Введение к работе
Актуальность темы. Водный транспорт леса является важной составляющей развития лесной промышленности. Известно, что по сравнению с сухопутным транспортом он обладает существенно меньшими удельными затратами на эксплуатацию транспортных средств, благодаря естественным готовым путям, не требующих больших капиталовложений на их формирование и обслуживание. Несмотря на наблюдавшееся в последние годы снижение объёмов транспорта заготавливаемых лесоматериалов водным путем, вызванного как объективными, так и субъективными причинами, сами объёмы остаются достаточно большими, поэтому развитие водного транспорта в рыночных условиях экономики является перспективным направлением в лесной отрасли народного хозяйства.
Перед транспортом лесоматериалов в пучковых плотах, являющегося наиболее рентабельной составляющей транспорта заготавливаемого древесного сырья и основной составляющей водного транспорта леса, ставится задача дальнейшего развития путём совершенствования сплоточных единиц за счет повышения их гидродинамического качества и оптимизации режимов буксировки плотов, что позволит дальнейшее снижение удельной энергоёмкости технологического процесса лесосплава.
К необходимости решения поставленной задачи подводит анализ состояние цен на рынке углеводородного топлива и лесоматериалов, несмотря на колебания, темпы роста первых существенно превышают последние.
Совершенствование технологии плотового сплава лесоматериалов так же связано с необходимостью разработки надежных способов сохранения экологии природных водных путей.
Таким образом, решение задачи формирования пучковых плотов с высоким гидродинамическим качеством и сохранностью экологии естественной водной среды при энергосберегающих режимах буксировки становится актуальным и востребованным лесной промышленностью.
Цель работы и задача исследования. Целью работы является повышение эффективности технологического процесса транспорта сортиментов в пучковых плотах путём обеспечения гидродинамического совершенствования сплоточных единиц и формулированием энергосберегающих режимов буксировки при соблюдении экологической сохранности природных водных путей.
Исходя из поставленной цели сформулирована следующая задача исследования:
построить математическую модель сложной гидродинамической картины силового взаимодействия сплоточной единицы с водой в процессе транспортировки,
выполнить факторизацию сил сопротивления движению,
на основании теории подобия найти автомодельные области для коэффициентов сил сопротивления давления и трения,
разработать способ снижения коэффициентов сил давления и трения для сплоточных единиц и его технологическую реализацию,
провести экспериментальные исследования на моделях и их аналитическое обобщение на натуру,
на основании вариационного исчисления сформулировать энергосберегающие режимы движения плотов,
на основании вариационного исчисления построить оптимальный \путь спуска пучков на воду.
Объекты и методы исследования. Объектом исследования являются сплоточные единицы водного транспорта леса в виде жестко связанных пучков сортиментов. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены на основании механики сплошных сред, технической гидродинамики, теории подобия, теории принятия оптимальных решений, вариационного исчисления, теории вероятности и статистики. Научная новизна.
разработана математическая модель воздействия сил давления на торцовую поверхность сплоточной единицы,
разработана математическая модель воздействия сил трения на боковую поверхность сплоточной единицы,
построена гидродинамическая картина сил сопротивления при стоке жидкости в результате процесса водопоглощения материала древесины,
предложен способ повышения гидродинамического качества сплоточных единиц из сортиментов путем заключения их в водонепроницаемую оболочку и придания торцовой поверхности хорошо обтекаемой формы,
сформулирован метод расчета энергосберегающих режимов буксировки,
- построена траектория быстрейшего спуска пучков на воду.
Научные положения, выносимые на защиту.
математическая модель гидродинамических сил, действующих на плот, при водопоглощении материала древесины,
способ повышения гидравлического качества сплоточных единиц из сортиментов путём заключения их в водозащитные пакеты из водонесмачиваемого материала,
геометрическая форма торцовой поверхности сплоточной единицы, снижающая силы вихревого сопротивления,
результаты экспериментальных исследований моделей плотов,
теоретическое обобщение модельных исследований на натуру,
методика расчета оптимальных режимов буксировки на основании вариационного исчисления,
методика расчета быстрейшей траектории спуска пучков на воду.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается аналитическим обобщением опытных данных, обработанных методами математической статистики в универсальных пакетах прикладных программ на дискретном уровне надежности 0,95, корректностью принятых допущений при построении математических моделей на основании материалов научных работ специалистов, учебной и методической литературы, материалов периодических изданий и сведений из сети Интернет.
Практическая значимость.
Для водного транспорта сортиментов в плотах предложена технология формирования сплоточных единиц как водонепроницаемых пакетов из водонесмачиваемого материала, обладающих высоким гидродинамическим качеством, благодаря которому возможно снижение себестоимости транспортировки. Помещение сортиментов в водонепроницаемые пакеты эквивалентно снижению плотности древесины, которое, как известно, увеличивает запас плавучести, уменьшает осадку пучка при том же объёме древесины и увеличивает время проплава.
Снижению себестоимости буксировки плотов будет способствовать так же соблюдение энергосберегающих режимов водного транспорта.
Место проведения. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии на кафедрах Водного транспорта леса и гидравлики и Технологии лесозаготовительных производств.
Апробация работы. Основные научные положения диссертации обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях МГУЛ и СПбГЛТА (2007г., 2008г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 4 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, списка литературы 102 наименований. Общий объем работы 121 стр., включая 38 рисунков и 3 таблиц.
