Экспериментальное исследование процесса подъёма траловых мешков с уловом по слипу судна

УДК 639.2.081.19

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДЪЁМА ТРАЛОВЫХ МЕШКОВ С УЛОВОМ ПО СЛИПУ СУДНА

Н. А. Скуратов, А. В. Суконнов

EXPERIMENTAL STUDY OF THE PROCESS OF RAISING TRAW BAGS WITH THE CATCH ON THE SHIP SLEEP

N. A. Skuratov, A. V. Sukonnov

Работа посвящена исследованию физического процесса выборки мешков с уловом по слипам судов, что связано с вопросами сохранения качества рыбы сырца и выявления причин повреждаемости объектов лова, а также снижения пиковых нагрузок в вытяжном конце при выборке траловых мешков с уловом, приводящих к аварийным ситуациям. Для проведения исследований создана установка, представляющая модель промысловой палубы РТМ-С, выполненной в масштабе 1:25. Определены влияющие факторы реальных условий эксплуатации, а именно: степень наполнения мешка, углы выхода вытяжного конца и наклона слипа. С целью проведения экспериментальных исследований по данному вопросу разработана методика экспериментальных работ, которая включает в себя оснащение экспериментальной установки измерительной аппаратурой, подготовку моделей траловых мешков и порядок проведения испытаний. Эксперимент проходил с применением методов планирования экспериментов. Была получена математическая зависимость усилия выборки мешка с уловом от вышеуказанных факторов. Из нее следует, что приоритет влияния следующий: наполнение мешка, угол наклона слипа и направление движения вытяжного конца. С целью снижения пиковых нагрузок предложено техническое решение в виде удлинённого порога слипа. Для проверки правильности принятого технического решения, а также его работоспособности были проведены испытания, аналогичные выполненным ранее, но для удлинённого порога слипа. По результатам экспериментов получены силовые динамограммы, позволяющий сделать следующие вывод: усилие в вытяжном конце при выборке траловых мешков с уловом при движении на слипе с удлинённым порогом позволяет снизить и сгладить усилие выборки в вытяжном конце и тем самым обеспечить более равномерную работу промысловых лебёдок.

трал, улов, слип, модель, эксперимент, факторы, математическая зависимость, снижение нагрузок

The work is devoted to the study of the physical process of sampling bags with the catch on the sleeps of ships. This is connected with the issues of preserving the quality of raw fish and identifying the causes of damage to the objects of fishing, as well as reducing peak loads at the exhaust end when hauling trawl bags with catches leading to emergency situations. For research purposes, an installation was created representing the model of the fishing deck RTM-S, made on a scale of 1:25. The influencing factors

of the actual operating conditions were identified, namely: the degree of bag filling, the exit angle of the exhaust end and the slip angle of the slip. In order to conduct experimental studies on this issue, a methodology for experimental work was developed, which includes equipping the experimental setup with instrumentation, preparing trawl sack models and testing procedures. The experiment was carried out using the methods of planning experiments. A mathematical dependence of the bag selection effort with the catch on the above factors was obtained, from which it follows that the priority of the influence is the following: bag filling, slip angle and direction of movement of the exhaust end. In order to reduce peak loads, a technical solution has been proposed in the form of an elongated slip threshold. To verify the correctness of the adopted technical solution, as well as its efficiency, tests were carried out similar to those performed earlier, but for an elongated slip threshold. According to the results of the experiments, force dynamograms were obtained, which make the following conclusion: the force at the exhaust end when hauling trawling bags with a catch when moving on a slip with an elongated threshold allows reducing and smoothing the sampling force at the exhaust end and thereby ensuring more uniform operation of the field winches.

trawl, catch, slip, model, experiment, factors, mathematical dependence, load reduction

ВВЕДЕНИЕ

Траловый лов является наиболее значимым видом промысла рыбы [1], на его долю приходится около 70 % всего мирового улова. Большая часть промысловых судов тралового лова работает слиповым методом с частичным или полным поднятием мешка на судно [2, 3], что объясняется конструктивными особенностями данных судов [4].

При поднятии траловых мешков с уловом по слипу судна возникают пиковые нагрузки, которые приводят к поломке механизмов, перегрузке вытяжных лебёдок, порывам сетной части [5], повреждаемости объектов лова [6].

Вопрос по снижению нагрузок поднимался во многих работах, в частности, научными изысканиями по данному вопросу занимался доктор технических наук Александр Львович Фридман [7, 8]. В своих работах он рассматривал зависимость усилия во время выборки трала от коэффициента его трения о поверхность слипа и промысловую палубу и формы его поверхности. Так, им было установлено, что наименьшее тяговое усилие будет иметь место, когда направляющей цилиндрической поверхностью будет прямая, а сама поверхность - плоскостью. Таким образом, плоская форма слипа с плавными закруглениями на его верхнем и нижнем окончаниях является наиболее оптимальной.

Также им отмечен ряд приспособлений, способов и методов, изобретений и патентов, которые предназначены для снижения нагрузок и повреждаемости рыбы и представляют собой в большинстве случаев идею и не более того, потому что большинство таких преобразований можно осуществить только на судах но-востроя. В частности, установку рольгангов по площади слипового настила, выбор рациональной формы слипа, покрытие антифрикционными составами настила слипа (пенки, смолы и т. д.). Однако результатов по данным мероприятиям не получено в силу различных обстоятельств, например, смолы откалывались и повреждали орудие лова, рольганги запутывали сетное полотно при спуске трала, а ис-

пользование пенок приводило к материальным затратам, связанным с покупкой и большим их расходом.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для выявления причины возникновения пиковых нагрузок необходимо исследовать физическую сущность - процесс подъёма траловых мешков на палубу судна. Осуществить такие исследования в море не представляется возможным в силу объективных обстоятельств: из-за отсутствия измерительной техники и промысловой деятельности судна. В связи с этим нами поставлена задача провести испытания на физической модели судна с моделями траловых мешков.

Целью данных исследований является установление зависимости тягового усилия выборки трала с уловом на палубу судна от факторов реальных условий эксплуатации систем судно - трал, что позволит оценить степень влияния факторов на процесс выборки уловов на палубу судна.

ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:

1. Изготовлена и оснащена измерительной аппаратурой экспериментальная установка.

2. Изготовлены модели траловых мешков с различной степенью наполнения.

3. Разработана методика исследований;

4. Проведены экспериментальные работы.

Для выполнения этих испытаний была изготовлена установка (рис. 1), представляющая 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, блока, портала, вытяжной лебёдки [9].

3 - веревка (канатно-сетная часть); 4 - оборудование Мю2000; 5 - слиповый ролл; 6 - слип; 7 - мешок с уловом; 8 - ванна с водой; 9 - палуба; 10 - пульт; а - угол

наклона слипа

Fig. 1. Installation diagram: 1- winch (cable net drum); 2 - block; 3 - rope (rope-net part); 4 - equipment Мю2000; 5 - slip roll; 6 - slip; 7 - bag with the catch; 8 - bath with water; 9 - deck; 10 - console; a - slip angle

Для проведения исследований нами были отобраны влияющие факторы, характеризующиеся судовыми конструкциями, промысловыми механизмами и конструкциями тралового мешка, а именно:

1) наполнение мешка;

2) угол и форма слипа;

3) угол выхода вытяжного конца.

Для каждого из факторов были определены диапазоны их изменения. В частности:

- угол наклона определяется изменением осадки в результате загрузки судна, а также размерами промысловой палубы для большинства судов и составляет от 10 до 30°;

- высота подвеса регламентирует установку промысловых механизмов на палубе и позволяет изменять направление вытяжного конца относительно слипа. В эксперименте диапазон данного фактора изменяется от 170 до 600 мм;

- диапазон фактора, характеризующий степень наполнения тралового мешка, составляет 0,5 - 1.

Для сокращения количества экспериментальных работ, их систематизации и получения математической зависимости нами был использован метод планирования эксперимента. В исследованиях применялся трёхфакторный эксперимент на двух уровнях.

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

С учётом выбранных факторов и диапазонов их изменения была составлена матрица планирования эксперимента (таблица).

Таблица. Матрица трёхфакторного эксперимента на двух уровнях

Table. Matrix of three-factor experiment on two levels

№ п/п Х1 (g-р, кг) Х2 (Оср, °) Х3 (^р, мм) Тср, Н

1 + (2,5) + (30) + (600) 23,7

2 + (2,5) + (30) - (170) 28,9

3 + (2,5) - (10) + (600) 19,5

4 + (2,5) - (10) - (170) 21,9

5 - (1,25) - (10) - (170) 11,1

6 - (1,25) - (10) + (600) 10,2

7 - (1,25) + (30) - (170) 14,3

8 - (1,25) + (30) + (600) 12,5

Примечание. х1, х2, х3 - значения заполнения мешка, угла наклона слипа и выхода вытяжного конца соответственно, записанные в кодированном виде.

В данной таблице (-) и (+) - это минимальное и максимальное значения влияющих факторов в диапазоне их изменения (в кодированном виде); а - угол наклона слипа, h - высота подвеса блока, мм; g - загрузка тралового мешка, кгс; Т - вытяжное усилие, Н.

Измерения усилия в вытяжном конце лебёдки при подъёме мешка с уловом по слипу судна осуществлялись силоизмерительным комплексом «Мю 2000», ко-

торый представляет из себя силоизмерительный датчик тезометрического типа и ноутбук.

После проведения экспериментальных работ по результатам первичных опытов нами была получена силовая динамограмма, подтверждающая наличие пиковых нагрузок и распределение усилий по длине слипового устройства (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма усилия при выборке модели полного мешка: масса мешка 2,5 кг, угол наклона слипа 10°, высота подвеса h=600 мм Fig. 2. The force diagram for sampling a full bag model: bag weight 2.5 kg, slip angle 10 suspension height h = 600 mm

Как видно из рис. 2, наблюдается значительный скачок усилия во время выхода мешка на порог слипа.

После математической обработки экспериментальных данных в системе Mathcad [10] была получена зависимость (1) усилия в вытяжном конце вытяжной лебёдки от следующих факторов: угол наклона слипа, высота подвеса блока, загрузка тралового мешка.

Зависимость усилия в вытяжном конце от параметров х1, х2, х3:

Т= 17,76 + 5,74 #ж1 +2,09 #ж2 +

где х1, х2, х3 - значения наполнения тралового мешка, угла наклона слипа и высоты выхода вытяжного конца соответственно, записанные в кодированном виде (изменяемые от -1, до +1 в зависимости от выбранного значения в соответствии с матрицей).

Анализ результатов исследований показал, что первостепенное значение на усилие в вытяжном конце имеет наполнение тралового мешка. Следующим по значимости является угол наклона слипа. Наименьшее влияние из рассмотренных факторов на прямом слипе оказывает угол выхода вытяжного конца в исследуемом диапазоне.

Значимость полученной зависимости состоит в том, что впервые экспериментальным путём получена динамограмма силового воздействия тяги при выборке мешков с уловом по слиповому настилу с учётом условий эксплуатации рыболовных систем судно-трал. Это позволяет акцентировать направление дальнейших исследований, связанных со снижением пиковых нагрузок при выборке тралов. В частности, предлагается техническое решение, суть которого заключается в изменении конструкции слипового устройства.

Поэтому следующим этапом наших исследований явилась экспериментальная проверка устройства, касающаяся модернизации слипового настила, которая заключается в удлинении порога слипа. Для реализации данного решения нами был изготовлен слип, имеющий ту же конфигурацию, что и предыдущий, но с удлинённым порогом.

Исследования были проведены в соответствии с ранее приведённой методикой, в результате получена силовая диаграмма (рис. 3).

2,5

2--

I

ш s

1 1 о

0,5 0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 1820 22 24 26 28 Время, с

Рис. 3. Диаграмма усилия при выборке полного мешка (массой 2,5 кг) на установке с углом наклона слипа 10° на удлинённом прямолинейном слипе

на высоте h=600 мм Fig. 3. Diagram of the force when sampling a full bag (weighing 2.5 kg) on a device

with a slip angle of 10 ° on an elongated straight slip height h = 600 mm

Сравнительная оценка результатов диаграмм (рис. 2, 3) показывает, что техническое решение, представленное в виде удлинённого порога слипа, позволяет сгладить и снизить пиковую нагрузку на пороге слипа в два раза. Это является довольно хорошим результатом, позволяющим снизить рывки при выборке, что обеспечивает более равномерное распределение усилия и его снижение в вытяжном конце при выборке на 17 %, что дает возможность, в свою очередь, снизить энергозатраты промысловых механизмов, износ системы судно-трал.

Сравнение экспериментальных данных и расчётных величин говорит об адекватности полученной зависимости, так как отклонение между ними не превышает 8 %. В дальнейшем планируется провести исследования с большим количеством факторов и различными формами слипа.

Экспериментальные исследования проводились методом имитации, поэтому результаты испытаний могут быть применены на конкретных промысловых судах.

ВЫВОДЫ

Подводя итог проведённым исследованиям, можно сделать следующие выводы:

- первостепенное значение на усилие в вытяжном конце имеет вес тралового мешка;

- снижение наполнения мешка позволяет снизить нагрузки во время выборки в два раза, при этом сохраняя пиковые нагрузки во время выхода мешка на порог слипа;

- следующим по значимости выводом является угол наклона слипа. Наиболее незначительное влияние из рассмотренных факторов на прямом слипе оказывает угол выхода вытяжного конца. Применение конструкции слипового настила с удлинённым порогом исключает пиковые нагрузки во время выхода мешка на порог слипа.

Выполненный объём экспериментальных исследований, на основе которого получена взаимосвязь факторов реальных условий эксплуатации на тяговое усилие промысловых комплексов, а также техническое решение по снижению пиковых нагрузок в вытяжном конце промысловой лебёдки, позволяют рассмотреть более детально процесс подъёма траловых мешков по слипам судов и рекомендовать соответствующие мероприятия по обеспечению сохранности качества улова и безопасному выполнению промысловых операций.

Данные исследования проводились с учётом масштабного подобия, что позволит применить результаты исследований и рекомендации на промысловых судах рыбодобывающих организаций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Trawling the North Pacific [электронный ресурс]. - URL: http://www.akmarine.org/wp-content/uploads/2014/06/AMCC_bottom-trawl-north-pacific-report-04-01-02.pdf (дата обращения 03.07.2018).

2. Государственный судовой реестр [электронный ресурс]. - URL: http://www.pasp.ru (дата обращения: 11.06.2017).

3. Флот рыбной промышленности: Справочник типовых судов. - 3-е изд., составлен специалистами Гипрорыбфлота. - Москва: Транспорт, 1990. - 384 с.

4. Зайчик, К. С. Промысловые устройства морских рыболовных судов / К. С. Зайчик. - Ленинград: Судостроение, 1972. - 232 c.

5. 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: I Национальная заоч. науч.-техн. конф. (Владивосток, 22 декабря 2017 г.): материалы. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2017. - С. 261-265.

6. Долин, Г. М. Сохранение качества улова в траловом мешке / Г. М. Долин // Морская техника и технологии. Безопасность морской индустрии: III Балтийский морской форум: Международная научная конференция: материалы. - Калининград: БГАРФ, 2015. - Т. I.

7. Фридман, С. Л. Взаимодействие трала и судна при подъеме улова на кормовом траулере: дис.... канд. техн. наук / С. Л. Фридман. - Мурманск: Мурманское высшее мореходное училище,1960. - 242 с.

8. Фридман, А. Л. Исследование взаимодействия системы судовая слипо-вая установка / А. Л. Фридман - Калининград: КТИРПиХ, 1985. - 135 с.

9. Суконнов, А. В. 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. - 2018. - № 48. - С. 39-46.

10. Наумов, В. А. Прикладная математика: учеб. пособие по решению профессиональных задач в среде MathCad / В. А. Наумов - Калининград: ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2014. - 144 с.

REFERENCES

1. Trawling the North Pacific Available at: http://www.akmarine.org/wp-content/uploads/2014/06/AMCC bottom-trawl-north-pacific-report-04-01-02.pdf (Accessed 03.07.2018).

2. Gosudarstvennyy sudovoy reestr [State Ship Registry]. Available at: http://www.pasp.ru (Accessed 11.06.2017).

3. Flot rybnoy promyshlennosti: spravochnik tipovykh sudov [Fleet of the fishing industry: Reference book of standard vessels]. Moscow, Transport, 1990, 384 p.

4. Zaychik K. S. Promyslovye ustroystva morskikh rybolovnykh sudov [Fishing devices of sea fishing vessels]. Leningrad, Sudostroenie, 1972, 232 p.

5. Sukonnov A. V., Skuratov N. A. K voprosu sokhraneniya kachestva vylivaemykh ulovov iz tralovykh meshkov [On the issue of preserving the quality of the poured catches from trawl bags]. Innovacionnoe razvitie rybnoy otrasli v kontekste obespecheniya prodovol'stvennoy bezopasnosti Rossiyskoy Federatsii. Materialy I Nacional'noy zaochnoy 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.

6. Dolin G. M. Sokhranenie kachestva ulova v tralovom meshke [Preserving the quality of the catch in the trawling bag]. III Baltiyskiy morskoy forum. Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya «Morskaya tekhnika i tekhnologii. Bezopasnost' morskoy industrii» [III Baltic Marine Forum. International Scientific Conference "Marine Equipment and Technologies. Safety of the marine industry "]. Kaliningrad, 2015.

7. Fridman S. L. Vzaimodeystvie trala i sudna pri podyome ulova na kormovom traulere [The interaction of the trawl and the vessel when raising the catch on the stern trawler]. Murmansk, Murmansk Higher Navigational School, 1960, 242 p.

8. Fridman A. L. Issledovanie vzaimodeystviya sistemy "sudovaya slipovaya ustanovka" [Study of system interaction "ship slip installation"]. Kaliningrad, KTIRPiH, 1985, 135 p.

9. Sukonnov A. V. Skuratov N. A. Eksperimental'noe opredelenie zavisimosti tyagovogo usiliya vyborki trala s ulovom na palubu sudna ot parametrov sistemy sudno

- tral na modeli promyslovoy paluby sudov tipa RTM-S [Experimental determination of the dependence of the trawl hauling effort with the 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.

10. Naumov V. A. Prikladnaya matematika: uchebnoe posobie po resheniyu professional'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 курса магистратуры факультета промышленного рыболовства; E-mail: snikal@tut.by

Skuratov Nikolay Alexandrovich - Kaliningrad State Technical University; student of the 1st year of master's degree in the Faculty of Industrial Fisheries;

E-mail: snikal@tut.by

Суконнов Анатолий Владимирович - Калининградский государственный технический университет; доцент кафедры промышленного рыболовства,

заведующий лабораториями

Sukonnov Anatoly Vladimirovich - Kaliningrad State Technical University; Associate Professor of the Department of Industrial Fisheries, Head of Laboratories