Определение геометрических параметров плавающего транспортного пакета круглых лесоматериалов численным методом

УДК

634.378

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2017.1.141

Аннотация

Применение предложенных нами пакетных двухярусных сплоточных единиц создает предпосылки для эффективного экологичного лесотранспорта по средним и малым рекам, обеспечивает возможность использования преимуществ водного транспорта даже небольшими лесозаготовительными предприятиями. Геометрические и прочностные параметры этих единиц зависят от геометрических характеристик составляющих их пакетов, в том числе и при нахождении их на плаву. Известные методики определения указанных характеристик плавающих пакетов в существующем виде не позволяют получать результаты с точностью, приемлемой для научных исследований, и не могут быть применены к двухярусным сплоточным единицам. С использованием эластиковой теории из параметрических уравнений гибких оболочек, заполненных сыпучей средой, получили замкнутую, ориентированную на численное решение, систему уравнений для точного определения геометрических параметров плавающего пакета. Его обвязку рассматривали как комбинацию двух кривых: подводной и надводной. Каждая из них – фрагмент бесперегибной эластики второго рода. Предполагалось, что конфигурация комбинированной оболочки формируется под давлением двух несмешивающихся видов сыпучей среды разной плотности. Граница между средами проходит по поверхности воды. В связи с невозможностью аналитического и недостаточной точностью и неудобством в применении графического решений применили численный метод. Разработали алгоритм точного определения геометрических параметров плавающего пакета численным методом, ориентированный на использование при последующей доработке применительно к двухярусным пакетным сплоточным единицам. Реализовали его на персональном компьютере. Выполнили расчеты по разработанному алгоритму для диапазонов факторов, встречающихся на практике. Для уменьшения объема вычислений задачу привели к безразмерному виду. Используя результаты вычислений, подобрали аппроксимирующие зависимости, которые, кроме предложенного численного метода, при несколько меньших требованиях к точности можно применять для определения рассматриваемых характеристик в научных исследованиях и практических расчетах. Выполнили экспериментальную проверку на физических моделях, в результате которой убедились в достоверности полученных результатов.

Сведения об авторах

С.В. Посыпанов, канд. техн. наук, доц.

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: s.posypanov@narfu.ru

Ключевые слова

лесосплав, лесоматериалы, пакет, сплоточная единица, эластика, геометрические параметры, численный метод

Для цитирования

Посыпанов С.В. Определение геометрических параметров плавающего транспортного пакета круглых лесоматериалов численным методом // Лесн. журн. 2017. № 1. С. 141–153. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.1.141

Литература

1. Вальков Ю.И. Определение длины обвязки пучка // Лесн. журн. 1966. № 2.
С. 21–25. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Воробьев А.Г. О расчете по эластиковой теории пучков пучковых плотов для случая нахождения их на суше // Лесн. журн. 1958. № 4. С. 93–98. (Изв. высш. учеб. заведений).

3. Воробьев А.Г. О расчете по эластиковой теории сигар и пучков пучковых плотов для случая нахождения их наплаву // Лесн. журн. 1958. № 6. С. 93–105. (Изв. высш. учеб. заведений).

4. Журавский А.М. Справочник по эллиптическим функциям. М.; Л: АН СССР, 1941. 235 с.  

5. Посыпанов С.В. Комбинированный метод расчета пакета круглых лесоматериалов, уложенного на горизонтальном основании // Лесн. журн. 2011. № 1. С. 47–52. (Изв. высш. учеб. заведений).

6. Посыпанов С.В. Экологические и экономические аспекты транспорта древесины из удаленных лесных массивов // Эколого- и ресурсосберегающие технологии и системы в лесном и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. по материалам междунар. заоч. науч.-практ. конф. Вып. № 3, ч. 4 (8–4). Воронеж: ВГЛТА, 2014. С. 135–139.

7. Реутов Ю.М. Расчеты пучков (пакетов) круглых лесоматериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1975. 152 с.

8. Харитонов В.Я., Посыпанов С.В. Опыт внедрения единого транспортного пакета вместо молевого лесосплава // Лесн. журн. 2007. № 1. С. 45–52. (Изв. высш. учеб. заведений).

9. Byrd P.F., Friedman M.D. Handbook of Elliptic Integrals for Engineers and Scientists. New York; Heidelberg; Berlin, 1971, vol. 67. 360 p.

10. Craig R.F. Soil Mechanics. London; New York, 1997. 485 p.

11. Rankine W.J.M. A Manual of Applied Mechanics. London, 1858. 680 p.

12. Whittaker E.T., Watson G.N. A Course of Modern Analysis. UK, Cambridge, 2009. 620 p.

Поступила 16.11.16

Ссылка на английскую версию:

Numerical Determination of the Geometric Parameters of a Transport Floating Roundwood Bundle

UDC 634.378

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.1.141

Numerical Determination of the Geometric Parameters of a Transport Floating Roundwood Bundle 

S.V. Posypanov, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

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

е-mail: s.posypanov@narfu.ru

The use of proposed packaged bilevel rafting units creates prerequisites for efficient, environmentally friendly transportation of forest products along the minor and small rivers, for the use of water transport advantages even by the small logging companies. Geometric and strength parameters of these units depend on the geometric characteristics of their bundles, including the bundles being afloat. The known methods for determining these characteristics of rafting units in their current form do not provide the results with accuracy, acceptable to the scientific research, and cannot be applied to the bilevel rafting units. The closed equation system, focused on the numerical solution, for the accurate determination of the geometric parameters of a floating bundle is obtained with the use of the elastic theory from the parametric equations of flexible shells filled with a granular medium. Its binding is considered as a combination of underwater and surface curves. Each of them is a fragment of non-inflective second order elasticity. The configuration of the combined shell is considered to be formed under the pressure of two immiscible types of a granular medium of different density. The boundary between the media passes over the water surface. Due to the unsatisfactory results of the analytical and graphical methods, the numerical method is applied. The algorithm for the exact geometric parameters determination of a float unit by the numerical method adjusted for bilevel rafting units is developed. It is implemented on PC. The calculations by the developed algorithm for the factor ranges, encountered in practice, are carried out within the practical data span in the dimensionless form. Using the results of calculations, we develop the approximating dependences, which in addition to the proposed numerical method, with the lower accuracy requirements can be used to determine the considered characteristics for theoretical investigations and practical activities. The reliability of the results is proved via the physical models experiments.

Keywords: timber rafting, timber, bundle, float unit, elastic, geometric parameter, numerical method.

REFERENCES 

1. Val'kov Yu.I. Opredelenie dliny obvyazki puchka [Bundle Strapping Length Determination]. Lesnoy zhurnal, 1966, no. 2, pp. 21–25.

2. Vorob'ev A.G. O raschete po elastikovoy teorii puchkov puchkovykh plotov dlya sluchaya nakhozhdeniya ikh na sushe [Application of the Elastic Theory in the Bundle Rafts Bundles Calculation in Case of Finding Them on Land]. Lesnoy zhurnal, 1958, no. 4, pp. 93–98.

3. Vorob'ev A.G. O raschete po elastikovoy teorii sigar i puchkov puchkovykh plotov dlya sluchaya nakhozhdeniya ikh naplavu [Application of the Elastic Theory in the Floating Cigars and Bundle Rafts Bundles Calculation]. Lesnoy zhurnal, 1958, no. 6, pp. 93–105.

4. Zhuravskiy A.M. Spravochnik po ellipticheskim funktsiyam [Elliptical Functions Reference]. Moscow; Leningrad, 1941. 235 p.  

5. Posypanov S.V. Kombinirovannyy metod rascheta paketa kruglykh lesomaterialov, ulozhennogo na gorizontal'nom osnovanii [Combined Calculating Method of Round Timber Pile Stacked on Horizontal Foundation]. Lesnoy zhurnal, 2011, no. 1, pp. 47–52.

6. Posypanov S.V. Ekologicheskie i ekonomicheskie aspekty transporta drevesiny iz udalennykh lesnykh massivov [Ecological and Economic Aspects of Forest Products Transportation from the Remote Woodlands]. Ekologo- i resursosberegayushchie tekhnologii i sistemy v lesnom i sel'skom khozyaystve: sb. nauch. tr. po materialam mezhdunar. zaoch. nauch.-prakt. konf. [Ecological and Resource-Saving Technologies and Systems in Forestry and Agriculture: Proc. Intern. Sci. Prac. Conf. with Virtual Participation. Iss. 3, part 4 (8–4)]. Voronezh, 2014, pp. 135–139.

7. Reutov Yu.M. Raschety puchkov (paketov) kruglykh lesomaterialov [Roundwood Bundles Calculations]. Moscow, 1975. 152 p.

8. Kharitonov V.Ya., Posypanov S.V. Opyt vnedreniya edinogo transportnogo paketa vmesto molevogo lesosplava [Experience of Introducing Transport Package instead of Drift Floating]. Lesnoy zhurnal, 2007, no. 1, pp. 45–52.

9. Byrd P.F., Friedman M.D. Handbook of Elliptic Integrals for Engineers and Scientists. New York; Heidelberg; Berlin, 1971, vol. 67. 360 p.

10. Craig R.F. Soil Mechanics. London; New York, 1997. 485 p.

11. Rankine W.J.M. A Manual of Applied Mechanics. London, 1858. 680 p.

12. Whittaker E.T., Watson G.N. A Course of Modern Analysis. UK, Cambridge, 2009. 620 p.

Received on November 16, 2016