CC BY
45
УДК 630*378.33
UDC 630*378.33
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПЛОТА ДЛЯ СПЛАВА ДРЕВЕСИНЫ ПО РЕКАМ С МАЛЫМИ ГЛУБИНАМИ
IMPROVING THE RAFT DESIGN FOR THE ALLOY OF TIMBER DOWN THE RIVERS WITH SMALL DEPTHS
Афоничев Дмитрий Николаевич д.т.н., профессор
Васильев Владимир Викторович аспирант
Папонов Николай Николаевич к.т.н., доцент
Воронежская государственная лесотехническая академия, Воронеж, Россия
Дано описание конструкции плота, формируемого из плоских сплоточных единиц, показано, что данный плот имеет большую осадку, которая увеличивается в процессе плавания. Предложена конструкция плота, формируемого из плоских сплоточных единиц стабилизированной плавучести. Предлагаемый плот имеет меньшую осадку, интенсивность возрастания которой при плавании не существенна, что позволяет проводить его через участки рек с малыми глубинами. Дано описание процесса формирования плота
Ключевые слова: ПЛОТ, ПЛОСКАЯ СПЛОТОЧНАЯ ЕДИНИЦА, СПЛОТОЧНАЯ ЕДИНИЦА СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ПЛАВУЧЕСТИ, ОСАДКА, ФОРМИРОВАНИЕ
Afonichev Dmitry Nikolaevich Dr.Sci.Tech., professor
Vasiliev Vladimir Victorovich postgraduate student
Paponov Nikolay Nikolaevich
Cand.Tech.Sci., associate professor
Voronezh State Academy of Forestry and Technologies,
Voronezh, Russia
We describe the construction of the raft, formed of flat raft sections; it is shown, that the given raft has deeper draft, which increases during the voyage. The construction of the raft, formed from flat raft sections of stabilized buoyancy is presented. The proposed raft has less draft, the intensity of increase of which is not significant when navigating; it allows it to go through the sections of rivers with smaller depths. A description of raft formation is given
Keywords: RAFT, FLAT RAFT SECTION, RAFT SECTION OF STABILIZED BUOYANCY, DRAFT, FORMATION
Увеличение объема доставки древесины потребителям в плотах по внутренним водным путям с малыми энергозатратами возможно внедрением плотового сплава на реках с малыми глубинами. Для этого необходимо применять конструкции плотов, имеющих малую осадку. Такие плоты, как правило, формируются из плоских сплоточных единиц, а опыт их буксировки показывает эффективность проведения данного вида мероприятий на реках с малыми глубинами [1, 2, 3, 4].
В настоящее время разработано несколько конструкций плотов на основе плоских сплоточных единиц [1, 5, 6, 7], которые предназначены для
буксировки по малым и средним рекам, а в переформированном состоянии - по большим рекам. Одна из таких конструкций, разработанная А.А. Митрофановым представлена на рисунках 1 и 2 [5]. Плот содержит сплоточные единицы 1, жесткие связи 2, такелаж 3, бортовые комплекты 4, бревна 5, поперечные счалы 6, бортовые лежни 7 и сжимы 8.
Формирование плота производят следующим образом. Из сплоточных единиц 1 , формируются поперечные ряды путем соединения их жестких связей 2 такелажем 3. В качестве такелажа могут быть использованы цепи, канатные или проволочные связи. На крайние сплоточные единицы накладывают бортовые комплекты 4. На ряды, устанавливаемые в голове и хвосте плота, т.е. на первый и последний, укладывают бревна 5, перекрывающие стыки жестких связей, и соединяют их с головным и хвостовым рядами проволочными скрутками (на рисунках 1 и 2а не показаны). Кроме того, на эти ряды накладывают поперечные счалы «восьмерка» 6. Сформированные ряды буксируют за жесткие связи крайних сплоточных единиц до формировочных причалов, которые размещают на магистральной реке, где габариты водного пути позволяют формировать плоты.
При буксировке рядов круглые лесоматериалы сплоточных единиц располагаются поперек потока, чем обеспечивается безаварийный проход лимитирующих створов. В плоту круглые лесоматериалы располагаются вдоль потока, что способствует снижению сопротивления воды движению плота при буксировке его по магистральным рекам.
1 - сплоточные единицы, 2 - жесткие связи, 3 - такелаж, 4 - бортовые комплекты, 5 - бревна, 6 - поперечные счалы, 7 - бортовые лежни,
8 - сжимы
Рисунок 1 - Плот, вид сверху
На формировочных причалах ряды соединяют между собой с помощью бортовых лежней 7, которые прокладывают вдоль плота по крайним бортовым сплоточным единицам, и крепят к ним сжимами 8. Сжимы уста-
навливают в точках пересечения бортовых лежней с поперечными счалами и бортовыми комплектами.
| |
б)
1 - сплоточные единицы, 2 - жесткие связи, 3 - такелаж, 4 - бортовые комплекты, 5 - бревна, 6 - поперечные счалы а - средний ряд сплоточных единиц, вид сверху;
б - крайний ряд сплоточных единиц, вид сверху
Рисунок 2 - Поперечные ряды плота, вид сверху
В пунктах приплава при расформировании плота снимают сжимы на крайних сплоточных единицах крайнего ряда, и освободившийся ряд буксируют к выгрузочному механизму. Здесь поочередно освобождают сплоточные единицы путем разъединения такелажных связей. После выгрузки сплоточных единиц одного ряда высвобождают из плота и подают под выгрузку следующий ряд.
Недостатком данного плота является большая осадка. Величина осадки определяется из равновесия веса ряда и выталкивающей силы, так как ряды между собой соединены гибкими связями 7. Предположим, что ряд состоит из двух видов сплоточных единиц разных размеров, но сплоточные единицы в ряду расположены симметрично (это необходимо для исключения крена), то есть ряд включает две крайние сплоточные единицы и две средние. Параметры крайних сплоточных единиц в формулах имеют индекс «К», а средних - «С». Вес ряда ОР, включающего четыре сплоточные единицы, составит
Ор = g {2 [*0 (Рк кФк Вк Ьк НК + Рс *фс ВС ьс Нс ) + тк + тс\ + тр}, (1)
где g - ускорение свободного падения, м/с2;
к0 - коэффициент, учитывающий массу коры; р - плотность древесины, кг/м ;
кФ - коэффициент, учитывающий форму сплоточной единицы;
В, Ь, Н - соответственно ширина, длина и высота сплоточной единицы, м;
т - масса обвязок и крепежных элементов сплоточной единицы, кг; тр - масса обвязок и крепежных элементов ряда, кг.
Выталкивающую силу определим при условии, что бруствер абсолютно жесткий и все сплоточные единицы ряда имеют одинаковую осадку Т. Выталкивающая (архимедова) сила РА для рассматриваемого ряда равна
Ра = 2 gРoT (кПКк ДК ВК ЬК + кПС кДС ВС ЬС
) , (2)
3
где р0 - плотность воды, кг/м ;
кП - коэффициент, учитывающий уменьшение плановых размеров
сплоточной единицы в погруженной части;
кД - коэффициент полнодревесности сплоточной единицы.
При РА — ЄР получаем величину осадки ряда т — 2- к0 (рк кФК Вк ^ Нк +
Рс кФс Вс ^с Нс ) + тк + тс ~\ + т
К^КЛЛК ' ГС^ФС^С^С^^С) ' "1К ' С ^ '"Р (3)
2р0 ( кПК кДКВК ^К + кПС кДС ВС^С )
Из формулы (3) видно, что величина осадки зависит от плотности укладки лесоматериалов в сплоточной единице, то есть от коэффициента полнодревесности кд равного 0,65...0,8, и плотности древесины р, которая в процессе сплава увеличивает в результате водопоглощения древесиной. Величина осадки по этой причине увеличивается к концу сплава и возможна полная потеря плавучести.
Для устранения приведенного недостатка в рассматриваемом плоту предложены конструктивные изменения. В результате этого получена новая конструкция плота, которая представлена на рисунках 3 и 4.
5 4 3 4 5 4 5
1 - сплоточные единицы; 2 - сплоточные единицы стабилизированной
плавучести; 3 - брустверы; 4 - гибкие обвязки; 5 - такелаж Рисунок 3 - Поперечный ряд предлагаемого плота, вид сверху
1 - сплоточные единицы; 2 - сплоточные единицы стабилизированной плавучести; 6 - поперечные счалы; 7 - бортовые лежни; 8 - сжимы Рисунок 4 - Предлагаемый плот, вид сверху
Плот содержит расположенные поперечными рядами сплоточные единицы 1 и сплоточные единицы стабилизированной плавучести 2, выполненные по патенту РФ № 2381949 [8] и установленные в середине каждого ряда. Сплоточные единицы 1 и сплоточные единицы стабилизированной плавучести 2 в ряду соединены между собой брустверами 3, закрепленными за гибкие обвязки 4 сплоточных единиц 1 и сплоточных единиц стабилизированной плавучести 2 такелажем 5.
Сплоточные единицы 1 и сплоточные единицы стабилизированной плавучести 2 в головном и хвостовом рядах соединены между собой поперечными счалами 6 (на рисунке 4 не показаны). Вдоль плота по крайним бортам сплоточных единиц 1 проложены бортовые лежни 7, которые прикреплены к брустверам 3 сжимами 8.
Необходимо отметить, что подробное описание конструкции сплоточных единиц стабилизированной плавучести представлено в работах [8, 9, 10]. Особенностью сплоточных единиц стабилизированной плавучести является их изоляция от воды посредством заворачивания в гибкий водонепроницаемый материал. Это обеспечивает заполнение свободных полостей между лесоматериалами сплоточной единицы не водой, а воздухом, и в формулах (2) и (3) кдС = 1, то есть выталкивающая сила увеличивается на
величину
АРл = 2mкДСBcLJI1 - кпс). (4)
Таким образом, осадка ряда, содержащего сплоточные единицы стабилизированной плавучести, будет меньше. Кроме этого изоляция лесоматериалов от воды предотвращает водопоглощение и плотность древесины средних сплоточных единиц будет постоянной в процессе сплава, то есть рс = const.
На основе вышеизложенного можно утверждать, что ряд, состоящий из жестко соединенных между собой посредством брустверов сплоточных
единиц (рисунок 3) будет оставаться всегда на плаву. Потеря плавучести возможна только в случае аварийного разрушения водонепроницаемой обертки сплоточных единиц стабилизированной плавучести.
Формирование плота производится следующим образом. Изготавливаются сплоточные единицы 1 и сплоточные единицы стабилизированной плавучести 2, последние выполняются в соответствии с патентом РФ № 2381949 [8]. Готовые сплоточные единицы 1 и сплоточные единицы стабилизированной плавучести 2 спускают на воду и буксируют к месту формирования поперечных рядов: по одиночке или группами. Из сплоточных единиц 1 и сплоточных единиц стабилизированной плавучести 2 формируют поперечные ряды, причем сплоточные единицы стабилизированной плавучести 2 размещают в середине ряда, а сплоточные единицы 1 -по краям ряда. Ряд, составленный из сплоточных единиц 1 и сплоточных единиц стабилизированной плавучести 2, объединяется брустверами 3. Брустверы 3 закрепляются за гибкие обвязки 4 сплоточных единиц 1 и сплоточных единиц стабилизированной плавучести 2 такелажем 5.
В качестве такелажа 5 могут быть использованы цепи, канатные или проволочные связи. Сформированные ряды буксируют за брустверы 3 до формировочных причалов, которые размещаются на магистральной реке, где габариты водного пути позволяют формировать плоты.
На формировочных причалах из рядов формируют плот, путем плотной установки рядов друг к другу. На ряды, расположенные в голове и хвосте плота, накладывают поперечные счалы 6. После этого вдоль плота по крайним бортовым сплоточным единицам 1 прокладывают бортовые лежни 7, которые крепят к брустверам сжимами 8. После этого плот буксируется по водному пути к месту назначения. Размещение сплоточных единиц стабилизированной плавучести 2, выполненных по патенту РФ № 2381949 [8], в середине рядов, позволяет обеспечить защиту гибкого водонепроницаемого материала, в который завернуты эти сплоточные еди-
ницы, от механических повреждений, как при буксировке плота, так и при буксировке отдельных рядов.
Применение предлагаемой конструкции плота позволит осуществлять плотовой сплав древесины по участкам рек с малыми глубинами. Это увеличит общий объем доставки древесины из труднодоступных лесных массивов самым экономичным видом транспорта. На предложенную конструкцию плота авторы подали заявку на изобретение.
Список литературы
1. Митрофанов А. А. Лесосплав. Новые технологии, научное и техническое обеспечение / А. А. Митрофанов. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2007. - 492 с.
2. Митрофанов А.А. Научное обоснование новых технологий лесосплава по рекам с малыми глубинами / А.А. Митрофанов, В. А. Барабанов, П.Н. Перфильев // Ресурсосберегающие и экологические перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего: матер. междунар. научной конф., посвященной 55-летию лесоинженерного факультета ВГЛТА / ВГЛТА. - Воронеж, 2009. - С. 319-324.
3. Перфильев П.Н. Исследование гидродинамических характеристик линеек из плоских сплоточных единиц / П.Н. Перфильев, А.А. Митрофанов // ИВУЗ «Лесной журнал», 2009. - № 1. - С. 44-51.
4. Мурашова, О.В. Гидродинамические характеристики лесосплавных плоских сплоточных единиц: автореф. дис. ... к-та тех. наук : 05.21.01 / О.В. Мурашова. - Архангельск, 2007. - 19 с.
5. Патент на изобретение 2290337 РФ, МПК В 63 В 35/62. Плот / А.А. Митрофанов, Г.Я. Суров, А.Н. Вихарев; заявитель и патентообладатель АГТУ. - № 2004100909/11; заявл. 09.01.2004; опубл. 20.06.2005. Бюл. № 36.
6. Патент на полезную модель 72953 РФ, МПК В 65 О 69/20. Плот / Г.Я. Суров, Н.С. Главатских; заявитель и патентообладатель АГТУ. - № 2007148730/22; заявл. 24.12.2007; опубл. 10.05.2008, бюл. № 6.
7. Патент на полезную модель 98733 РФ, МПК В 63 В 35/62. Плот / Г.Я. Суров, О.В. Мурашова; заявитель и патентообладатель АГТУ. - № 2010118920/11; заявл. 11.05.20010; опубл. 27.10.2010, бюл. № 8.
8. Патент на изобретение 2381949 РФ, МПК В 63 В 35/62, 35/58. Сплоточная единица / Д.Н. Афоничев, Н.Н. Папонов, В.В. Васильев; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2008146180/11; заявл. 21.11.2008, опубл. 20.02.2010, бюл. № 5.
9. Афоничев Д.Н. Сплоточная единица стабилизированной плавучести / Д.Н. Афоничев, Н.Н. Папонов, В.В. Васильев // ИВУЗ «Лесной журнал». - 2010. - № 6. - С. 114-120.
10. Афоничев, Д.Н. Выбор гибкого водонепроницаемого материала для стабилизации плавучести сплоточных единиц [Текст] / Д.Н. Афоничев, В.В. Васильев, Н.Н. Папонов // Лесотехнический журнал / ВГЛТА - 2011. - № 1. - С. 95-99.
