CC BY
34Методика расчета тяговых и прочностных характеристик сортиментных плотов
для условий Онежского озера
В. А. Новиков1 Петрозаводский государственный университет
АННОТАЦИЯ
Приводится методика расчета элементов сортиментных плотов для Онежского озера. Даются рекомендации по применению необходимых параметров в условиях Республики Карелия. Предлагаемая методика учитывает опыт транспортировки плотов в бассейнах, схожих по условиям с Онежским озером.
Ключевые слова: сортиментный тот, пучок, ставной такелаж, сопротивление при транспортировке.
SUMMARY
Transportation of wood water rafts. A design procedure of lake rafts. Selection of key parameters of rafts.
Keywords: tow, towage, floating implements, bungle rigging, calculations on durability.
ВВЕДЕНИЕ
Водный транспорт лесоматериалов в современном мире является одним из самых экономичных способов доставки лесоматериалов переработчику и потре-
Современный плотовой сплав за буксирной тягой в полной мере отвечает возрастающим потребностям лесозаготовительного и лесоперерабатывающего комплекса Республики Карелия.
Следует отметить, что опыт транспортировки плотов в Карелии имеется, поскольку до 1990-х годов этот метод и с успехом применялся в бассейне Онежского озера. Не отказались от плотового сплава и наши соседи в Архангельской области и Республике Коми.
Возобновление транспортировки сортиментных плотов по трасам Пяльма - Медвежегорск, Пудож -Кондопога, Пяльма - Кондопога позволит экономично решить возрастающие потребности переработчиков в круглом лесе, решая общую задачу развития лесопромышленного комплекса Карелии.
Требованием времени давно стало применение современных технологий, как на стадии формирования плотов, так и на этапе их транспортировки. Поэтому грамотный расчет такелажа, элементов плота, опти-
1 Автор - доцент кафедры промыишенного транс-
порта и геодезии
©Новиков В. А., 2005
мальныи расчет характеристик плотового сплава, подбор современного оборудования рейдов отправления и приплава - задачи успешного возобновления этого экономичного вида транспортировки древесины в республике.
Методика расчета
1.1. Расчет параметров пучков для сортиментно-го плота
Объем пучка Л
W,
ПУЧ
.ии ] г/ =Е..ги2 к
где и - ширина пучка, м; h
ПУЧ
- высота пучка, м;
/ - длина пучка, м; С - соотношение осей попереч-
ного сечения пучка;
К
ПУЧ
коэффициент полно-
древесности пучка. Отсюда высота пучка, м:
К
AW,
ПУЧ
1ПУЧ
кс1К
ПУЧ
ширина пучка, м осадка пучка, м
b — ch
ПУЧ '
Pi
г - к -^<5
<• ПГ1УЧ ь >
Рв
где рд и рв - плотность древесины и воды, кг/м!; £ - поправочный коэффициент, зависящий от объемного веса древесины. При р ч = 700 - 800 кг/м3; £ = 0,935.
Усилие, возникающее в каждой из двух обвязок пучка, определяется по следующей зависимости, Н:
Р..
J hпуч 8 Рв '
где Кс - коэффициент сжатия бревен (для бревен в кореА^с= 1,5, для окоренных Кс = 1,05); £• = 9,81 м/сек2 - ускорение силы тяжести.
Разрывное усилие в обвязках, Н:
Рразр ~ т Рс: >
где т - коэффициент запаса прочности (т = 3 - для проволоки и канатов, т = 4 - для цепных и прутковых обвязок).
Длина обвязки, м:
L0 =(l + m])S
где т1 = 0,10. ..0,12 - коэффициент запаса прочности обвязки; Б - периметр поперечного сечения пучка.
68
Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ
5 = -{Ь + КУЧ)
и - скорость движения плота на спокойной воде, М
Число бревен в пучке с достаточной для расчета точностью можно определить:
ь
- длина плота, м.
/ = 0.51-
с12р\
' Рд4~ 4
СР
1.2. Расчет сопротивления при буксировке пучкового плота. Расчет необходим для правильного выбора буксирного средства
Общее сопротивление движению плота при буксировке определяется как сумма следующих сопротивлений, Н:
Я0 =ЯПЛ +КВ +Як + Щ1+МВ+Щ,,
где К-пл ~ сопротивление трения от движения пучкового плота, Н; Кв - сопротивление движению плота от встречного ветра, Н; - сопротивление
плота от встречного волнения, Н; - дополни-
тельное сопротивление от движения буксировщика, Н; АИВ - дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного ветра, Н; - допол-
нительное сопротивление движению буксировщика от встречного волнения, Н.
Сопротивление трения пучкового плота на спокойной воде, Н:
->
где (р - коэффициент сопротивления формы, зависящий от ширины плота В и осадки плота Г (табл. 1).
Таблица
В/Т 1 10 20 40 60 100 200
ф 1,10 1,40 1,55 1,72 1,80 8 1,96
5
п - площадь погруженной части поперечного
сечения плота, м :
=0,845 Г;
/пп - коэффициент сопротивления трению между
древесиной и водой, /пп = 0,009 ;
<5^. - площадь смоченной поверхности плота, м2:
Яс =ЦВ + 2Т);
КЗ
рв - плотность воды, —у ( рв — 1000) ; М
С учетом зазоров между отдельными пучками ширину и длину плота можно определить:
5 = 1,05 6 и,
Ь = 1,05/и2,
где Ь,1 - длина и ширина пучка, м;
п\ П2
длине.
количество пучков в секции по ширине и
Осадку плота Т можно принять равной осадке отдельного пучка /.
Сопротивление движению плота от встречного ветра, Н:
н - площадь надводной
2
где (рв - коэффициент лобового сопротивления
воздуха (<рв = 0,13 ); $ части поперечного сечения плота, м
Н - высота плота, можно принять Н = к , м; к -высота отдельного пучка, м; /в - коэффициент сопротивления трению воздуха 0,02 ); -площадь трения, подверженная активному воздействию ветра, м":
ив - расчетная скорость встречного ветра (в таблице 2 приводится повторяемость и сила ветра по плото-
М
вым трассам Онежского озера, —).
С
Таблица 2
Скорость ветра, м/с
1-5 6-10 11-15 16-20 >20
О. 2 3,4 8,2 7,3 1,5 0,2
н " 5 а о Ю о 2 СВ 2,1 3,3 1,4 0,1 -
3 3,4 2,5 1,0 - -
ЮВ 2,9 3,9 1,0 0,2 -
2 о р. Ю 6,5 9,1 5,7 1,2 0,2
¡М ЮЗ 1,7 3,7 2,6 0,4 -
н « 3 5,8 9,4 4,7 0,4 -
о с сз 1,3 2,1 1,3 1,4 0,1
£ 27,1 42,2 25 5,2 0,5
Рвоз ~~ плотность воздуха (рвоз = 1,225 ),
кг
О - скорость движения плота относительно спокой-
ной воды или скорость обтекания плота водой на М
М
£ - ускорение силы тяжести, ——
С~
Сопротивление плота от встречного волнения, Н: ~ В-пл к в >
кв - коэффициент волнового сопротивления, зависящий от высоты волны Ив и скорости движения плота и (табл. 3).
_Таблица 3
0,8 1,1 1,3 1,6 1,9 2,1
Значение кд при скорости движения плота,
М
0,2
0,32 0,82 1,53 3,10 5,32 7,45
0,4
_0,22 "0,52 0,86 1,72 2,86 3,96
0,6
0,13 0,28 0,46 0,88 1,38 1,88
0,8
0,09 0,18 0,28 0,50 0,83 1,14
1,0
0,07 0,12 0,20 0,35 0,58 0,80
1,2
0,05 0,09 0,16 0,30 0,51 0,69
1,4
0,04 0,07 0,13 0,33 0,48 0,60
Дополнительное сопротивление от движения буксировщика можно определить, Н:
где - коэффициент трения буксировщика (для стальных судов =0,17); - площадь смоченной поверхности буксировщика, м2:
^ (0,5 £ + 0,41)^+2^) при ¿(0,7, ^ =1Б (0,8ё + 0,2)(ВБ +2тб) при
ЬБ , ВЕ , Т Б - длина, ширина и осадка буксировщика, м; 8 ~ коэффициент полноты водоизмещения
кг
буксировщика; рв - плотность воды, ——
м
м
скорость движения буксировщика, — ; (р0 -
С
фициент остаточного сопротивления:
17,7 <5"3,5
<Ро
и
коэф-
(
\3
ев
+ 2
Б У
Бм - площадь погруженной части мидель-шпангоута, м2:
яы=рвБтБ-,
¡5 - коэффициент полноты плоскости мидель-шпангоута; Рг - число Фруда:
и
К
л/ёЛ
Дополнительное1 сопротивление движению буксировщика от встречного ветра, Н:
дп __ о РвОз(Рв+0? А"в - <Рв -—-,
8б - площадь проекции надводной части буксировщика на плоскость мидель-шпангоута, м2:
=2Вб.
Дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного волнения, Н:
АЯ„=МБкв.
Удельное сопротивление воды движению плота является его качественной характеристикой и определяется, Н:
К
Кпл +Кв+ К/,
УД
Т¥г
пл
- объем древесины в плоту, м3:
IV
V Г п
ВНЬКГ
пл — ** ^^ пл > где Кпи - коэффициент полнодревесности плота.
1.3. Расчет формировочного такелажа
При прямолинейном установившемся движении
плота сила тяги на гаке буксировщика равна, Н:
РГ=Я0^КПЛ +ЯВ+Я11+АКБ+АЕВ+Щ,.
Сила тяги буксировщика через буксирные канаты передается продольным и поперечным креплениям плота. Величина натяжения в креплениях плота зависит от способа учалки буксирного каната.
На рисунке 1 представлен наиболее распространенный способ учалки для озерных плотов за два буксирных каната, укрепленных за бортовые лежни.
Рис. 1. Способ учалки для озерных сортиментных плотов
В этом случае усилия определяются: в буксирных канатах, Н:
2соз
в продольных бортовых лежнях, Н:
а
70
Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ
РЛ = РБ 003
а
сжимающие головную часть плота, Н:
Т7 Г? ■ а
Р = .Т7,, вт— * 2
в усах-растяжках, Н:
Р
/г ___,
совр вт^»
Оптимальная длина буксирного каната ЬБ при транспортировке плота определяется исходя из мощности буксировщика Мс (табл. 4).
Таблица 4
кВт До 100 220 ,331 441 588 883
1Б , м 80...150 200 230 270 300 350
При движении плота по криволинейному участку и при поворотах в основном работает один лежень и поэтому при выборе типа бортового лежня следует принимать
Ъпуч, кпуч - ширина и высота пучка, м.
Длина счала «по верху» с охватом бортовых пучков по периметру, м:
1СЧ =2р + п1 Ъпуч + АI,
где А/ - длина свободного конца счала (А/=1,5...5,5),м.
Длина счала «в обхват» определяется:
1СЧ = р + 2Ъпуч{пх -1 )-1ц.
Представленная методика позволяет оптимальным образом рассчитать основные параметры озерного сортиментного плота для бассейна Онежского озера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Водный транспорт леса: Учебник для вузов / Под ред. В. И. Патякина. М., 2000. 432 с.
2. Водный транспорт леса: Справочник / Под ред. В. А. Щербакова. М.: Лесная промышленность, 1986. 312с.
3. Минаев А. Н. Лесосплавной флот: Учебное пособие / А. Н. Минаев, Н. И. Козленков, И. А. Бе-ленов. М.: Лесная промышленность, 1990. 186 с.
При выборе такелажа необходимо задаться коэффициентом запаса прочности и количеством внутренних тросов и лежней, поэтому
Р
К Р
— 3 Ь"
Б.РАЗР
К Р 1Х ч г л
Л.РАЗР
Р
К Р
1Кз 1 р
Р.РАЗР
где П - количество внутренних тросов и лежней (для буксирных канатов и усов-растяжек П — 1, продольных бортовых лежней П — 2).
По разрывным усилиям подбирается необходимый такелаж.
Длина счала «восьмерка» определяется, м: к:ч =^(«1 Р~21ц)>
где Пх - количество пучков в ряду; 1ц - длина цеп
ной наставки (1ц =1,2...1,7), м; р пучка, м:
ТС ,
периметр
Р = -(ЬПУЧ +КУЧ)>
