CC BY
13
УДК 630*378.33
ВЫБОР ГИБКОГО ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЛАВУЧЕСТИ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ Д.Н. Афоничев, Н.Н. Папонов, В.В. Васильев
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
dmafoni chev@yandex.ru
Дано описание конструкции сплоточной единицы, обернутой в гибкий водонепроницаемый материал, которая имеет стабилизированный запас плавучести. Представлена методика расчета усилий, действующих на гибкий водонепроницаемый материал, и напряжений в нем при движении сплоточной единицы, на основании которой осуществляется выбор этого материала.
Ключевые слова: сплоточная единица, гибкий водонепроницаемый материал, запас плавучести, стабилизация, сила, напряжение.
ками 6 в пакеты, расположенные в головной и хвостовой частях сплоточной единицы, гибких внешних обвязок 7, охватывающих снаружи пакеты круглых лесоматериалов повышенной плавучести 2 и ряды круглых лесоматериалов ограниченной плавучести 1, вертикальных стяжек 8 соединяющих гибкие внешние обвязки 7 и гибкие внутренние связи 9, которые вместе с гибкими внутренними обвязками 10 соединяют круглые лесоматериалы ограниченной плавучести 4 средних продольных рядов.
Сборка сплоточной единицы осуществляется только на берегу. Сборку можно производить в соответствии с процессом, описанном в прототипе [3], но при этом необходимо предварительно на плотбище расстелить лист из гибкого водонепроницаемого материала.
После сборки сплоточной единицы заворачивают продольные края листа гибкого водонепроницаемого материала, накладывая их на продольные борта сплоточной единицы, натягивают стропы
Сплав древесины в пучках или в плоских сплоточных единицах по малым и средним рекам в период меженного стояния сплавных горизонтов является сложным процессом, а в ряде случаев неосуществимым. В основном это связано с нестабильным запасом плавучести сплоточных единиц и их недопустимой осадкой при больших объемах, что на практике приводит к посадке сплоточной единицы на мель и загромождению сплавного хода. Учитывая эти недостатки, была разработана плоская сплоточная единица со стабильным запасом плавучести, которая представлена на рис. 1.
Сплоточная единица [1] состоит из листа гибкого водонепроницаемого материала 1, по краям которого закреплены стропы 2 с соединительными устройствами 3 на свободных концах, круглых лесоматериалов ограниченной плавучести 4, уложенных в поперечные верхний и нижний ряды и продольные средние ряды, круглых лесоматериалов повышенной плавучести 5, объединенных гибкими обвяз-
в)
а - вид сверху; б - разрез А-А; в - разрез Б-Б Рис. 1. Сплоточная единица
и соединяют их соединительными устройствами, при помощи которых также регулируется натяжение строп. Заворачивают поперечные края листа из гибкого водонепроницаемого материала, накладывая их на поперечные борта (торцы) сплоточной единицы, при этом угловые складки листа из гибкого водонепроницаемого материала заворачивают во внутрь и укладывают вдоль поперечных бортов (торцов) сплоточной единицы, натягивают стропы и соединяют их соединительными устройствами.
В лист из гибкого водонепроницаемого материала могут заворачиваться вышеописанным способом уже собранные сплоточные единицы, для чего необходимо на предварительно разостланный лист из гибкого водонепроницаемого материала уложить собранную сплоточную единицу при помощи крана или другого грузоподъемного устройства.
При сборке представленной сплоточной единицы, нужно учитывать, чтобы прочность применяемого гибкого материала была больше усилия создаваемого от воды, когда сплоточная единица находится в покое или буксируется в составе плота. На основе этого, выбор материала происходит после определения максимального создаваемого усилия на материал и сравнения этого усилия с допустимой разрывной нагрузкой на материал.
Если рассматривать поперечное сечение сплоточной единицы, можно увидеть что гибкий материал не по всей площади дна и бортов сплоточной единицы контактирует с лесоматериалами, в результате чего наибольшая вероятность разрыва
гибкого материала будет в местах, где отсутствует его контакт с лесоматериалами. Следовательно, расчет усилия создаваемого от воды на гибкий материал необходимо выполнять именно для таких мест, при максимальной осадке сплоточной единицы.
В случае нахождения сплоточной единицы на воде, скорость течения которой равна нулю, на нее действуют две силы - статическое давление воды и архимедова сила, причем архимедова сила действует на дно сплоточной единицы, выталкивая ее, а статическое давление на борта. При таких условиях, для гибкого материала должно выполняться неравенство
РА £ Рс £ ^,
А с К?
(1)
где РА - архимедова сила, Н;
Рс - статическое давление, Н;
ЯН - допустимая разрывная нагрузка
на материал, Н;
КЗ - коэффициент запаса прочности, равный 2.. .3. Преобразуем неравенство (1) для стандартных условий, в результате этого получим
КЗ°А £ КЗ°С £°м
(2)
где аА - напряжение в материале создаваемое архимедовой силой, Па; ас - напряжение в материале создаваемое от давления воды, Па; стм - прочность материала на разрыв, Па.
Согласно закону Архимеда, сила давления, действующая на поверхность погруженного тела, направлена вертикаль-
но и равномерно распределена по всей поверхности, следовательно, напряжение, создаваемое в материале от архимедовой силы, где нет его контакта с лесоматериалами, будет рассчитываться по формуле
Ъ,
(А = PgWc
ср
BLh'
(3)
где р - плотность воды, кг/м ;
g - ускорение свободного падения, м/с2.
Жс - объем вытесненной жидкости, м3;
Ър - среднее расстояние между центрами смежных лесоматериалов, м; Всп - ширина сплоточной единицы, м;
Ьсп - длина сплоточной единицы, м;
И - толщина гибкого материала, м. Максимальное напряжение в материале создаваемое от давления воды на стенку сплоточной единицы, где нет контакта гибкого материала с лесоматериалами, рассчитывается следующим образом
s = р i ^ C 1 се гм , , •
Ьср h
(4)
где Рсе - гидростатическое давление, Па; 1сп - длина ткани между бревнами, определяется экспериментальным путем, или принимается (1,01.. .1,05) Ъ
ср
м;
гсм - радиус кривизны натянутого материала между лесоматериалами, м. Гидростатическое давление, действующее на наиболее погруженную полоску ткани шириной 1 м, определяется по формуле
Рсе =Pg (Топ - dcp ) , (5)
где Тосп - максимальная осадка сплоточной единицы, м;
dcp - средний диаметр лесоматериала
уложенного в сплоточную единицу, м.
Значение радиуса кривизны устанавливается из известного выражения [2]
Ь1 + 4f2
8f
(6)
где / - стрела провеса гибкого материала, равная (0,01.0,05) Ъср м.
Расстояние между центрами смежных лесоматериалов определяется как сумма их радиусов, а если лесоматериалы имеют одинаковые диаметры, то Ъср = ёср .
При движении сплоточной единицы, когда скорость ее больше или меньше скорости течения реки, на ее дополнительно действует сила сопротивления движению. С учетом этого, неравенство (2) примет вид
Кз°а < К3 (( + ( )<(, (7) где (Д - напряжение в материале, создаваемое от сопротивления движению, Па.
Напряжение, создаваемое в гибком материале от сопротивления движению, определяется следующим образом
b
ср
р,
Д
Sjj = РД - ,
Д Д Ьрр, Bcn h Bcn h
(8)
где РД - сила давления на стенку, Н.
В данном случае сила давления на стенку является силой давления на пло-
r
щадь материала, где нет контакта с лесоматериалами, с учетом этого получим
Рд = ГП ВспЪср, (9)
где ус„ - скорость сплоточной единицы
относительно течения реки, м/с.
При определении напряжения в гибком материале по формулам (8) и (9), ширина сплоточной единицы Всп, может быть
заменена на длину Ьсп, это зависит от способа ее формирования и дальнейшей транспортировки. На практике данный фактор необходимо учитывать, а все расчеты осуществлять по приведенной методике.
Выбор гибкого водонепроницаемого материала осуществляется по зависимости (7), так как она наиболее подробно отражает основные напряжения, возникающие в материале в ходе сплава.
Выводы
1. Гибкий водонепроницаемый материал препятствует поступлению воды в свободные пространства между лесоматериалами, что предотвращает водонасыще-ние лесоматериалов, а следовательно, снижается осадка сплоточной единицы и запас плавучести останется стабильным в течение всего периода плавания, то есть является стабилизированным.
2. Сплоточную единицу обертывают в гибкий водонепроницаемый материал, выбор которого зависит от прочности на разрыв, которая должна бать больше всех расчетных усилий создаваемых от воды при движении сплоточной единицы со скоростью больше либо меньше скорости потока реки.
3. Подборка гибкого материала осуществлена верно, если выполняется условие КЗ°А £ Кз (°с +°д )£°м .
Библиографический список
1. Пат. 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.
2. Пашевский Л.И. Переносная тро-со-спицевая плотина для лесосплава. М.: Лесбумиздат, 1947. 39 с.
3. Пат. 2043255 РФ, МПК В 63 В 35/62. Сплоточная единица / А.А. Митрофанов, Г.Я. Суров, М.Н. Фоминцев; заявитель и патентообладатель Архангельский ЛТИ. № 4928310/11; заявл. 18.04.1992; опубл. 10.09.1995. Бюл. № 25.
