Результаты исследования сопротивления воды движению лесотранспортных единиц

УДК

DOI:

Аннотация

Для рек с малыми глубинами предложена сплоточная единица, состоящая из четырех пучков малого объема (до 5 м³), соединенных между собой с помощью крепежных бревен и гибких связей.

Цель нашей работы — выполнить экспериментальные исследования движения лесотранспортных единиц (ЛТЕ) в условиях мелководья. Лесотранспортные единицы формировали из 1–6 сплоточных единиц. Исследования проводили на моделях масштаба 1:20. Отношение длины ЛТЕ к ее ширине изменялось от 1 до 6. При равномерном движении моделирование выполнено по критерию Фруда в интервале от 0,16 до 0,48, при неустановившемся — по критериям Фруда и гомохронности. Опыты проведены при числах Рейнольдса 3,1∙10⁴ ... 5,5∙10⁵. Модели буксировали при поперечном расположении лесоматериалов в диапазоне скоростей 0,1 ... 0,3 м/с. Движение моделей фиксировали бесконтактным оптическим датчиком оборотов. Датчик обеспечивал формирование импульсов, частота повторений которых пропорциональна частоте прохождения тахометрических меток, нанесенных на вращающийся блок со светоотражающим покрытием. Изменение частоты импульсов по времени фиксировали на компьютере с помощью программы Zet Panel.

Для каждой модели получены квадратичные зависимости силы сопротивления воды равномерному движению ЛТЕ от скорости движения модели. Сопротивление неустановившемуся поступательному движению ЛТЕ представлено как сопротивление воды равномерному движению ЛТЕ и дополнительное сопротивление, возникающее при неустановившемся движении.

При исследовании неустановившегося движения ЛТЕ такие величины, как присоединенная масса, масса воды в пустотах лесотранспортных единиц, возникающее дополнительное сопротивление, учитываются коэффициентом нестационарности. Для всех моделей получены зависимости коэффициента нестационарности от относительной скорости движения ЛТЕ при отношении глубины к осадке 7,0; 5,0; 4,0; 2,7; 1,6.

Полученные результаты позволяют определить время и путь разгона ЛТЕ. Можно решать и другие задачи, например, найти необходимую силу разгона для достижения за определенное время заданной скорости движения ЛТЕ.

Сведения об авторах

Я.В. Ватлина, асп.

Г.Я. Суров, канд. техн. наук, проф.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002

E-mail: ya.vatlina@narfu.ru

Ключевые слова

Литература

1. Барабанов В.А. Исследование разворота лесотранспортной единицы при неустановившемся режиме движения // Химико-лесной комплекс: проблемы и решения: материалы Всерос. конф. Красноярск, 2002. С. 71–76.

2. Митрофанов А.А. Лесосплав. Новые технологии, научное и техническое обеспечение: моногр. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2007. 492 с.

3. Овчинников М.М., Родионов П.М. Сопротивление движению хлыстовых плотов // Лесн. пром-сть. 1979. № 6. С. 28–29.

4. Пат. 115769 РФ, МПК В 65 G 69/20. Сплоточная единица / Суров Г.Я., Ватлина Я.В., Шарова Т.М. № 2012100535, заяв. 10.01.12, опубл. 10.05.12, Бюл. № 13.

5. Суров Г.Я. О влиянии массы воды в пустотах пучка бревен на величину силы удара // Водный транспорт леса: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 5. Красноярск: СибТИ, 1977. С. 15–21.

Ссылка на английскую версию:

The Results of the Study on Water Resistance to the Motion of Timber Transport Units

Ya.V. Vatlina, Postgraduate Student

G.Ya. Surov, Candidate of Engineering, Professor

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, 163002 Arkhangelsk, Russia

E-mail: ya.vatlina@narfu.ru

A raft section consisting of four small volume bundles (up to 5 m³) linked by means of fastening logs and flexible couplings has been proposed for shallow rivers.

Experimental investigations of the motion of timber transport units (TTU) in shallow waters were conducted. TTUs were formed of 1­–6 raft sections. The study was performed using models on a scale of 1:20. The length–beam ratio of the TTU ranged between 1 and 6. At uniform motion of the TTU, modelling was carried out using Froude number ranging between 0.16 and 0.48. At unsteady motion, the experiments were performed using Froude number and homochronicity criterion. The research was conducted at Reynolds numbers ranging between 3.1∙10⁴ and 5.5∙10⁵. The models were towed at the speeds from 0.1 to 0.3 m/sec. A non-contact rotational velocity sensor was used to register the motion of the models. The sensor formed impulses at a frequency proportional to the frequency of passing the tachometric marks on the light-reflecting rotating block. Variation of impulse frequency was recorded by means of Zet Panel computer program.

Quadratic dependences of the water resistance force to the uniform TTU motion on the model velocity were derived for each model. Water resistance to TTU’s unsteady motion is represented as water resistance to uniform motion plus additional resistance arising at unsteady motion.

The values taken into account as nonstationarity factors were: associated mass, water mass in the voids of TTUs, and additional water resistance. For all TTU models we derived dependences of the nonstationarity factor on the relative motion speed at the following depth–draught ratios: 7.0; 5.0; 4.0; 2.7 and 1.6.

The results obtained allow one to determine TTU’s acceleration time and distance. Some additional tasks can be solved, such as determining the acceleration force required to reach a given TTU motion speed in a certain time.

Keywords: raft section, experimental study, unsteady motion, water resistance, nonstationarity factor, velocity, mass.

REFERENCES

1. Barabanov V.A. Issledovanie razvorota lesotransportnoy edinitsy pri neustanovivshemsya rezhime dvizheniya [Study of U-Turn of the Timber Transport Unit at Transient Driving Conditions]. Khimiko-lesnoy kompleks: problemy i resheniya: materialy Vseros. konf. Forest-Chemical Complex: Problems and Solutions: Proc. All-Russian Conf. Krasnoyarsk, 2002, pp. 71–76.

2. Mitrofanov A.A. Lesosplav. Novye tekhnologii, nauchnoe i tekhnicheskoe obespechenie [Rafting. New Technologies, Scientific and Technical Support]. Arkhangelsk, 2007. 492 p.

3. Ovchinnikov M.M., Rodionov P.M. Soprotivlenie dvizheniyu khlystovykh plotov [Resistance to Motion of Tree-Length Rafts]. Lesnaya promyshlennost', 1979, no. 6, pp. 28–29.

4. Surov G.Ya., Vatlina Ya.V., Sharova T.M. Splotochnaya edinitsa [Raft Section]. Patent RF no. 115769.

5. Surov G.Ya. O vliyanii massy vody v pustotakh puchka breven na velichinu sily udara [Influence of the Mass of Water in Voids of the Log Truss on the Impact Force Value]. Vodnyy transport lesa: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Timber Transportation by Water: Interuniversity Collection of Sci. Papers]. Iss. 5. Krasnoyarsk, 1977, pp. 15–21.