CC BY
18
УДК 639.2.081.19
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ПОДЪЁМА ТРАЛОВЫХ МЕШКОВ С УЛОВОМ ПО РАЗЛИЧНЫМ ФОРМАМ СЛИПОВ СУДОВ НА УСИЛИЕ В ВЫТЯЖНОМ КОНЦЕ ПРОМЫСЛОВОЙ ЛЕБЁДКИ
Н. А. Скуратов, А. В. Суконнов, Т. Е. Суконнова
EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE ASSESSMENT OF THE INFLUENCE
OF THE ASCENDING SPEED OF THE CODENDS WITH A CATCH FOR VARIOUS FORMS OF SLIPWAYS ON THE EFFORT IN THE DRAWING
END OF THE FISHING WINCH
N. A. Skuratov, A. V. Sukonnov, T. E. Sukonnova
Работа посвящена исследованию физического процесса выборки мешков с уловом по слипам судов. Это связано с выявлением причин появления пиковых нагрузок в вытяжном конце промысловой лебёдки при выборке траловых мешков с уловом, приводящих к повреждаемости промысловых механизмов, порывам орудий лова, ухудшению качества облавливаемых объектов. Для решения выше-поставленной задачи необходимо провести экспериментальные исследования по установлению влияния факторов, характеризующих систему судно -трал, на процесс выборки траловых мешков с уловом на палубу судна. Исследования проводились на установке, представляющей модель промысловой палубы РТМ-С, выполненной в масштабе 1:25 с различными формами поверхностей слипового настила. Объектом исследований являлась модель тралового мешка, соответствующая мешку натурного трала (пр. В-408). Степень наполнения модели тралового мешка составляла 50 %, что соответствует 30 т натурного мешка. В качестве влияющих факторов были отобраны: форма и угол наклона поверхности слипового настила (как факторы характеризующие корпусную часть судна), а также скорость выборки вытяжного конца (как фактор, характеризующий тягово -скоростные параметры промысловых вытяжных лебёдок). Эксперимент проводился с применением методов планирования экспериментов. Поэтому нами варьировались факторы, влияющие на усилие в вытяжной лебёдке при выборке траловых мешков с уловом и изучалось действие каждого фактора. По результатам проведенных исследований были получены математические зависимости, которые позволили сделать выводы о степени влияния исследуемых факторов на усилие выборки траловых мешков с уловом на палубу судна.
трал, улов, слип, модель, эксперимент, факторы, зависимость, снижение нагрузок
The work is devoted to the study of the physical process of drawing bags with catch using ship slipways. This is due to the identification of the reasons for the appearance of peak loads in the drawing end of the fishing winch when hauling codends with a
catch, leading to damage to fishing gear, rupture of fishing gear, and deterioration of the quality of fishing objects. To solve the above problem, it is necessary to conduct experimental studies to establish the influence of factors characterizing the ship-trawl system on the process of hauling codends with a catch on the ship deck. The studies have been carried out on the installation, representing the model of the RTM-S fishing deck, made on a scale of 1:25 with various forms of surfaces of the slipway deck. The object of research was the model of a codend corresponding to a bag of a full-scale trawl (pr. V-408). The degree of filling of the model of the codend was 50%, which corresponds to 30 tons of a real bag. The following factors have been selected as influencing factors: the shape and angle of inclination of the slipway deck surface (as factors characterizing the hull of the vessel), as well as the sampling speed of the drawing end (as a factor characterizing the traction and speed parameters of fishing exhaust winch). The experiment has been conducted using experimental design methods. Therefore, we have varied the factors affecting the force in the fishing winch when drawing codends with a catch, and we have studied the effect of each factor. Based on the results of the studies, mathematical dependencies have been obtained that allowed us to draw conclusions about the degree of influence of the studied factors on the effort of hauling codends with a catch on the deck of a vessel.
trawl, catch, slipway, model, experiment, factors, dependence, load reduction
ВВЕДЕНИЕ
Одним из наиболее распространённых видов лова является траловый промысел. Среди способов выливки и подъёма уловов, наибольшей популярностью пользуется метод подъёма по слиповому настилу, как наиболее простой по конструкции и не требующий дополнительных устройств и оборудования. В свою очередь он обладает серьёзным недостатком, таким как: резкое пикообразное увеличения нагрузок в вытяжных концах при подъёме траловых мешков с уловами на палубы судов, которое приводит зачастую к порыву сетных частей трала, поломкам промысловых механизмов и их преждевременному износу [1].
Решением данного вопроса по снижению нагрузок, возникающих при подъёме мешков с уловами, велись на протяжении многих лет, однако в силу различных обстоятельств, результаты работ не нашли своего применения на практике [2, 3]. Помимо научных исследований предлагались технические решения в виде всевозможных устройств, методов и способов, направленных на решение данной проблемы, которые также не имели результативности.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ
Основной проблемой повышения пиковых нагрузок является повышение силы трения между поверхностью слипового устройства и палубы судна и траловым мешком. До настоящего времени не установлена зависимость усилия в вытяжном конце от параметров системы судно -трал. Провести эксперименты и установить данную зависимость в морских условиях не представляется возможным из-за субъективных и объективных причин. Решение данной проблемы возможно проведением модельных экспериментальных исследований. В частности, нами были проведены экспериментальные работы на слиповом настиле с прямой формой поверхности [4, 5].
Была установлена зависимость усилия выборки от угла наклона слипового настила, наполнения тралового мешка и угла выхода вытяжного конца на прямой поверхности слипового настила. На основе ее анализа были сделаны следующие выводы, наибольшее влияние на усилие в вытяжном конце оказывает степень наполнения тралового мешка. Снижение наполнения мешка в 2 раза позволяет снизить нагрузки во время выборки в 2 раза, при этом сохраняя пиковые нагрузки во время выхода мешка на порог слипа. Следующим по значимости является угол наклона слипа. Незначительное влияние оказывает угол выхода вытяжного конца.
Полученные динамограммы процесса выборки показывают, что пиковые нагрузки остались и они присутствуют во время выхода мешка с уловом на порог слипа и при переходе слиповой канавки.
Обзор слиповых устройств [6] позволил определить основные формы и их углы наклона. Наиболее применяющиеся на рыболовных судах слиповые настилы с прямой и сферической формами поверхностей и углами наклона в интервал 30-45 град.
Как показывает практика, скорости выборки мешков с уловами регламентируются скоростными параметрами вытяжных лебёдок в диапазоне 30-90 м/мин.
Учитывая вышеизложенное, целью наших исследований является экспериментальное исследование оценки влияния скорости подъёма траловых мешков с уловом на палубу судна на усилие их выборки в сочетании с ранее исследуемыми факторами [4, 5], а именно, углом наклона и формой слипа с расширенным диапазоном изменений факторов.
ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Отбор факторов проводился по критериям, характеризующим: корпусную часть судна (угол наклона слипа и форму слипа) и тягово-скоростные параметры промысловых вытяжных лебёдок.
Для проведения испытаний были приняты следующие формы поверхностей слипа: прямой и сферический.
Диапазон изменения углов наклона слипа принимаем 30, 45 град.
Диапазон изменения скорости выборки модели мешка составляет (0,031 -0,064) м/с, что объясняется возможностями оборудования, установленного на экспериментальной установке.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:
1. Экспериментальная установка оснащена измерительной аппаратурой и вытяжной лебёдкой с частотомером, с помощью которого регулируется скорость выборки.
2. Разработана методика исследований.
3. Проведены экспериментальные работы.
Работа проводилась на установке (рис. 1), которая представляет из себя макет промысловой палубы РТМ-С со слиповым устройством, изготовленным в масштабе 1:25. Она состоит из: слипового устройства с возможностью смены угла наклона; ванны с водой, регулируемой по уровню; настила промысловой палубы; вытяжной лебёдки, с возможностью изменения скорости выборки.
Рис. 1. Схема установки: 1 - мешок с уловом; 2 - слип; 3 - вытяжной конец и канатно-сетная часть; 4 - промысловая палуба; 5 - лебедка (кабельно-сетной
барабан); а - угол наклона слипа Fig. 1. Installation diagram: 1 - bag with a catch; 2 - slipway; 3 - drawing end and wire rope part; 4 - fishing deck; 5 - winch (cable-net drum); a - slipway angle
Для сокращения количества экспериментальных работ, их систематизации и получения математической зависимости нами был применён метод планирования эксперимента [7].
Порядок проведения экспериментальных работ следующий:
1. Устанавливаем сменный слиповый настил определённой формы
2. Устанавливаем заданный угол наклона слипа (а°) в интервале изменения. Для этого на установке имеются соответствующие отградуированные отверстия для стопоров, через каждые 5 град.
3. Устанавливаем скорость выборки с помощью регулятора частоты вращения вала электродвигателя в интервале изменения.
4. Заполняем ванну (8) водой, до уровня соответствующего порогу слипа (6).
5. Предварительно перед началом испытаний замачиваем модели траловых мешков в воде в течение суток.
6. Подключаем силоизмерительный датчик в линию вытяжного конца промысловой лебёдки, а затем подключаем его к станции MIC 200 (4).
7. Включаем лебёдку на выборку и одновременно подключаем силоизме-рительную станцию MIC 200 (4), фиксируя при этом изменении усилие в датчике в процессе выборки модели тралового мешка по слипу.
8. Результаты записываются и отображаются в виде динамограмм на мониторе тензостанции (рис. 2).
9. Экспериментальные исследования проводили по 10 раз с учётом всех влияющих факторов для всех рассматриваемых форм слиповых настилов.
10. Рассчитывалась среднеарифметическая величина усилия в вытяжном конце. Рассчитывался коэффициент вариации.
11. Проводили математическую обработку экспериментальных данных.
40
О, О, vH vH ^ (N 'Ч о" ^ ^ 1Л ^ ^ О" "Ч "Ч М
(N~ (Г)" гС оо" о" r-i (N~ го" r-i ю" 00" о" (N (N~ го" ^ г^4 оо~
^Н^Н^Н^Н ^Н^Н^Н^Н ГМГМГМГМ (N(N
Время, t
Рис. 2. Динамограмма усилия в вытяжном конце во время выборки модели тралового мешка по слиповому настила (прямой) и промысловой палубы при скорости выборки равной 0,045 м/с Fig. 2. Dynamometer chart of the force at the drawing end during hauling of the codend model along the slipway deck (straight) and the fishing deck at a hauling speed
of 0.045 m/s
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
После математической обработки экспериментальных данных [8] были получены графические и аналитические зависимости усилия выборки траловых мешков с уловом от формы и угла наклона поверхности слипа и скорости выборки (рис. 3, 4) в диапазонах их изменения.
Для определения точности результатов исследований была проведена оценка погрешности измерений по формуле (1):
& % х, т b t t * $x, m b t , (1)
где sx mbt - средняя квадратичная погрешность измерения; t - коэффициент, принимаемый по таблице.
Таблица. Таблица коэффициентов Table. Coefficient table
Доверительные вероятности Значения t при M, равном
20 10 8 6
0,95 2 2,3 2,4 2,6
0,99 2,5 3,2 3,5 4,0
Доверительную вероятность принимаем равной 0,95.
Среднюю квадратичную погрешность измерения при многократных наблюдениях параметра определяют по формуле (2):
bx,mbt
m(M-l)
(2)
где Ху - результат наблюдения; Ху - результат измерения, полученный по многократным наблюдениям параметра (среднее арифметическое); М - число равноточных результатов наблюдений, выполняемых для предварительной оценки; т - число наблюдений параметра, выполняемых при контроле в данном сечении (месте).
Действительная погрешность при испытаниях не превышает 5 %.
40, 38 36, 34, 32
ш
| 30, и 28 26 24 22, 20
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0,025
0,035
0,045 0,055 Скорость, м/с
0,065
0,075
Сферический, 30 градусов Т = 122,73У + 19,205 Прямой, 30 градусов Т = 107,13У + 29,29 • Линейная (Сферический, 30 градусов)
Линейная (Прямой, 30 градусов)
Рис. 3. Зависимости усилия в вытяжном конце при выборке мешков с уловом от скорости выборки при угле наклона 30 град для прямого и сферического слипов; Т - усилие во время выборки; v - скорость выборки Fig. 3. Dependences of the force at the drawing end when hauling codends with a catch on the hauling speed at a tilt angle of 30 degrees for direct and spherical slipways;
T - force during hauling; v - hauling speed
Анализ зависимостей, приведённых на рис. 3, позволил сделать следующие выводы:
- вид зависимости линейно-возрастающий;
- с увеличением скорости выборки в два раза усилие возрастает для прямого слипа на 10,9 %, а для сферического на 17,8 %.
43, 41 39
х 37
<и 35 s
I 33 и
> 31 29, 27, 25
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0,025
0,035
0,045 0,055 Скорость, м/с
0,065
0,075
Сферический, 45 градусов
Т = 143,84У + 24,002 Прямой, 45 градусов
Т = 53,794У + 37,559 • Линейная (Сферический, 45 градусов)
Линейная (Прямой, 45 градусов)
Рис. 4. Зависимости усилия в вытяжном конце при выборке мешков с уловом от скорости выборки, угле наклона 45 град для прямого и сферического
слипов; Т - усилие во время выборки; v - скорость выборки Fig. 4. Dependences of the force at the drawing end when hauling codends with a catch on the hauling speed, at an inclination angle of 45 degrees for direct and spherical slipways; T - force during hauling; v - hauling speed
Анализ зависимостей (рис. 4) позволил сделать следующие выводы:
- вид зависимости является также линейно-возрастающим;
- с увеличением скорости выборки в два раза усилие возрастает для прямого слипа на 4,7 %, а для сферического на 17 %.
44,00 42,00 40,00
X
| 38,00 > 36,00 34,00 32,00
30,00
0,025
0,035 0,045 0,055
Скорость, м/с
0,065
• 45°
• 30°
....... Линейная (45°)
....... Линейная (30°)
Рис. 5. Зависимость усилия в вытяжном конце от скорости выборки для прямого слипа при углах наклона слипа 30, 45 град. Fig. 5. Dependence of the force at the drawing end on the hauling speed for a direct slipway at slipway angles of 30, 45 degrees
Анализ результатов экспериментов (приведённых на рис. 5) позволяет сделать следующие выводы:
- увеличение угла наклона слипа от 30 до 45 град. с увеличением скорости выборки в два раза приводит к увеличению усилия выборки в среднем на 18 %.
34,00
........
32,00 ..............
*.............
30,00
х ...........
<и 28,00 • • 45°
и >
26,00 30°
24 00 .............* .........Линейная (45°)
22,00
20,00 -
0,025 0,035 0,045 0,055 0,065
Скорость, м/с
Линейная (30°)
Рис. 6. Зависимость усилия в вытяжном конце от скорости выборки для сферического слипа при углах наклона слипа 30, 45 град.
Fig. 6. Dependence of the force at the drawing end on the hauling speed for a spherical slipway at slipway angles of 30, 45 degrees
Анализ результатов экспериментов (приведённых на рис. 6) позволяет сделать вывод:
- увеличение угла наклона слипа от 30 до 45 град. с увеличением скорости выборки в два раза приводит к увеличению усилия выборки в среднем на 23,6 %.
ВЫВОДЫ
Подводя итог выполненным исследованиям, можно сделать следующие выводы:
- с увеличением скорости подъёма мешка с уловом в два раза на слипе с прямой формой поверхности усилие возрастает в среднем на 7,8 %, а на слипе с сферической формой поверхности рост усилия составляет 17,4 %, для углов наклона слипов в диапазоне от 30 до 45 град.;
- усилие выборки на прямом слипе выше, чем на сферическом, в среднем на 1,36 раз, независимо от угла наклона и скорости выборки;
- с увеличением угла наклона слипового настила с 30 до 45 град. усилие выборки мешков с уловом возрастает в среднем на 18 % для прямого и на 23,6 % для сферического при скорости выборки модели тралового мешка в диапазоне исследований.
При выборке мешков с уловом по слипу со сферической поверхностью распределение усилия в вытяжном конце более равномерные и пиковые нагрузки практически отсутствуют.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Суконнов, А. В. К вопросу сохранения качества выливаемых уловов из траловых мешков / А. В. Суконнов, Н. А. Скуратов // Инновационное развитие рыбной отрасли в контексте обеспечения продовольственной безопасности российской федерации: материалы I Национальной заочной науч.-техн. конф. (Владивосток, 22 декабря 2017 года). - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2017. - С. 261-265.
2. Фридман, С. Л. Взаимодействие трала и судна при подъеме улова на кормовом траулере: дис. ... канд. техн. наук / Фридман С. Л. - Мурманск: Мур-ман. высш. мореход. училище, 1960. - 242 с.
3. Фридман, А.Л. Исследование взаимодействия системы «судовая слипо-вая установка» / А.Л. Фридман - Калининград: КТИРПиХ, 1985. - 135 с.
4. Скуратов, Н. А. Экспериментальное определение зависимости тягового усилия выборки трала с уловом на палубу судна от параметров системы «судно -трал» на модели промысловой палубы судов типа РТМ-С / А. В. Суконнов, Н. А. Скуратов // Известия КГТУ. - Калининград, 2018. - № 48 - С. 39-46.
5. Скуратов, Н. А. Экспериментальное исследование процесса подъёма траловых мешков с уловом по слипу судна / Н. А. Скуратов, А. В. Суконнов // Известия КГТУ. - Калининград, 2019. - № 54. - С. 187-195.
6. Зайчик, К. С. Промысловые устройства морских рыболовных судов / К. С. Зайчик. - Ленинград: Судостроение, 1972. - 232 c.
7. Планирование экспериментов в промышленном рыболовстве: учеб. пособие / Г. М. Долин. - Калининград: Изд-во КГТУ, 1996. - 119 с.
8. Прикладная математика: учеб. пособие по решению проф. задач в среде MathCad / В. А. Наумов. - Калининград: Изд-во КГТУ, 2014. - 144 с.
REFERENCES
1. Sukonnov A. V., Skuratov N. A. K voprosu sokhraneniya kachestva vylivae-mykh ulovov iz tralovykh meshkov [On the issue of preserving the quality of the poured catches from codends]. Innovacionnoe razvitie rybnoy otrasli v kontekste obespecheniya prodovol'stvennoy bezopasnosti Rossiyskoy Federatsii. Materialy I Natsional'noy zao-chnoy nauch.-tekhn. konf. [Innovative development of the fish industry in the context of ensuring the food security of the Russian Federation. Materials of the I National Correspondence Scientific and Technical Conference]. Vladivostok, 2017, pp. 261-265.
2. Fridman S. L. Vzaimodeystvie trala i sudna pri podyome ulova na kormovom traulere [Interaction of the trawl and the vessel when raising the catch on the stern trawler]. Murmansk, Murmanskoe vysshee morekhodnoe uchilishche, 1960, 242 p.
3. Fridman A. L. Issledovanie vzaimodeystviya sistemy "sudovaya slipovaya ustanovka" [Study of system interaction "ship slipway installation"]. Kaliningrad, KTIRPiH, 1985, 135 p.
4. Sukonnov A. V., Skuratov N. A. Eksperimental'noe opredelenie zavisimosti tyagovogo usiliya vyborki trala s ulovom na palubu sudna ot parametrov sistemy "su d-no - tral" na modeli promyslovoy paluby sudov tipa RTM-S [Experimental determination of the dependence of the trawl hauling effort with a catch on the ship deck on the parameters of the ship-trawling system on the model deck of the RTM-S type vessels].
Izvestiya Kaliningradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2018, no. 48, pp. 39-46.
5. Skuratov N. A., Sukonnov A. V. Eksperimental'noe issledovanie processa pod"yoma tralovykh meshkov s ulovom po slipu sudna [Experimental study of the process of lifting trawl bags with a catch along the slipway of a vessel]. Izvestiya Kaliningradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2019, no. 54, pp. 187-195.
6. Zaychik K. S. Promyslovye ustroystva morskikh rybolovnykh sudov [Fishing devices of sea fishing vessels]. Leningrad, Sudostroenie, 1972, 232 p.
7. Dolin G. M. Planirovanie eksperimentov v promyshlennom rybolovstve: ucheb. posobie [Planning experiments in industrial fisheries: a tutorial]. Kaliningrad, FGBOU VPO «KGTU», 1996, 119 p.
8. Naumov V. A. Prikladnaya matematika: uchebnoe posobie po resheniyu pro-fessional'nykh zadach v srede MathCad [Applied mathematics: a tutorial on solving professional problems in the environment of MathCad]. Kaliningrad, FGBOU VPO «KGTU», 2014, 144 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Скуратов Николай Александрович - Калининградский государственный технический университет; студент 1 -го курса магистратуры факультета промышленного рыболовства; E-mail: [email protected]
Skuratov Nikolay Alexandrovich - Kaliningrad State Technical University; 1st year student of the master's degree programme at the Faculty of Industrial Fisheries;
E-mail: [email protected]
Суконнов Анатолий Владимирович - Калининградский государственный технический университет; доцент кафедры промышленного рыболовства,
заведующий лабораториями
Sukonnov Anatoliy Vladimirovich - Kaliningrad State Technical University; Associate
Professor of the Department of Industrial Fisheries, Head of Laboratories
Суконнова Татьяна Евгеньевна - Калининградский государственный технический университет; доцент кафедры промышленного рыболовства, заместитель декана
по учебной работе
Sukonnova Tatyana Evgenievna - Kaliningrad State Technical University; Associate Professor of the Department of Industrial Fisheries, Deputy Dean for Academic Works
