О технологиях лесосплава по рекам Севера

Master's degree student

1 course, Graduate school of engineering Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Russia, Arkhangelsk

Benderuk T. G.

Senior lecturer of the Department of Economics and businesses» Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Russia, Arkhangelsk

Kovalenko S. V.

Senior lecturer of the Department of engineering structures, architectures and graphics»

Northern (Arctic) Federal Universitynamed after M. V. Lomonosov

Russia, Arkhangelsk

Supervisor: Perfiliev P. N., candidate of technical Sciences, associate Professor associate Professor of " technologies of logging and woodworking industry»

Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Russia, Arkhangelsk ABOUT TECHNOLOGIES OF TIMBER RAFTING

ON THE RIVERS OF THE NORTH

Освоение лесных ресурсов в последнее время значительно затруднено из-за удаленности лесосырьевых баз предприятий и плохо развитой транспортной сети. Запрет на молевой сплав по рекам Севера сделал недоступным использование многочисленных лесных массивов. Водный транспорт для транспортировки леса является наиболее экономным и экологически чистым, по сравнению с автомобильным [1,2]. При транспортировке леса пучковыми плотами следует учесть такой недостаток данного вида, как ограничение по глубине рек. Для решения данной проблемы на малых и средних реках с небольшими глубинами в период навигации можно использовать плоские сплоточные единицы (ПСЕ) конструкции АГТУ (Архангельского государственного технического университета) с осадкой 0,25...1,1 м и объемом от 6 до 40 м3.

Анализируя имеющуюся информацию по данному вопросу, касающуюся сплава плотов из линеек ПСЕ по рекам Севера, можно сказать, что внедрение данной технологии сдерживается ввиду отсутствия научного и техни- ческого обеспечения. Исследование гидродинамических характеристик линеек из ПСЕ даст возможность выполнить конструктивные разработки, используемые в технологии изготовления и транспортировки лесоматериалов в ПСЕ.

Экспериментальные исследования гидродинамических характеристик [3, с.44-51] линеек из ПСЕ проводились на моделях в масштабе 1:20 в опытовом бассейне. Передача тяговых усилий осуществлялась с помощью трехкратной полиспастной системы.

Рис. 1 - Модель линеек из ПСЕ

Буксировка моделей (созданной модели плота) осуществлялась при различных скоростях, соответствующих натурным 0,5…1,5 м/с. Перемещение модели фиксировалось датчиками на фотодиодах. Сигнал с датчика обрабатывался на ЭВМ и фиксировал скорость модели в зависимости от величины усилия букировки.

На основании полученных данных построен график зависимости гидродинамического сопротивления от скорости перемещения модели.

Расчет гидродинамического сопротивления проводился по формуле:

R = №);                            (1)

где R - гидродинамическое сопротивление модели линейки из ПСЕ, и - скорость перемещения модели.

С помощью метода наименьших квадратов отклонений подобрана зависимость вида R = av² . Показатель точности экспериментальных значений составил 0,61%, что говорит о высокой точности измерений.

Все исследования выполнены при числах Фруда 0,022...0,128, следовательно, волновой составляющей сопротивления можно пренебречь, ввиду того, что она не оказывает существенного влияния на полное сопротивление.

Сопротивление формы, R f , определяется зависимостью

R_f = R- R t ,                                  (2)

где   R _t - сопротивление трению.

Сопротивление трению, Rt, определено зависимостью

R t = C t^ Wu ² ,                                    (³⁾

где W - площадь смоченной поверхности модели;

• р - плотность воды;

• c_t - коэффициент сопротивления трению.

Площадь смоченной поверхности модели, W, определяется по форму ле:

W = (В + 2T)L,                               (4)

где В - ширина модели;

• Т - осадка модели;

L - длина модели линейки ПСЕ.

Коэффициент сопротивления трению определяется зависимостью

с

t

(         тЛ

1,89 + 1,62lg -

I              k s )

- 2,5

где ks - эквивалентная «песочная» шероховатость (ks = 0,5 мм - для модели линейки из ПСЕ).

Величина силы сопротивления формы определяется зависимостью

R_f = c_f^PSy²,                                    (6)

где   C f - коэффициент сопротивления формы.

Коэффициент сопротивления формы определяется экспериментально зависимостью

Су   Р С 2,

25^2

где S – площадь сечения модели линейки ПСЕ.

График зависимости С у

= '© представлен на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость между коэффициентом сопротивления формы с f и

отношением L/B

Полученная экспериментальным путем зависимость с у = 0,641 + 0,032- ^ проверена по критерию Фишера на адекватность. Коэффициент корреляции составил г_Х у = 0,67, зависимость линейная.

График зависимости ct

=<)

представлен на рис. 3.

Выявленная зависимость ct = 0,008 - 0,0002 ^ адекватна вычисленным значениям. Коэффициент корреляции составил гХу = 0,88, следовательно, имеет место линейная зависимость.

Рис. 3. Зависимость между коэффициентом сопротивления трению сt и отношением L/B

Таким образом, расчетная формула для определения полного сопротивления воды движению линеек из ПСЕ в натурных условиях имеет вид

R = (с,L (B + 2T ) + СуBT )Pu2, (8)

Технологические параметры линеек из ПСЕ зависят от сложившихся конкретных условий: местоположения, глубины рек и др. Ширина линейки из ПСЕ ограничена шириной лесосплавного хода реки, осадка - не должна превышать глубины лесосплавного хода на 95℅. Максимальная длина линейки рассчитывается из условия её одинарного изгиба на повороте от радиуса кривизны лесосплавного хода.