CC BY
18
УДК 634.378
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ ПЛОСКОЙ СПЛОТОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ НА КРИВОЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКАХ РЕК
DEFINITION OF A PLANE OFFSET UNITS IN THE CURVED SECTION
RIVERS
Перфильев П.Н. (САФУ, г.Архангельск, РФ) Perfiliev P.N. (Northern (Arctic) Federal University)
Рассмотрены вопросы смещения сплоточных единиц на криволинейных участках рек, силы, действующие на сплоточную единицу в радиальном направлении. Установлена зависимость для определения скорости радиального смещения сплоточных единиц.
Questions of bias units in the curved sections of the rivers, the forces acting on unit in the radial direction. The dependence to determine the rate of radial displacement units.
Ключевые слова: плот, скорость, интервал
Key words: raft, speed, distance
В лесных районах, где отсутствуют автомобильные дороги, транспортировка лесоматериалов может осуществляться по малым рекам в плоских сплоточных единицах (ПСЕ). Описание ПСЕ и технологии ее сплотки рассмотрены в работах [1,2]. Опыт проплава таких ПСЕ есть [1]. В ранневесенний период проплав возможен в сплоточных единицах (СЕ) вольницей и линейками. При этом с научной и технологической точек зрения необходимо знать, как поведут себя СЕ при прохождении криволинейных участков рек с малыми радиусами поворота.
На криволинейном участке потока СЕ под влиянием центробежной и ко-риолисовой силы инерции стремятся прижаться к вогнутому берегу реки (рис.1). Возникновение кориолисова ускорения, направленного к вогнутому берегу, объясняется наличием относительной скорости движения v0 СЕ в направлении главного потока.
Рисунок 1 - Схема движения лесосплавной единицы на повороте реки
Относительная скорость движения лесосплавной единицы у0 определяется из равенства
тгд! = К\ (1)
где т' - масса СЕ;
д - ускорение свободного падения;
/ - уклон водной поверхности вдоль потока;
К - сопротивление движению СЕ от уклона [2, 3, 4],
где ст и Сф - коэффициент трения СЕ и коэффициент формы в направлении движения;
5 - площадь трения СЕ (смоченная);
О - площадь миделя (поперечного сечения) СЕ в направлении движения.
Рисунок 2 - Схема сил, действующих на СЕ в радиальном направлении
Относительная скорость смещения СЕ уу0 в радиальном направлении устанавливается из уравнения (рис.2) [3].
где Еу - центробежная сила инерции; Рк - кориолисова сила инерции;
Ну - сила сопротивления движению СЕ в радиальном направлении;
- составляющая веса сплавной единицы, направленная по радиусу закругления, параллельно свободной поверхности;
т - масса сплавной единицы т. = тд + т„ (с учетом присоединённой массы);
т.д - масса лесоматериалов; тп - присоединенная масса; t - время.
Силы, действующие на СЕ определяют по выражениям [2, 3, 4]
л = —:—; (3)
(4)
(5)
(6)
где V - скорость потока воды в направлении движения СЕ, осредненная по осадке сплавляемых единиц;
уд - скорость потока воды в направлении движения СЕ;
1Г - уклон водной поверхности реки поперёк течения;
г - расстояние от центра масс сплоточной единицы до центра закругления;
с.т - коэффициент трения сплоточной единицы;
Сф - коэффициент формы (лобового сопротивления) СЕ;
5 - площадь трения СЕ (смоченная);
^ - площадь миделя (поперечного сечения) сплоточной единицы. При равномерном радиальном смещении лесосплавной единицы ускорение с1 = 0, т.е. правая часть уравнения (2) будет равна нулю
Заменим силы, входящие в уравнение (7) выражениями (3, 4, 5, 6)
2 туу
+
Преобразуем уравнение (8) относительно скорости смещения V.
(7)
(8)
(9)
По выражению (9), зная гидродинамические характеристики лесосплавной единицы (пучка или ПСЕ), можно определить скорость радиального смещения. Зная эту скорость определена относительная скорость смещения (табл.1).
Таблица 1 - Относительная скорость радиального смещения
Радиус поворота, м . ПСЕ, м/с . пучка, м/с
30 0,52 0,30
50 0,40 0,25
75 0,33 0,20
100 0,28 0,17
150 0,23 0,14
Примечание: относительная скорость смещения рассчитана в качестве примера для скорости движения сплоточных единиц V =1,5 м/с. Масса ПСЕ - =40000кг, габариты
6x6x1,1, осадка 1 м. Масса пучка - ?71„5=20000кг, габариты 6,5x4x2, осадка 1,4 м. Уклон свободной поверхности реки /=0,0001. Плотность лесоматериалов в пучке р^=800кг/м3, в ПСЕ -.;.=900кг/м3.
Относительную скорость движения лесосплавных единиц на криволинейных участках рек необходимо учитывать при определении интервала между ПСЕ, при расчете ширины лесосплавного хода и при других условиях сплава. При этом также нужно учитывать, что лесосплавная единица большей массы имеет большую относительную скорость движения.
При проектировании лесосплавной трассы (хода), наряду с относительной скоростью ПСЕ, а также скоростью ветра, учитываются глубины, позволяющие без задержек и заторов проводить транспортировку лесосплавных единиц.
По полученным зависимостям можно определить и относительную скорость смещения линеек и плотов из сплоточных единиц, подставляя соответствующие гидродинамические характеристики.
Знание теории гидромеханики лесосплавных единиц на криволинейных участках рек, позволит разработать техническое обеспечение и новые технологии лесосплава по малым рекам и вследствие этого увеличить объемы заготовки лесоматериалов в отдалённых лесоизбыточных регионах, где раньше был молевой сплав.
Список использованных источников
1. Митрофанов, А.А. Лесосплав. Новые технологии, научное и техническое обеспечение [Текст]: монография / А.А.Митрофанов. - Архангельск: изд-во АГТУ, 2007. - 492 с.: ил.
2. Митрофанов, А.А. Научное обоснование новых технологий лесосплава по рекам с малыми глубинами [Текст] / А.А,Митрофанов, В.А.Барабанов, П.Н.Перфильев // Ресурсосберегающие и экологически перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего. Материалы международной научно-практической конференции, посвящённой 55-летию лесоинженерного факультета Воронежской государственной лесотехнической академии 17 -19 сентября 2009 г. Воронеж - 2009. с.319-324,:ил.
3. Мучник,С.Я. Регулирование сплавной трассы [Текст]: / С.Я. Мучник, Н.Н.Панов - Л: изд. Гослесбумиздат, 1955. - 240 с.,: ил.
4. Митрофанов, А.А. Методика и результаты натурных исследований равномерного движения плоских сплоточных единиц в речном потоке [Текст] / Совершенствование техники и технологии лесозаготовок и транспорта леса: ст.науч.тр.АГТУ / А.А.Митрофанов, О.В.Мурашова. - Архангельск: изд-во АГТУ, 2005. - Вып.3. - с.103-106,: ил.
