Практика экспериментальных исследований лесопромышленных процессов

П. Ф. Войтко         Г. П. Захаренко 

 
 

ПРАКТИКА  

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ  

ИССЛЕДОВАНИЙ 

ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ 

 
 
 

Учебное пособие 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2017 

УДК 630.378 
ББК  43.904 

В 35 

 

Рецензенты: 

зав. кафедрой транспортно-технологических машин, 
доктор технических наук, профессор А. И. Павлов; 

профессор кафедры деревообрабатывающих производств,  

доктор технических наук Е. Ю. Разумов 

 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 

Войтко, П. Ф. 

В 35      Практика экспериментальных исследований лесопромышлен
ных процессов: учебное пособие / П. Ф. Войтко, Г. П. Захаренко. – 
Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2017. – 128 с. – ISBN 978-5-8158-1907-8 

 

Изложены программа и методика экспериментальных исследований лесопро
мышленных процессов в производственных и лабораторных условиях. Приведены 
измерительные приборы и регистрирующая аппаратура для тензометрических исследований грузоподъемных машин общего назначения на выгрузке лесных грузов 
с воды на рейдах приплава лесопромышленных предприятий.  

Для магистрантов направления подготовки 34.04.02 «Технология лесозагото
вительных и деревоперерабатывающих производств». 

 

Учебное издание 
 
ВОЙТКО Петр Филиппович, ЗАХАРЕНКО Галина Павловна 
 
ПРАКТИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ  ИССЛЕДОВАНИЙ  
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ 
 
Учебное пособие 
 
Редактор  Л.С. Емельянова. Компьютерный набор и верстка Г.П. Захаренко, Е.А. Рыбакова 
 
Подписано в печать  10.11.2017. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. 
Усл. печ. л. 7,55. Тираж 100 экз. Заказ № 6108. 
Поволжский государственный технологический университет. 424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3. 
Редакционно-издательский центр ПГТУ. 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17. 
 

УДК 630.378 

ББК 43.904 

 
ISBN 978-5-8158-1907-8 
© Войтко П.Ф., Захаренко Г.П., 2017 
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2017 

Талантливому экспериментатору 
Юрию Яковлевичу Дмитриеву 
в честь 100-летия со дня  
рождения посвящается. 

 

Авторы 

 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Учебное пособие написано в соответствии рабочей программой 

дисциплины (модуля) М.2.2.6 – «Практика экспериментальных исследований» для прохождения учебной практики магистрантов, обучающихся 
по направлению подготовки 35.04.02 «Технология лесозаготовительных 
и деревоперерабатывающих производств». 

Основным назначением учебного пособия является ознакомление 

студентов с методикой экспериментальных исследований технологических процессов лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств в лабораторных и производственных условиях; изучение научных и методических основ планирования экспериментов, устройства и 
принципа действия измерительных приборов и регистрирующей аппаратуры, методики обработки результатов экспериментальных данных, 
теоретических основ построения регрессионных моделей и их анализа. 

Детально обоснованы программа и методика экспериментальных 

исследований технологического процесса выгрузки лесных грузов с 
воды на рейде приплава Соликамского целлюлозно-бумажного комбината, а также расширенных исследований в гидротехнической лаборатории Поволжского государственного технологического университета, 
позволивших студентам изучить физическую сущность гидравлических 
явлений на водном транспорте лесоматериалов. 

При разработке учебного пособия были учтены рекомендации уче
ных кафедр деревообрабатывающих производств и транспортнотехнологических машин Поволжского государственного лесотехнического университета, а также ряд ценных замечаний рецензентов: заведующего кафедрой ТТМ ПГТУ, доктора технических наук, профессора  

А.И. Павлова и доктора технических наук, профессора кафедры ДОП 
Е.Ю. Разумова, которым авторы выражают свою глубокую признательность.  

Работа над рукописью распределилась между авторами следующим 

образов: П.Ф. Войтко – предисловие, введение, заключение, главы 1, 2, 
приложения, общая редакция; Г.П. Захаренко – глава 3. 

Авторы благодарят студентов и аспирантов, сотрудников кафедры 

лесопромышленных и химических технологий Поволжского государственного технологического университета, а также руководителей и 
коллективы лесопромышленных предприятий, принимавших активное 
участие или оказывавших содействие в научно-исследовательской работе. 

Авторы с благодарностью примут все замечания и пожелания по 

содержанию и оформлению учебного пособия, которые следует направлять по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, ПГТУ, кафедра лесопромышленных и химических технологий. 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 
15 августа 2016 года в Волгограде на заседании президиума Госсове
та Российской Федерации по вопросу «О развитии водных путей РФ» с 
участием Президента России обсуждались меры, направленные на устранение инфраструктурных ограничений на внутренних водных путях, а 
также вопросы повышения безопасности судоходства. В транспортной 
стратегии России до 2030 года поставлена задача достижения сбалансированности перевозок разными видами транспорта. Данная проблема актуализируется тем, что более четверти федеральных автомобильных магистралей работает в режиме перегрузки, особенно летом, при этом возможности навигации по рекам практически не используются. 

Особенностью лесозаготовительной отрасли России является боль
шая удаленность лесоизбыточных регионов от лесопотребителей и отсутствие там магистральных видов транспорта – железнодорожного и 
водного. Большинство лесоперерабатывающих предприятий спроектированы на прием древесного сырья с воды и располагаются в устьях 
больших рек. Необходимо восстановить водный транспорт лесоматериалов на внутренних водных путях взамен молевого лесосплава. 

Над созданием и совершенствованием технологий и технического 

обеспечения водного транспорта лесоматериалов работали ЦНИИЛесосплава, ВКНИИВОЛТ, региональные НИИ, кафедры водного транспорта леса СПГТУ, МГУЛ, АГТУ, СГЛУ, ПГТУ и других университетов, коллективы речных пароходств и лесоинженерные кадры специалистов-практиков. Важный вклад в развитие лесосплавной науки внесли 
ведущие ученые А.Н. Пименов, В.И. Патякин, Ю.Я. Дмитриев,  
А.А. Камусин, М.М. Овчинников, В.Я. Харитонов, В.П. Полищук,  
А.А. Митрофанов, А.Н. Минаев, Н.И. Чубов, В.П. Корпачев, Д.Н. Афоничев, А.Ю. Мануковский и многие другие исследователи. 

В основу предлагаемого читателю учебного пособия легли резуль
таты многолетних теоретических и экспериментальных исследований 
авторов по проблеме выгрузки лесных грузов с воды на рейдах приплава лесопромышленных предприятий. 

 

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ  

ВЫГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ  

В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ 

 
 

1.1. Программа и методы экспериментальных исследований 

 

Объектами экспериментальных исследований служили мосто
вые краны КМ-3076, установленные на рейде приплава Соликамского целлюлозно-бумажного комбината, получающего древесное сырье в речных сортиментных плотах по реке Каме.  

Предметом экспериментальных исследований являлись:  
• максимальные усилия в грузовых канатах кранов КМ-3076 

при вертикальном подъеме лесотранспортных единиц из воды;  

• влияние гидромеханических сил на максимальное усилие 

подъема лесотранспортных единиц из воды;  

• процесс отрыва плавающего пористого груза от покоящейся 

жидкости;  

• структура лесотранспортных единиц, поступающих на рейд 

приплава лесопромышленного предприятия. 

Постановка производственного эксперимента на сложных гру
зоподъемных машинах с одновременной фиксацией нескольких параметров (усилие подъема груза, перемещение, скорость и ускорение груза, вес его) проводилась с использованием тензометрического и имитационного методов [12 13]. 

Определение гидромеханических сил вихревого сопротивления 

воды движению груза и веса жидкости внутри лесотранспортных 
единиц оказалось возможным методом разложения жидкости [1]. 
Для этого лесные грузы из воды поднимались дважды. Вначале поднимался зачехленный пучок, в результате чего исключалось влияние 
массы жидкости внутри пучка на максимальное усилие подъема. 
Затем при тех же условиях груз поднимался из воды без водонепро

ницаемого чехла, при этом определялось суммарное влияние гидромеханических сил. 

Оптимизация процесса отрыва плавающего груза от покоящейся 

жидкости проводилась с целью уменьшения влияния гидромеханических сил на максимальное усилие подъема лесотранспортных единиц. В качестве критерия оптимизации была принята разность между максимальным усилием подъема и весом поднимаемого груза. 
Если учесть, что усилие в грузовом канате достигает максимума в 
момент отрыва пучка сортиментов от воды, при этом выталкивающая сила жидкости равна нулю, а движение груза становится равномерным, то указанная разность представляет собой сумму сил вихревого сопротивления воды движению груза и веса жидкости внутри 
пучка. 

Структура лесотранспортных единиц, поступающих на рейды 

приплава в плотах, исследовалась с помощью фотографического метода [14] и фактурных данных на каждую грузоединицу. Все проведенные исследования (прил. 1.1) условно можно разделить на три 
этапа. 

1. Подготовка эксперимента, разработка и уточнение рабочей 

программы и методики исследований, конструирование и монтаж 
экспериментальных установок, выбор и освоение   измерительной 
аппаратуры, проведение отсеивающего эксперимента, планирование 
экспериментальных исследований. 

2. Проведение производственных исследований: мостового кра
на КМ-3076 на Соликамском ЦБК. Проведение лабораторных исследований в гидротехнической лаборатории Поволжского государственного технологического университета. 

3. Анализ полученных результатов экспериментальных исследо
ваний в лабораторных и производственных условиях. Расшифровка 
осциллограмм тензометрирования методом ПИК, установление 
структуры лесотранспортных единиц, поступающих под выгрузку, 
статистическая обработка опытных данных с использованием ПВМ 
по стандартным программам. 

 

1.2. Планирование экспериментальных исследований 

 

Для предварительного выявления влияния множества факторов 

на максимальные усилия подъема (особенно гидрометрические силы) лесных грузов из воды различными грузоподъемными машинами, исходя из теоретических, экспериментальных, патентных, а также априорных сведений, полученных путем консультаций с ведущими специалистами по грузоподъемным машинам, были проведены теоретические исследования, а также поставлен эксперимент с 
применением метода ранговой корреляции. 

Из полученных данных (прил. 1.2) выбор варьируемых факто
ров, влияющих на гидромеханические силы вихревого сопротивления воды движению груза и веса жидкости внутри плавающего груза, осуществлялся с помощью отсеивающего эксперимента. Отсеивающий эксперимент проводился в гидротехнической лаборатории 
ПГТУ на моделях М 1:10 в два этапа. На первом этапе оценивалась 
степень влияния гидромеханических сил на максимальное усилие 
подъема сортиментных пучков из воды. 

На втором этапе был поставлен отсеивающий эксперимент по 

выделению доминирующих факторов, влияющих на гидромеханические силы вихревого сопротивления воды движению груза и веса 
жидкости внутри пористого пучка. Основная предпосылка отсеивающего эксперимента сводилась к тому, что среди большого числа 
факторов, влияющих на процесс отрыва плавающего пучка от воды, 
существуют лишь несколько действительно значимых, а остальные 
могут быть отнесены к «шумовому полю». К нему относились те 
факторы, степень влияния которых на гидромеханические силы не 
превышала 5 %.  

Для постановки отсеивающего эксперимента были приняты 

факторы (см. прил. 1.2), которые варьировались на двух уровнях  
верхнем и нижнем. Значения верхнего и нижнего уровней каждого 
фактора были выбраны после постановки разведывательных опытов. 
Полученные результаты отсеивающего эксперимента обрабатыва

лись на ЭВМ по стандартным программам, после чего подвергались 
анализу. 

Степень влияния гидромеханических сил вихревого сопротив
ления воды движению груза и остаточной массы жидкости внутри 
пористого груза на максимальное усилие подъема пучка сортимен
тов из воды с 
различной скоростью 
достигает 

21 % от веса поднимаемого груза 
(рис 1.1).  

Вихревое со
противление воды 
движению 

пучка 
круглых 

лесоматериалов 
достигает 11 % 
G1, а остаточная 
масса 
жидкости 

внутри пористого 
пучка составляет 
10 % G1.  

Из 
графика 

(рис. 1.2) зависимости вихревого сопротивления воды движению 
пучка круглых лесоматериалов от влияющих факторов (табл. П 1.1) 
следует, что значимыми оказались: объем пучка, скорость подъема 
груза, угол наклона поднимаемого пучка к горизонту воды, длина 
бревен в пучке, глубина воды в выгрузочном дворике, площадь 
акватории воды вокруг плавающего пучка, коэффициент формы 
пучка.  

Из графика (рис. 1.3) зависимости гидромеханических сил вих
ревого сопротивления воды и остаточной массы жидкости внутри 
пучка от влияющих факторов (табл. П 1.2) следует, что значимыми 
оказались: объем пучка круглых лесоматериалов, скорость подъема 

Рис. 1.1. Влияние гидромеханических сил 

на максимальное усилие подъема сортиментного 

пучка из воды с различной скоростью

%
,

1

max
G
F

груза, угол наклона поднимаемого пучка к горизонту воды, диаметр 
круглых лесоматериалов, угол взаимного расположения бревен в 
пучке, длина бревен, коэффициент формы пучка. 

Графики 
зависимо
стей Rbx/G1=f1(V) (см. рис. 
1.2), 
(Rbx+G2)/G1=f2(V) 

(рис. 1.3) строились методом вычитания ординат, а 
номера исследуемых факторов на графиках соответствуют номерам этих 
факторов 
в 
таблицах  

П 1.1, П 1.2.  

Для проведения ос
новного 
эксперимента 

значимые факторы варьировались на пяти уровнях 
(табл. 1.1). В качестве 
рациональной последовательности 
варьирования 

значимых факторов была 
выбрана геометрическая 

прогрессия. Знаменатель геометрической прогрессии определялся из 
уравнения 

min
max J
J

1 

п
у
Р
.                                                                           (1.1) 

Следовательно, для исследования влияния девяти факторов на 

гидромеханические силы потребуется проделать 2х59 различных 
комбинаций экспериментов, не считая повторения каждого из опытов в идентичных условиях. Такое количество экспериментов провести практически невозможно. Для повышения эффективности экспериментальных исследований была выбрана методика рационального 
планирования эксперимента, основанная на идее латинского квадрата [21, 27]. 

Рис. 1.2. Влияние различных факторов 

на вихревое сопротивление воды движению 

пучка круглых лесоматериалов

Rвх  / G1 = f1(V)

%
,

1
G
Rbk