1.2.Расчет гидравлических характеристик потока

Для выполнения технологических и прочностных расчетов крепления плотов при их передержке после вывода с плотбища в ожидании буксирных судов необходимо знать основные гидравлические характеристики для различных уровней воды.

П о данным п. 2.2. задания (приложение 1) строят поперечный профиль реки в месте выхода с плотбища и передержки плотов в ожидании буксирных судов (рис. 1.4).

Рис 1.4. Поперечный профиль и гидравлические характеристики лимитирующего створа реки

Для русла реки задаются расчетными отметками уровней воды, начиная от наинизшей отметки дна реки с учетом характера излома линий берегов. При этом расстояние между расчетными отметками не должно превышать 1 м.

Расчет гидравлических характеристик выполняется в табличной форме для каждого расчетного уровня (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Расчет гидравлических характеристик при различных уровнях воды.

Z, м	Н, м	В, м	, м2	hср, м2	С, м0,5/с	v, м/с	Q, м3/с

Площадь живого сечения реки для расчетных уровней определяют по формулам:

для первого уровня

₁ = 0,5 B₁ ( Z₁ - Z₀ ), (1.9)

для второго уровня

__ B₁ + B₂ ) ( Z₂ - Z₁ ), (1.10)

для третьего уровня

_₂ + 0,5 ( B₂ + B₃ ) (Z₃ - Z₂) (1.11)

и т. д.

Здесь Z_{0 -} минимальная отметка дна реки;

Z_1,. Z₂ , Z_i - отметки расчетных уровней;

В -ширина реки, соответствующая расчетному уровню.

Средняя глубина реки

h_ср = B (1.12)

Коэффициент Шези

C = (1.13)

Средняя скорость потока

V = C ( h_ср I )^0,5 (1.14)

где n - коэффициент шероховатости русла (п. 2.3. задания)

I - уклон свободной поверхности воды (п. 2.3 задания).

Расход воды

Q = V  (1.15)

По результатам расчетов строят графики зависимостей : Q = f (H);

h = f (H); V = f (H) (рис. 1.4.).

Эти графики позволяют определить при расчетном значении уровня Н среднюю глубину h, среднюю по живому сечению потока, скорость V, и расход воды Q.

2.Береговая сплотка лесоматериалов

2.1.Обоснование габаритных размеров плота

Максмальный объем сплачиваемых при береговой сплотке сортиментных пучков равен 30 м³. При длине сортиментов 6,1 м объем пучка в среднем составляет 25 м³. Объем пучка определяется по формуле[4]

W = (2.1)

где B,H,L - соответственно средняя ширина, высота и длина сортиментных пучков;

k - коэффициент полнодревесности;

для сортиментных пучков приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1.Зависимость коэффициента полнодревесности сортиментных пучков от среднего диаметра вершинных торцов бревен в пучке

Средний диаметр бревен, см	Коэффициент полнодревесности
16	0,56
20	0,60
26	0,66
30	0,70

При береговой сплотке хлыстовых однопакетных пучков К = 0,36, двухпакетных – К = 0,38.

Ширина и высота пучка связаны между собой зависимосью

В = СН , (2.2)

где С - коэффициент формы пучка (коэффициент соотношения осей поперечного сечения пучка).

Коэффициент формы сортиментных пучков устанавливается в каждом лесосплавном бассейне техническими условиями на сплотку. В среднем его значение:

-для озерно-водохранилищных плотов транзитного сплава - не более 1,5:

-местного сплава - не более 1,75:

-для речных плотов транзитного сплава - не более 2,0

-местного сплава - не более 3,0.

Коэффициент формы хлыстовых пучков зимней сплотки не более 2,5.

Высота пучка определяется по формуле

H = (2.3)

где T - осадка пучка, м;

плотность воды, кг/м^3;

_д - плотность древесины, _д = 800 кг / м³;

 - коэффициент непропорциональности,  = 0,94

Используя приведенные выражения (2.1)…(2.3) определяют максимально возможную осадку сортиментных пучков при W = 25 м³ и L =6,1 м.

Осадка пучка не должна превышать максимально допустимое значение, которое определяется по формулам

Т_пл = _р_пл ; Т_п = h_п - Z ; (2.4)

где Т_пл - допустимая осадка пучка на плотбище:

Z₀ - отметка водосъемного уровня высоких вод, принятого за расчетный с обеспеченностью Р = 95 % для заданного периода вывода плотов с плотбища,

_р _ + H_с.у ; (2.5)

_пл - отметка заложения дна плотбища;

Т_п - допустимая осадка пучков в пути;

h_п - наименьшая глубина на лимитирующих участках реки в период проплава сплоточных единиц;

Z - донный запас;

_- отметка нуля графика водомерного поста на плотбище;

Н_с.у - водосъемный уровень на плотбище.

При курсовом проектировании при заданных значениях максимально допустимой осадки и коэффициента формы пучков определяют для каждого сортимента высоту, ширину и объем пучков.

При расчете хлыстовых пучков средний объем пакета хлыстов принимают равным 20…25 м (вывозка на автопоездах грузоподъемности соответствующей МАЗ - 509 + ГКБ – 9383) при средней длине пакета 20 м.

Длина речного плота зависит от минимального радиуса кривизны r и минимальной ширины судового (плотового) хода b_с на лимитирующих участках трассы буксировки. Длину плота определяют по формуле [5]

L = (0,0025 r² + 4,4 r b_c + 7,78 b²_c + 3,42 b³_c /r)⁰⁵. (2.6)

Длину секции (жестко счаленной части) речного плота выбирают из условия

L_c  r / (3…3,5) . (2.7)

Ширина речного плота зависит от ширины судового (плотового) хода b_с на лимитирующем участке трассы буксировки. Наибольшую ширину выбирают с учетом необходимого запаса свободной поверхности потока на уровне гарантированной глубины:

-при одностороннем движении

В = 0,67 b_c ; (2.8)

-при двустороннем движении (рис.2.1)

B = 0,78 ( b_c - 1,3 b_к ) , (2.9.)

где b_к - ширина встречного каравана судов.

Рис. 2.1. Схема к расчету габаритных размеров плота (поперечный профиль согласно п. 2.2 задания)

При установлении ширины встречного каравана судов следует иметь в виду, что при кильватерном расположении судов в составе воза для каравана характерна плохая управляемость и рыскание судов. Поэтому при проводке воза вниз по течению на извилистых реках применяют более компактное расположение судов, счаливая их борт к борту по два в ряд. Технические характеристики несамоходных судов приведены в таблице3.4., технические характеристики буксирных лесосплавных судов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Технические характеристики буксирных лесосплавных судов.

Характеристики	ЛС-56	Т-63М	ТМ-73	Пр-1427М	ЛС-56А
Мощность двигателя, кВт	220	110	110	2 х 143	220
Сила тяги на гаке, кН	34,0	18,0	16,0	55,0	31,4
Осадка, м	1,2	0,8	1,4	1,3	0,83
Ширина, м	3,8	3,7	4,05	4,28	3,8
Скорость хода порожнем, км/ч	19,0	18,0	16,0	19,0	20,4

Фактический объем плота вычисляют как сумму объемов сплоточных единиц в плоту W_i и крепежного матерала W_кр (оплотник, брустверы)

W_пл =  W_i + W_кр . (2.10)

Плоты на плотбище формируют в соответствии с правилами (техническими условиями) [6]. Поскольку плоты зимней сплотки буксируют на высоких уровнях, стремятся формировать их возможно больших габаритов. Длина и ширина плота должны быть кратны заданным размерам секций, и не должны выходить за пределы рекомендованных соотношений 5:1…10:1 для Северодвинского бассейна. На магистральной реке следует запланировать пункт укрупнения плотов.

Для определения приблизительного количества и объема сортиментных плотов надо сначала проанализировать сортиментный состав лесоматериалов (табл.2.3). Сумма объемов береговой сплотки должна соответствовать заданию.

Таблица 2.3.Сортиментный состав лесоматериалов

Сортимент	Длина бревен, м	Диаметр бревен, см	Доля сортимента в общем объеме		Объем сплотки, м3
				м3	Текущей вывозки	Из запаса	Всего

Высоту, ширину и объем пучков для каждого сортимента определяют на основании данных задания. Результаты расчетов заносятся в таблицу (табл. 2.4).

Таблица 2.4. Характеристики пучков

Сортимент	Объем, м3	Характеристика пучков				Число пучков, шт
		Длина, м	Высота, м	Ширина, м	Объем пучка, м3

Затем устанавливают число пучков по ширине и длине секции, общее число пучков в секции, объем секции, число секций. Результаты расчета заносят в таблицу (табл. 2.5).

Таблица 2.5. Характеристики секций

Сортимент	Объем, м3	Число пучков в секции, шт.			Объем секции, м3	Число секций, шт.
		По длине	По ширине	Всего

Следует иметь в виду, что хлыстовый пучок должен состоять не менее, чем из двух пакетов, сплоченных между собой вразнокомелицу (в разные стороны комлями). Объем пачки зависит от среднего объема хлыста и от средней нагрузки на рейс лесовозного транспорта. В данном расчете можно принимать объем хлыстового пучка 40…50 м³.

При формировании сортиментных плотов следует стремиться к наименьшему числу сортиментов в одном плоту. Наиболее эффективно формировать плоты из одного сортимента (одному потребителю).

После определения числа плотов (секций) следует разработать технологический процесс раскряжевки хлыстов, сортировки бревен и сплотки сортиментных пучков, технологию сплотки хлыстовых пучков, а также технологию формирования сортиментных и хлыстовых секций и формирования плотов на плотбище. В соответствии с разработанннй технологией выбирают оборудование для раскряжевки хлыстов и сортировки сортиментов. На плане плотбища обозначают место расположения раскряжевочных и сортировочных установок с лесонакопителями, размечают места формирования плотов с указанием номера плота и сортимента секции. Места размещения оборудования и плотов на плотбище следует выбирать с минимальным расстоянием перевозки пучков от мест их сплотки до плотов. При этом основным критерием выбора мест расположения плотов на плотбище является высотная отметка плотбща, соответствующая съемному уровню. Между плотами должны быть предусмотрены противопожарные разрывы и проезды для транспорта.

Площадь, потребная для размещения плотов, ориентировочно определяется по формуле

F = ₁, м² (2.11)

где W - объем сплачиваемых лесоматериалов, м³;

Н - высота пучков, м;

k₁ - эмпирический коэффициент. k₁ = 4.

Поскольку в работе по формированию плотов возможна задержка из-за затопления плотбища осенними паводками, следует предусмотреть и показать на плане резервную площадку, на которую будут временно укладывать пучки из лесонакопителей. Размеры этой площадки определяют также по формуле (2.11.), но принимают k₁ =2.

Объем лесоматериалов, укладываемых на резервную площадку, вычисляют по формуле

W_рез = П_см n_см t_зат , (2.12)

где П_см - сменная производительность склада на раскряжевке, м³/см;

n_см - коэффициент сменности;

t_зат - продолжительность затопления площадки плотбища, суток (приложение 1)

Потребность формировочного такелажа устанавливают отдельно на секцию, на плот и на весь объем сплотки для выбранных конструкций плотов. Ведомости на такелаж составляют по форме, приведенной в технических условиях [6].

Потребность обвязочного такелажа рассчитывают отдельно для сортиментных и для хлыстовых пучков. Дляобвязки сортиментных пучков применяется катанка. Длина обвязки для сортиментного пучка определяется по формуле

Д ля обвязки хлыстовых пучков применяются обвязочные комплекты изготовленные из стального каната с рычажным замком на конце (рис. 2.2)

Рис. 2.2. Обвязочный комплект