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

Водный транспорт лесоматериалов в современном мире является одним из самых экономичных способов доставки лесоматериалов переработчику и потребителю.

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- мальный 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 сортиментного плота

Объем пучка

ПУЧ 4 ^{и П}ПУЧ ^{1 1Х}ПУЧ 4 ^{с П}ПУЧ ^1ХПУЧ ’ где Ь - ширина пучка, м; h_ny4 - высота пучка, м; / - длина пучка, м; С - соотношение осей поперечного сечения пучка; К _пуу - коэффициент полно-древесности пучка.

Отсюда высота пучка, м:

h =

Г1ПУЧ

^Wny4

7t cl К qyq

ширина пучка, м осадка пучка, м где рц и рв - плотность древесины и воды, кг/м3; £, - поправочный коэффициент, зависящий от объемного веса древесины. При р у = 700 - 800 кг/м3; 4 = 0,935.

Усилие, возникающее в каждой из двух обвязок пуч ка, определяется по следующей зависимости, Н:

1,4 4;, h "■пуч

Рв'

где К_с - коэффициент сжатия бревен (для бревен в кореК_с= 1,5, для окоренных К_с = 1,05);

g = 9,81 м/сек2 - ускорение силы тяжести.

Разрывное усилие в обвязках, Н:

РрАЗР ~ тРс где т - коэффициент запаса прочности (т = 3 - для проволоки и канатов, т = 4 - для цепных и прутковых обвязок).

Длина обвязки, м:

Zo = (1 + Wj )S , где mi = 0,10. ..0,12 - коэффициент запаса прочности обвязки; S - периметр поперечного сечения пучка.

Число бревен в пучке с достаточной для расчета точностью можно определить:

z = 0.51

Рд е С

• 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:

Ro ⁼ R-пл + R_B^{+ R}h +^R б + ^Rb ⁺ ^h >  где R_njl " сопротивление трения от движения пучкового плота, Н; R_B - сопротивление движению плота от встречного ветра, Н; R_h - сопротивление плота от встречного волнения, Н; ^R_B - дополнительное сопротивление от движения буксировщика, Н; AR_B - дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного ветра, Н; Д7?_Л - дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного волнения, Н.

Сопротивление трения пучкового плота на спокойной воде, Н:

где ф - коэффициент сопротивления формы, зависящий от ширины плота 5 и осадки плота Т (табл. 1).

______      _________________ Таблица 1

в/т	1	10	20	40	60	100	200
ф	1,10	1,40	1,55	1,72	1,80	8	1,96

S_п - площадь погруженной части поперечного сечения плота, м²:

Sn = О,84В Г;

f_nB - коэффициент сопротивления трению между древесиной и водой, f_nri = 0,009 ;

S_c - площадь смоченной поверхности плота, м²:

8С = ЦВ + 2Т), рв - плотность воды, —г ( рв = 1 000) ;

М

U - скорость движения плота на спокойной воде, М

С ’

L - длина плота, м.

С учетом зазоров между отдельными пучками ширину и длину плота можно определить:

В = 1,05 Ъ и,L = 1,05/и2 , где Ь,1 - длина и ширина пучка, м;

И] И, - количество пучков в секции по ширине и длине.

Осадку плота Т можно принять равной осадке отдельного пучка t .

Сопротивление движению плота от встречного ветра, Н:

Рвоз^в +У)2

где ф_в - коэффициент лобового сопротивления воздуха (ф_в = 0,13 ); S_H - площадь надводной части поперечного сечения плота, м²

5„=Вф-ТУ,

Н - высота плота, можно принять H = h , м; h - высота отдельного пучка, м; f_B - коэффициент сопротивления трению воздуха ( f_B =0,02); S_B- площадь трения, подверженная активному воздействию ветра, м":

SB = LB,

U_B - 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
S. У о хо 2 2 s. g с		1-5	6-10	11-15	16-20	>20
	с	3,4	8,2	7,3	1,5	0,2
	св	2,1	3,3	1,4	0,1	-
	в	3,4	2,5	1,0	-	-
	юв	2,9	3,9	1,0	0,2	-
	ю	6,5	9,1	5,7	1,2	0,2
	юз	1,7	3,7	2,6	0,4	-
	3	5,8	9,4	4,7	0,4	-
	сз	1,3	2,1	1,3	1,4	0,1
	Е	27,1	42,2	25	5,2	0,5

Рвоз - плотность воздуха (рвт = 1,225 ),—-;

м

V - скорость движения плота относительно спокой- ной воды или скорость обтекания плота водой на

М стоянке, —.

С

Сопротивление плота от встречного волнения, Н: = ^-ПЛ ^В ’ кв - коэффициент волнового сопротивления, зависящий от высоты волны hB и скорости движения плота U (табл. 3).

Таблица 3

hB, м	Значение кв при скорости движения плота,						М С
	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4
0,8	0,32	0,22	0,13	0,09	0,07	0,05	0,04
1,1	0,82	0,52	0,28	0,18	0,12	0,09	0,07
1,3	1,53	0,86	0,46	0,28	0,20	0,16	0,13
1,6	3,10	1,72	0,88	0,50	0,35	0,30	0,33
1,9	5,32	2,86	1,38	0,83	0,58	0,51	0,48
2,1	7,45	3,96	1,88	1,14	0,80	0,69	0,60

Дополнительное сопротивление от движения буксировщика можно определить, Н:

^B=fi;SspBvvto^VoSMpBux1^ ,

м

• g - ускорение силы тяжести, —— .

С"

Дополнительное1 сопротивление движению буксировщика от встречного ветра, Н:

A D _ „ С Рвоз Фв + Д - Фв                   >

^ - площадь проекции надводной части буксировщика на плоскость мидель-шпангоута, м2:

Дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного волнения, Н:

АТ?,, = ЗКБ кв.

Удельное сопротивление воды движению плота является его качественной характеристикой и определяется, Н:

В-ПЛ + "^S ⁺ ^h ^ПЛ

W_n!! - объем древесины в плоту, м³:

Wnjl = ВНЕКПИ , где fg - коэффициент трения буксировщика (для где Кпп - коэффициент полнодревесности плота.

стальных судов f_E = 0,17 ); S_s - площадь смоченной поверхности буксировщика, м²:

^=^(0,55 + 0,41X^+27^)при 5<0,7,Ss = ЬБ (0,8 5 + 0,2XSS + ТГБ) при 5)0,7;

Lg,BgJg - длина, ширина и осадка буксировщика, м; 3 - коэффициент полноты водоизмещения

кг буксировщика; рв - плотность воды, —-; U -Л/

м скорость движения буксировщика, — ; ф0 С фициент остаточного сопротивления:

17,753’5

- коэф-

Фо = ---

65,

у

+ 2

S_M - площадь погруженной части мидель-шпангоута, м²:

SM=/3BgTg;

(3 - коэффициент полноты плоскости мидель- шпангоута; Fr - число Фруда:

4§Ьб ’

• 1.3. Расчет формировочного такелажа

При прямолинейном установившемся движении плота сила тяги на гаке буксировщика F_r равна, Н:

Fr = Rn = Rn„ + RB + R,, + 3Rr + 3Rr + M, .

• 1    U UJI DA    b     D    h

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:

Fg =-^— ’ 2cos-2

в продольных бортовых лежнях, Н:

^=^cos-;

сжимающие головную часть плота, Н:

F = FR sin— ;Ь 2

в усах-растяжках, Н:

cos ср зпкд

Оптимальная длина буксирного каната L_B при транспортировке плота определяется исходя из мощности буксировщика N_B (табл. 4).

Таблица 4

кВт	До 100	220	,331	441	588	883
LB , 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

F„=FB=Fr.

Ь_пуч, h_ny4 - ширина и высота пучка, м.

Длина счала «по верху» с охватом бортовых пучков по периметру, м:

^су   2 р 4* nx b ByiB 4- А/, где Ы - длина свободного конца счала ( А/=1,5...5,5), м.

Длина счала «в обхват» определяется:

к:ч = Р + 2Ьпуч (пх — 1) — 1ц

Представленная методика позволяет оптимальным образом рассчитать основные параметры озерного сортиментного плота для бассейна Онежского озера.