Методика расчета тяговых и прочностных характеристик сортиментных плотов для условий Онежского озера

Методика 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)>