- воздействие выталкивающего рабочего органа на торец лесоматериала.

' По поеоду двух'последних признаков омтечено, что они могут быть заменены альтернативным!:

- вращательное движение выталкивающего рабочего органа;

- воздействие выталкивающего рабочего органа на боковую поверхность лесоматериала.

Такая замена целесообразна лишь при нахождении решения, позволяющего исключить проскальзывание выталкивающего органа по боковой поверхности лесоматериала в процессе интенсивного разгона. При исключении проскальзывания альтернативные признаки более предпочтительны.

В упомянутом разделе дан обзор ранее выполненных исследований прямолинейного неравномерного движения круглых лесоматериалов в воде и динамического взаимодействия их с элементами машин. Е обзоре отмечены работы К. Л. Рощина, А. Н. Лебедева,' Б. ПДоброва, И. П. Донского, Б. Я. Корехова, В. Я. Харитонова, В. Г. Рогулина, Г. С.Татаренко и другие. Анализ этих работ показал, что сведения, содержащиеся е них, недостаточны для обоснования параметров сортировочных устройств с указанной совокупностью признаков. Для .восполнения указанного недостатка требовались дополнительные исследования.

Исходя из анализа состояния вопроса и цели работы, поставлены следующие задачи исследования:

1. Обосновать совокупность основных признаков устройств (с предварительной разработкой общей классификации), предполагаю- ' шую при механизации сортировки бревен на годе наименьшие эНерго- и МАтериалозатраты и наибольшую пропускную способность технологических потоков;

2. Получить зависимости для определения параметров про-дольнрго неравномерного движения бревна (скоростей, времени, пути, внешнего усилия), выталкиваемого из поперечной цети;

3. Разработать модель динамического взаимодействия витал-киваюсего рабочего органа сортировочного устройства и плавающего бреЕна, получить зависимость для нахождения величины максимального за время взаимодействия усилия, возникающего между плавающим бревном и рабочим органом;

4. Получить уравнение регрессии для определения коэффициентов присоединенной массы бревна, выталкиваемого из- поперечной дети;.

5. Разработать методические указания и рекомендации по обоснованию параметров (мощности, скорости и, времени движения рабочего органа, развиваемого усилия и др.) сортировочных устройств предлагаемого типа и определению динамических нагрузок, воспринимаемых выталкивающим рабочим органом;

6. Апробировать в производственных условиях разработанное с использованием материалов исследований конкретное техническое решение по механизации сортировки бревен на воде.

Во втором разделе приведены материалы теоретических исследований продольного неравномерного движения бревна, выталкиваемого из поперечной шрти, и динамического взаимодействия выталкивающего рабочего органа с указанным бревном.

Рассмотрение упомянутого движения бревна начато с дифференциальных уравнений:

<а

. (2)

где Р - внешнее усилие, приложенное к бревну; - масса бревна; изменение скорости по времени;-^- изменение скорости по пути; V - скорость бревна; у - плотность еоды; ы - площадь поперечного сечения бревна; С - коэффициент гидродинамического сопротивления бревна.

Решение уравнений (1), (2) не вызывает особых затруднений при условии постоянства Я и С. Но в действительности величина £ в процессе неравномерного движения изменяется. Для Еыхода из этого положения использоЕан прием замены коэффициента С на постоянную для каждого конкретного случая величину С. Такая_замена вполне.правомерна при условии, что постоянная величина С будет связана с коэффициентом С следующими соотношениями;

г

О)

с

где С - осредненнья для рассматриваемого участка движения коэффициент гидродинамического сопротивления; 6 и 5 - соответствен-

но, еременкая и геометрическая продолжительности рассматривав мого интервала движения.-

После осуществления упомянутой замены сложности с решением дифференциальных уравнений (1), (2) отпали. Фэрмулы для опреде летом параметров движения бревна, полученные после решения ука ванных равнения,, имеют вид:

С. ГМ Р»--

п -(б)

(7)

^ 2(1- '

Индексами "и", "р" в приведенных формулах помечены обозначения, относящиеся, соответственно, к движению по инерции разгону, индексами "н" и "к" - к началу и концу рассматриваемо го интервала движения. ' .

Установи» в результате теоретических исследований факторы, определяющие величину оередненных коэффициентов гидродинамичэс кого сопротивления в рассматриваемых случаях, записали следую ¡цие уравнения

л?, ъВ, (11)

(12)

,где р - отпадение длины бревна к его диаметру; /( - козффициен кинематической вязкости воды; ^ - ускорение свободного падения В - расстояние от бревна щоти, предшествующего выталкиваемому, до послодуидего; В) - расстояние от выталкиваемого бровка д

ближайшего; £г- величина численно равная (В~с1)/2 ; Н - глубина потока. Последние три параметра в уравнениях (11), (12) характеризуют геометрию рассматриваемого ограниченного потока.

Проделав с уравнениями (11), (12) ряд преобразований, привели решения к одинаковому безразмерному виду. Окончательное символическое решение записали следующим образом

С"/4</>. Гг^. (13)

где К - отношение плотности бревна к плотности воды; /г - число (Груда, соответствующее скорости равномерного движения, достигаемой по окончании разгона, или скорости, с которой начинается движение по инерции (в зависимости от того какой вид движения рассматривается).

Для получения возможности рассчитывать с помощью формул (5)...(10) параметры продольного неравномерного движения бревна в рассматриваемых.условиях (это необходимо при обосновании параметров сортировочных устройств) символическое решение (13) требовалось представить в яеном виде, что и было сделано впоследствии по результатам экспериментальных исследований.

В рассматриваемом разделе дано также графо-аналитическсе обоснование предпочтительности предлагаемого варианта продольного выталкивания бревна (с коротким интенсивным разгоном). В ходе обоснования показано, что . предлагаемый вариант является более выгодным с энергетической точки зрения, при использовании одинаковых мощностей этот вариант позволяет достигнуть большей производительности.

Исследование динамического' взаимодействия выталкивающего органа сортировочного устройства и плавающего бревна начали с разработки соответствующей модели. При этом выталкивающие орган рассматривали как комбинацию абсолютно твердого тела массой М , которая равна приведенной массе выталкивающего органа, и упругого элемента с коэффициентом жесткости Се , отражающим общую жесткость выталкивающего органа (рис.1).' У бревна приняты во внимание как жесткость общей дефформзции Сг , так и местной С, .

На рассматриваемый процесс существенное влияние оказывает гидродинамическая сила, складывающаяся и? силы сопротивления воды и силы инерции окружающей бревно жидкости. При исследовании ударных явлений в жидкости силу сопротивления движению за-

Рис.-: Мэдель динамического взаимодействия выталкивающего органа с плаваю®« бревном

меняют эквивалентным вязким сопротивлением, которое вызываем такое ж рассеяние энергии за один.цикл, что и действующая силг сопротивления. Ранее экспериментально установлено, что при ма-тт амплитудах, имеющих место при ударных явлениях, сила вяз-косного сопротивления пропорциональна скорости. Коэффициент пропорциональности на.предложенной схеме обозначен буквой к

Учитывая силу инерции окру*лющ,й бревно жидкости (рис 1) к фактической массе бревна пц добавили присоединенную массуЯ (кинетическая энергия пассы Л при двюти ее со скорость» бревна равна кинетической -анергии окрухавдй его жидкости).

Опираясь на предстаымшу» информацию. законы сохранения энергии и импульса, записали следующую систему уравнений

, Г (14)

где й - скорость движения рабочего органа (точек контакта) непосредственно перед взаимодействием с бревном; V, - сюросп двклйния рабочего органа (точек контакта) и бревна в момент времени, соответствующий максимуму динамической нагрузки- На энергетические затраты, соответственно, на общую и цг-ст-' ную деформации бревна; - энергетические затраты на обт деформации рабочего органа; А - энергия.' затрачгааешл на прео-

зление силы сопротивления вода

В результате решения системы уравнений (14) и Других,пре-5разований получили зависимость для нахождения величины макси» ального за время взаимодействия усилия, воспринимаемого вигал-ивающим рабочим органом

р - гг.

'тал

\M-(M<-mi*J?)/C(mi>-J)/M*(ï*

f/с. ыж.а,!* t/(5E«u) 11Э)

де - это толщина зоны линейного роста контактного напряже-ия; /* - площадь контакта; ря п £л - соответственно контакт-ая прочность и модуль упругости древесины вдоль волокон.

При получении зависимости (15) Сьио сделано обоснованное опущение об относительной малости силы сопротивления воды е осматриваемом, процессе. Правомерность указанного допущения ¡последствии была подтверждена экспериментально. Теоретическое 'в обоснование экспериментальной проверки выполнено в рассматриваемом разделе. В результате указанного обоснования получено ¡еравенстЕо, отражающее условие приемлемости упомянутого допущений

я. ±

^ е

ait . (16)

Здесь 1di и - два последовательных пиковых значения деформации упругой системы экспериментальной установки; 5% - допустимая относительная погрешность; е - основание натурального логарифма.

Поскольку вязкостным сопротивлением мы пренебрегли, то влияние потока в зависимости (.15) учитывается только через присоединенную массу J. УстаноЕ-лв в ходе теоретических исследований факторы, определяющие величину присоединенной массы бреЕнз в рассматриваемом случае, записали следующее уравнение

;-/>(/. f. /.f. (1Г)

где / - частота происходящего процесса.

Приводя символическое ревенке ( 17) к безразмерному виду, проделали ряд преобразований. Окончательное символическое ре сякие записали следующим образом.:

8 5/ H

l'f(9. I f. fr f)

. 1.3;

где' к - коэффициент присоединенной масссы бревна (отношение его присоединенной массы к фактической).

Для получения возможности рассчитывать с помощью формулы (15) максимальное за время взаимодействия усилие, воспринимаемое выталкивающим рабочим органов в рассматриваемых условиях, символическое решение (18) требовалось представить в явном виде, что и было сделано впоследствии по результатам экспериментальных исследований.

Третий раздел посвящен экспериментальным исследованиям на моделях. В нем приведены материалы по планированию экспериментов; обоснованы условия подобия модельных и натурных явлений, диапазоны варьирования факторов; описаны лабораторные установ-'ки, . порядок проведения опытов и обработка материалов, полученных при лабораторных исследованиях.

Экспериментальные исследования на моделях проводились в русловом лотке гидравлической лаборатории ЮГГИ В лотке были последовательно смонтированы дге экспериментальных установки.

Первая установка предназначалась для исследования продольного неравномерного движения бревна, выталкиваемого из поперечной шэти. При использовании этой установки модельное бреЕно разгонялось усилием, передаЕемым на нёго через нитеблочную систему от опускающегося груза. По окончании воздействия указанного усилия бреЕно двигалось по инерции. Процесс движения бревна фиксировался на кинопленку. В результате покадровой обработки-кинопленок определяли для каждого опыта время, га которое бревно проходило между контрольными стЕорами, и фактическое значение конечной скорости разгона,- являющейся одновременно и начальной скоростью инерционного движения.

Подставляя в уравнения (5), (7) и (8), (10) соответствующие опыту экспериментальные данные, находили величины осреднении коэффициентов гидродинамического сопротивления при разгоне и при движении по инерции. Поскольку искомые коэффициенты из указанных уравнений в явном виде представить невозможно, то для .их определения воспользовались численным методом, а именно методом "вилки". Все расчеты при первичной обработке соответствующей информации выполняли на ЭВМ по специально составленной программе

Вторая лабораторная установка была создана дат отпертой:-

лыюго определения коэффициентов присоединенной массы 1р»ьоз рассматриваемых условиях и осуществления проверки ранее уго-нутого предположения об относительной малости силы сопротт-ния воды. Основной частью указанной установки являлся упругий емент, верхний конец которого жестко крепился на пспер<1,!"г'!> лке, установленной над лотком. На упругом злешнте были глк-ены два тензосопротивления." спаянные гм полумостовой схеме, дольние бревна крепились за нижний конец упругого элемента, ¡и выводе упругого элемента из равновесия он начинал совесть >леОанкя, которые с помощью,указанных тензосопротивлений я ре-ютрирующей аппаратуры записывались на ленту осциллографа. Обкатывая осциллограммы, определяли частоту колебаний система п зответствуюирм опыте.

При проведении второго лабораторного эксперимента исппц,-эвали методику определения присоединены^ масс по измененг.и астоты колебаний системы' в результате переноса исследуемого эла из -воздушной среды в водную. Для нахождения величины ¡:o:;.:t> ициента присоединенной массы бревна при -плановом сочетании акторов нужно было в каждом случае сначала установить (экспе-иментально) частоту колебаний упругого элемента без бревна /, , атем с бревном в гоздухе /< и только потом - с бревном, на-одящимся- в г-аданных планом (В-план второго по рядка с лолуреп-.иной в ортогональной части) условиях, h . Имея значения трех ■помянутых частот, величину указанного коэффициента определял! : помощью формул;

м - . пг_• П9)

к=(Мс/trie +МША?-{]> (20>

\де Мс - приведенная масса упругой системы. Все расчеты При тервичной обработке материалов эксперимента выполняли на ЭВМ по ¡пециалъно разработанной программе PRISMAS.

. Каждый опыт при лабораторных исследованиях дублировали четыре раза. Общее число опытов (с учетом дублирования) в первом лабораторном эксперименте - 18, во второй - 112. Определяющие ¿акторы при экспериментах варьировали в следах-х диапазонах: <р - 13,0...32,5; О, 500... 0,950; Ft - 0,038... 0,320; Я// -

3,015... 0,275; X//- 0,030... 1,000; Bfd - 2,4... 11,0 \ В,/£ч -

0,16. ..1,00-,Щс1. - 1,4...7,0 (при натурных исследованиях диапазоны варьирования факторов те же). Масштаб моделирования С/ -5,7. Критериями подобия при проведении первого и второго лабораторного экспериментов являлись безразмерные факторы, представленные, соответственно, в уравнениях (13) и (18).

• Е ходе лабораторных исследований было подтверждено сделанное нами предположение о значимой зависимости (по крайней мере при больших числах Фруда) осредненных коэффициентов гидродинамического сопротивления. от протяженности рассматриваемого интервала движения, от близости соседних бревен шети и дна. На основании этого был сделан вывод о необходимости учитьшания соответствующих факторов при составлении экспериментального плана натурных исследований, по результатам которых решено было получить регрессионные модели (от получения указанных моделей по данным лабораторных исследований пришлось отказаться из-за возникших при этом трудностей с достаточно точным определением времени по отдельным точкам экспериментального плана).

Еместе с тем в результате лабораторных исследований были получены данные, необходимые при построении регрессионной модели для коэффициентов присоединенных масс бревен в рассматриваемых условиях. Выполненная в лабораторных условиях экспериментальная проверка позволила убедиться в правильности предположения об относительной малости силы сопротивления воды, сделанного при Еыводе формулы (15).

В четвертом разделе изложены сведения по проведению натурных исследований продольного - неравномерного движения бревна, выталкиь&емого из поперечной цети при возможной близости дна, и обработке полученного при указанных исследованиях первичного экспериментального материала; приведены статистическая обработка результатов всех экспериментов и анализ полученных регрессионных медалей.

Натурные исследования проводили на акватории Краснофлотского ег.лаьучастка 11ЛС0 "Кышоеплав" с использованием специально с.--данной экспериментальной установки (гравитационного типа) для разгона бревен. Опыты выполняли по В-плану второго порядка С г.о.т/репликой е ортогональной части при семи ьарьируемых факторах /см. уравнение (13)/. Каждый опит дублировали четыре ра-5 а. ОХ*у число опытов (с учетом дублирования), пров»доннмх при

- 1Б -

натурных исследованиях, равно 312. Порядок выполнения опытоз в натурных условиях практически такой же, как и в лабораторных. Имеющиеся несущественные отличия связаны, главным обрчзом, с записью исследуемого процесса, который фиксировался с помощью датчиков пути и времени на диаграммную ленту быстродействующего самопишущего прибора.

В результате обработки диаграммных лент, получали информацию. о тех-же параметрах, что и при обработке кинопленок в ходе лабораторных исследований. Аналогичным в обоих случаях был и порядок определения осредненных коэффициентов гидродинамического сопротивления. При первичной обработке материалов натурных исследований использовали специально разработанную программу NATIS.

Статистическую оценку полученных результатов всех экспериментов выполняли- на ЭШ- "ЕС-1022" с помощью программы 0RDNG. Нормализованные коэффициенты регрессии математических моделей рассчитывали с использованием программ PLEX3 и PLEX2, основанных на методе наименьших,квадратов. После отбрасывания незначимых коэффициентов регрессии, пересчетов и перехода к натуральным обозначениям факторов в конечном итоге получили приведенные ниже адекватные регрессионные модели.

. Для осредненных коэффициентов гидродинамического сопротивления бревна, выталкиваемого из поперечной щети при возможной близости дна, в случае продольного разгона полученная модель имеет вид

Ср-3.178+№2 у-0.DS2 +№S f--0Л1g-0362^-

' -№7$$ -ojm$ -/.3mfrL -агж^ ; ''

в случае продольного движения по инерции

-ojomfa •

Для коэффициентов присоединенной массы бревна, находящего-

ся е упомянутых условиях, при динамическом взаимодействии его . выталкивающим рабочим органом уравнение регрессии выглядит еле дующим образом;

. Наличие моделей (21), (22) позволяет рассчитать с помощью формул (5)... (10) параметры движения бревна в рассматриваемы условиях, что необходимо при обосновании параметров сортировоч ных устройств. Определив с помощью уравнения регрессии (23) ве личину коэффициента к и установив по нему значение присоеди ненной массы, можно перейти к вычислению по формуле (15) макси мальной за время взаимодействия динамической нагрузки, воспри нимаемой выталкивающим рабочим органом в упомянутой ситуации.

В ходе анализа полученных регрессионных моделей установлены степень и характер влияния различных факторов на исследуемы коэффициенты. При этом отмечено, что близость расположения бре вен ice™ и дна, как и предполагалось, может существенно 'ска заться на величине коэффициента присоединенной массы, также ка и на величине осредненных коэффициентов гидродинамического con ротиЕления бревна. Количественная оценка показала, что, напри мер, изменение фактора или ^ от максимума до_минимума ( исследуемом диапазоне) может привести к увеличению С на 30... 4 процентов. Установлено, что влияние ограниченности потока ростом его стеснения значительно усиливается.

При анализе подтвердилась значимость зависимостей осредненных коэффициентов гидродинамического сопротивления от степе ни завершенности фаз неравномерного движения. При движении п инерции величина коэффициента С с увеличением фактора -j- умень шается, при разгоне - увеличивается.

В ходе анализа отмечено существенное влияние на величину осредненных коэффициентов гидродинамического сопротивления чис ла Фруда. С увеличением числа Фруда увеличивается и значение С С ростом числа Фруда степень его елияния усиливается, при .это значительно усиливается и влияние других факторов, например факторов, характеризующих геометрию потока. Существенно Езаим ное влияние последних факторов. •

Приведенные здесь и другие факты, выявленные в ходе анали-

за регрессионных моделей, были использованы в дальнейшем при разработке соответствующих методических указаний и рекомендаций.

В патом разделе изложены методические указания и рекомендации по обоснованию параметров сортировочных, устройств с предлагаемой совокупностью признаков и по определению динамических нагрузок, воспринимаемых выталкивающим рабочим органом . Вместе с тем в указанном разделе представлены материалы по апробации в производственных условиях разработанного с использованием материалов проведенных исследований конкретного технического решения по механизации сортировки бревен на Еоде.

Намечая общий порядок расчетов по обоснованию параметров (мощности, скорости и Бремени движения рабочего органа, развиваемого усилия и др.) сортировочных устройств, исходили из условия, что продольное и поперечное движения выталкиваемого из коридора бревна (рис.2) должны быть соотнесены таким образом, чтобы в- пределах определенного отрезка технологического потока это бревно полностью вышло в сортировочный дворик или вступило во взаимодействие с другим механизмом. Указанное условие записали в виде уравнения

где --время, в течение которого выталкивающий рабочий орган воздействует на бревно; 1и - время движения бревна по инерции в продольном направлении до вступления во взаимодействие с ускорителем- или .до полного выхода в сортировочный дворик; { - время, за которое бревно смещается в поперечном направлении па определенное растояние £ . Время { в уравнении (24) заменили отношением длины указанного отрезка технологического потока 5 к расчетной скорости перемещения ¡дети К,. Вместо и 4 подставили соответствующие им выражения /см. формулы (5), (8), (10//, полученные ранее аналитическим путем. В результате пришли к уравнению

+ (е /1Л , (25)

т УР-МЩТГ^ ыднСи г / Гщ

решив которое, можно обосновать параметры сортировочного устройства При решении прежде всего необходимо найти скорость V , до которой должно быть разогнано бревно в продольном направле-

а

А, „ Б. в, . 1 2 3 | И В | |

I \ Ш-

А 1

1 2 3 | 4

О

1Г

Ш

л

отсутствии ускорителя: расчетном положении; 4 - Соковые створ начала выталкивания-, - расчетный стеос полного вы-

ш. Аналитическое решение уравнения (25) относительно V не >едставляется возможным, поэтому необходимо .обратиться к чис-;нным методам. Ш воспользовались методом "вилки". После нападения значения V по формулам (7), (5) определяются требуе-щ величина внешнего усилия Р , время разгона бревна ¿/>. Тре-гемая мощность устанавливается из уравнения

У1Л Рг/. (26)

Алгоритм установления величин Я, , ХР зависит от того /дет ли сортировочное устройство работать в комплексе с уско-ителями или без них, а также от типа системы выталкивания и рутих конструктивных особенностей. В разделе соответствующие лгоритмы приведены для наиболее типичных случаев.

При рассматриваемых расчетах наряду с упомянутыми здесь авиеимосгями используются формулы (21), (£2), а также другая нформация, полученная в ходе проведенных исследований. По значениям полученных при расчетах величин и устанавливаются основ-¡ые параметры сортировочного устройства

Для выполнения рассматриваемых расчетов разработана прог-)амма РАКЗОКиЗ- В программе предусмотрена возможность выполне-ш расчетов для устройств с различными системами выталкивания 1ри использовании ускорителей и без них. При реализации указаний программы осуществляются проверки на выталкивание наиболее удаленных бревен, на возможность преждевременной утраты контакта Еыталкивахдаго органа с отсортировываемым бреЕном. После 1роверок указывается дальнейший порядок действий.

Для определения динамических нагрузок, воспринимаемых выталкивающим рабочим органом, создана программа БША^. Программна составлялась на базе соответствующих методических указаний и рекомендаций, предложенных в рассматриваемом раздел«. Кроме формул (15), (23) при расчетах используются зависимости, по которым устанавливайся значения приведенной массы и коз^и-циента жесткости рабочего органа, коэффициентов жесткости местной и общей деформации бревна. Вид большинства из указанных зависимостей в различных ситуациях неодинаков. Б программе выполнение расчетов предусмотрено для наиболее типичных ситуаций. В ходе выполнения о6*-их программ даьтсд рекомендации по Еыбору исходных расчетных величин, предлагаются различные пути изменения тех или иных параметров с целью получения наиболее приемли-

mux их значений,'

Приводя в разделе материалы по упомянутой выше апробации отметили, что руководствуясь выработанной нами системой подхода к проектированию устройств для сортировки круглых лесоматериалов на воде, мы разработали (на уровне изобретения) один из возможных вариантов указанных устройств. По подготовленной нами технической документации был изготовлен экспериментальный образец устройства, который испытали в производственных условиях. В результате работ по созданию и испытаниям экспериментального образца убедились в правильности рекомендуемого нами подхода к проектированию рассматриваемых устройств. Созданное устройство работало при испытаниях в технологическом потоке с высокой пропускной способностью (около 2500 м3 /см), соответсвуя ему по указанному показателю, причем соответствие это было обеспечено при относительно небольших металло- и энергозатратах. При сравнительной оценке установили, что замена механизированного сортировочного коридора Е-62 "Ритм" технологическим потоком с предлагаемыми устройствами позволит снизить показатели удельной металлоемкости в три с лквшш раза, удельной энергоемкости примерно в 4,5 раза, приведенные затраты при этом уменьшатся в 2,8 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ '

1. Анализ состояния вопроса показал, что сортировка .лесоматериалов на воде в настоящее время практически повсеместно ылолиябтса вручную, с использованием нелегкого , физического труда. Таким образом необходимость механизации ее очевидна.

2. Сказано, что при механизации ссртироЕки лесоматериалов' на коде имеется потенциальная возможность обеспечить высокую пропускную способность технологических потоков при относительно небольших энерго - и матерналозатратах.

'¿. Разработан системный подход к конструированию устройств для ссртироиги лесоматериалов на воде. При этом с использовани-сзстгг.'Ж'.чсй кл-лсси^жади указанной техники обоснована со-уп!С:ть npuvrfijiLL-, которыми должно обладать создаваемое уст-ркитпс, лля того чтобы при его эксплуатации упомянутая в пре-дилулем пуняге агтекшкиьааа возможность была реализована.-

/Л. На основании положений гидромеханики разработаны теоретические основы процесса продольного неравномерного движения бревна, выталкиваемого из поперечной щети. При этом представлены установленные аналитическим путем зависимости (5)...(10) для определения параметров (скоростей, времени, пути, внешнего усилия) указанного' движения бревна; получено критериальное уравнение (13) для осредненных коэффициентов гидродинамического сопротивления бревна в упомянутых условиях; графоаналитическим способом обоснована предпочтительность предложенного варианта выталкивания бревна из поперечной щети 'с коротким интенсивным разгоном.

5. Получены необходимые при использовании зависимостей (5)___(10) регрессионные модели (21), (22) для осредненных коэффициентов гидродинамического сопротивления, брёвна, выталкиваемого из поперечной щети (соответственно, для случаев разгона и движения по инерции).

6. Разработана модель динамического взаимодействия выталкивающего рабочего органа сортировочного устройства и плавающего бревна фи этом аналитическим путем установлена зависимость (15) для определения максимального за время указанного взаимодействия усилия, воспринимаемого рабочим органом. Получено критериальное уравнение (18) для коэффициента присоединенной массы бревна в рассматриваемых условиях.

7. По результатам экспериментальных исследований получена необходимая, при использовании зависимости (15) регрессионная модель (23) для коэффициента присоединенной массы бревна, выталкиваемого из поперечной щети.

8. С использованием полученных результатов исследования разработаны методические указания и рекомендации по обоснованию параметров (мощности, скорости и времени движения рабочего органа, развиваемого усилия и др.) сортировочных устройств предлагаемого типа и определению воспринимаемых ими динамических нагрузок.

9. Выполненная проверка работы созданного экспериментального образца сортировочного устройства в производственных условиях подтвердила достоверность материалов и выводов проведенных исследований. Энергоемкость и металлоемкость устройства, соз1 данного для технологического потока с высокой пропускной спо-

еобностыо (около 2500 м3/см), оказались относительно небольшими. При сравнении с механизированным коридором В-62 "Ритм" установили, что для предлагаемой техники показатели удельной металлоемкости и удельной энергоемкости меньше, соответственно, в 3,2 и 4,5 раза. Приведенные затраты для предлагаемого, варианта меньше в 2,3 раза.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Посыпаясь С. Е Обоснование параметров устройства для подачи круглых лесоматериалов в боковые ворота сортировочного коридора. //Технология и механизация лесопромышленного -производства: Научные труды /ЮТ Я - Вып. 212. - И : ШЛИ, 1989. -С. 72-73,8. ПосыпаноЕ С. В. Результаты исследований продольного не-раЕ.нс(.-.ерного движения бревна, находящегося е поперечной щети. // Технология и механизация лесопромышленного производства: Научные труды / МЛГИ. - Вып. 21 и. ,- М. : МЛТИ, 1990. - С. 73-73.

3. ПЬсыпанов С. Ё. О необходимости дальнейшего использования технической базы сортировочных рейдов. / Актуальные проблемы рационального использования и восстановления природных ресурсов Европейского Севера: Тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. - Архангельск: АЛТИ, 1989. - С. 13-14.

4. Госпланов С. В. Определение динамических нагрузок, воспринимаемых выталкивающим сортировочным устройством.// Лесосечные, лесоскладскне работы и транспорт леса: Ме.жвузовский сборник научн. трудов. - Л.: ЛТА, 1991.'- С. 23-26.

5. Иосыпавов С. Б. , Харитонов В. Я Обоснование геометрических параметров размолевсчных машин пропускного типа.// Пав. высш. учеб. заведений. Лесной журнал. -1933. - N 2. - О. 47-52.

0. А. с. 1474000 СССР, ШС15 В 65 5 69/20. Устройство для проди:,<»ния бреьек по воле /. С. В. Посыпано в, В. Я Харитонов, К. А. Стрелков ( СССР]. и 4215754/31-11; Заявлено 25.03.37; ЛГ.-6.П. 23. 04.39, Е:ол. N 15. - "¿К 621.364.