Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

873

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
08.01.2021
Размер:
245.78 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ ЛЕСА

Методические указания к выполнению лабораторных работ по изучению разделов: «Плавучесть лесоматериалов»,

«Гидрология и гидрометрия» для студентов специальности 260100 — Лесоинженерное дело

Воронеж 2002

2

УДК 630*378.7

Папонов Н.Н., Мануковский А.Ю. Водный транспорт леса. Методические указания к выполнению лабораторных работ по изучению разделов: «Плавучесть лесоматериалов», «Гидрология и гидрометрия» для студентов специальности 260100 — Лесоинженерное дело.– Воронеж: ВГЛТА.– 2002, 28 с.

Предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине “Водный транспорт леса”. Они позволяют получить знания об основах транспорта леса по водной среде.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА

Рецензент начальник отдела Государственной экологической экспертизы комитета природных ресурсов по Воронежской области В.И. Воронин

Научный редактор д–р техн. наук, проф. В.К. Курьянов

3

ВВЕДЕНИЕ

Водный транспорт играет существенную роль в лесопромышленном комплексе Российской Федерации. На его долю приходится весомая часть доставляемых потребителям лесоматериалов в малолесные регионы. Водный транспорт лесоматериалов отличается от железнодорожного меньшими затратами материальных и трудовых ресурсов на единицу грузовой работы и не требует больших капитальных вложений. Высока роль водного транспорта в зонах со слабо развитой дорожной сетью.

Будущим специалистам-лесоинженерам необходимо иметь знания по основным разделам курса «Водный транспорт леса», а также практические навыки по расчёту, выбору и обоснованию конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров водного транспорта. Это поможет им в практической деятельности при организации лесозаготовок и реализации продукции.

Данные методические указания посвящены изучению методов определения плавучести лесоматериалов и скоростей течения воды в водотоках (реках). Они помогут студентам освоить важные разделы курса и приобрести навыки по определению показателей плавучести лесоматериалов, скоростей течения в лабораторных и производственных условиях.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВУЧЕСТИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

Цель работы: изучить методику, отработать умения и навыки определения количественных эксплуатационных показателей подготовленных (предназначенных) для сплава лесоматериалов.

Теоретические предпосылки. Термины и определения. Эффективность лесосплава (сроки и расстояние проплава, объём потерь от потопления, затраты, вид транспортных единиц и т.д.) определяется плавучестью лесоматериалов, т.е. способностью последних определённое время находиться на плаву, зависящей от плотности ρ древесины. Плотность материала — это количество вещества в единице объёма. Для древесины плотность

ρ =

M + G + Mв

,

(1)

 

 

V

 

где М, G и MB — масса древесинного вещества, воды и воздуха соответственно в объёме V образца (изделия) из древесины, кг.

Плотность древесины зависит от комплекса природно-анатомических, гидрометрических и других факторов: породы ПР, пористости П, влажности W, водопоглощения ВШ, влагопоглощения ВГ, водопроводимости ВП, ме-

4

стоположения Н по высоте (длине) ствола, условий лесопроизрастания У и т.д. В общем виде ρ можно выразить как функцию

ρ = f(ПР, П, W, ВШ, ВГ, ВП, Н, У…).

(2)

Плавучесть лесоматериалов обеспечивается

 

ρ < ρКР < ρЖ,

(3)

где ρКР — критическая плотность, соответствующая началу перехода бревна из горизонтального положения на плаву в наклонное (начало потопления), кг/м3; ρЖ — плотность контактной среды (на лесосплаве — вода), кг/м3.

Традиционно плотность древесины определяется путём взвешивания и измерения геометрических параметров образца (изделия), что довольно-таки затруднительно в производственных условиях и для крупногабаритных изделий практически исключается.

Наиболее приемлемым и простым способом определения плотности сплавляемых лесоматериалов следует считать экспрессный линейногравитационный, основанный на использовании закона Архимеда и измерений надводной части hi образца (антиосадки), свободно плавающего в воде в вертикальном положении (рис. 1).

Рис.1. Схема измерения надводной части отрезка сортимента и действующих на него сил

Для плавающего тела равновесие будет обеспечиваться при условии (см. рис. 1)

Go = Fa,

(4)

где Go — масса образца, равная произведению его объёма Vo на плотность материала ρ, т.е. Go= Voρ = slρ, (s — средняя площадь поперечного сечения

5

образца длиной l), кг; Fa — выталкивающая сила (Архимедова сила), Fa= s(l – hi)ρв (ρв — плотность воды, равная 1000 кг/м3), Н.

Подставив значения Go и Fa в уравнение (4) и преобразовав его, получим зависимость для расчёта плотности древесины, имеющее вид

ρ = (1 – hi /l)ρв.

(5)

Для повышения точности измерения и расчёта ρ образец следует погрузить в воду дважды: сначала одним торцом (концом), а затем другим, и измерить величины h1 и h2 надводной части образца соответственно.

Затем находят среднее значение надводной части h при двух погруже-

ниях

h =

h1 + h2

.

(6)

 

2

 

 

При этом, h1>h2, а 0 h 1(зависит от формы образца). l

Плотность древесины ρоi отдельного образца вычисляют по формуле

ρo

 

= 1

i

 

 

h + h

2

 

 

 

 

 

1

 

ρ

 

.

(7)

2l

 

в

 

 

 

 

 

 

Среднюю плотность партии лесоматериалов рассчитывают по формуле

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

ρo

 

 

ρ

 

=

1

i

,

(8)

ср

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где n — количество образцов.

Экспресс-способ определения плотности древесины как доминирующего критерия для лесоcплава отличается следующими достоинствами:

1.Оперативностью выполнения, простотой технического обеспечения и низкой операторской трудоёмкостью.

2.Возможностью использования в любом месте, без специальной подготовки или высокой квалификации исполнителя.

3.Отсутствие обязательного специального изготовления стандартных образцов установленных форм и размеров и не обеспечивающих плотности для круглых лесоматериалов или формирований из них.

Пользуясь зависимостью (7), требующей для реализации лишь элементарных линейных геометрических измерений образца, простейшими расчётами можно определить плотность лесоматериалов, находящихся в любом месте штабеля, разбросанных на лесосеке или на берегу водного объекта.

Лесосплав осуществляют как отдельными сортиментами россыпью (молевой лесосплав), так и специальными транспортными единицами, первичной из которых является лесосплавной пучок.

6

Лесосплавной пучок — это формирование из лесоматериалов, уложенных параллельно и соединённых обвязочными комплектами (стропкомплектами).

Транспортной характеристикой лесосплавного пучка является осадка t, т.е. величина погружения в воду пучка, составляющая часть его высоты.

Осадку назначают, руководствуясь следующими требованиями

t=Mn – z,

(9)

где Mn — глубина водного пути, м; z — донный запас, м.

Всилу специфики структурно-анатомического строения древесины, проявляющейся в поглощении воды и водяных паров, осадка при нахождении пучка в воде изменяется, увеличиваясь и предельно достигая значения,

равного высоте пучка H, т.е. tпр =H (начало затопления пучка).

При организации лесосплава необходимо знать динамику водопоглощения древесины и связанную с ней осадку транспортной единицы, определяющих возможность, целесообразность и эффективность лесосплава.

Всвязи с поставленной целью данная лабораторная работа включает два взаимосвязанных исследования: определение плотности древесины и динамику осадки при нахождении лесосплавного пучка в спокойной воде и при волнении (квазитурбулентный режим).

Материально-техническое обеспечение: образцы лесоматериалов, захваты-держатели (не обязательно), рулетка с миллиметровыми делениями, бак и ванна с водой, стеллажи, слесарный инструмент, потокообразователь, обвязочные комплекты, водонепроницаемая плёнка, краска, кисти, весы.

Методика выполнения и содержание работы. Определение плотности древесины проводят на модельных брёвнах (образцах) пород: сосна, берёза, осина, ель в количестве не менее 15 — 20 штук каждой породы. Характеристика образцов: длина l — 0,5, 1,0 и 2,0 м; диаметр d — 6, 8, 10 и 12 см; в коре и без коры, свежесрубленные, правильных цилиндрической и усечённого конуса форм; из комлевой, срединной и вершинной частей ствола дерева.

Количество опытных образцов устанавливает ведущий занятия преподаватель.

Организационной формой выполнения лабораторной работы рекомендуется учебная бригада в составе 3 — 4 студентов.

Подлежащие исследованию образцы нумеруют цифрами (арабскими или римскими), наносимыми на торец образца.

Одновременно формируют экспериментальные лесосплавные пучки из неокоренных и окоренных образцов. При этом, для контроля формируется контрольный лесосплавной пучок, заключённый в гидрооболочку из плёнки.

Связанные пучки должны иметь коэффициент формы С=2.

Порядок выполнения (проведения) работы:

1.При определении плотности древесины лесоматериалов наполнить бак водой на две трети его высоты и установить захват-держатель.

7

2.Измерить диаметры и длины модельных (опытных) образцов с точностью до 1 мм, а также взвесить.

3.Поочерёдно погрузить в бак с водой опытные образцы одним, а затем другим концом, установить в вертикальное положение и измерить при сво-

бодном плавании высоты надводных частей h1 и h2 в двух противоположных точках торцевых срезов.

4.Результаты измерений по породам древесины записать в табл. 1.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

Результаты измерений модельных образцов

 

Длина

Диаметр

Высота надводной

Плотность

Примечания:

образ-

образца

образца

части, см

 

ρ

гниль и дру-

ца

l, м

d, см

h1

 

h2

кг/м3

гие пороки

 

 

 

Сосна

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Итого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Берёза

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Итого

 

 

 

 

 

 

 

По результатам проведенных исследований

1.Рассчитать среднюю плотность ρср для каждой исследованной породы, используя формулы (7) и (8).

2.Выполнить теоретические исследования и построить графики зависимости

 

h

 

 

 

h

2

 

 

ρ =

f

1

 

и

ρ =

f

 

 

, а результаты свести в табл. 2.

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

l

 

 

3. Сделать выводы и дать предложения (рекомендации).

При изучении динамики осадки лесоплавных пучков

1.Сформировать три модельных лесосплавных пучка из неокоренных, окоренных и в гидрооболочке модельных образцов с коэффициентом формы С=2. Взвесить и измерить длину, ширину и высоту пучков. Замаркировать пучки: H — неокоренный; О — окоренный; К — контрольный (в гидрооболочке).

2.Заполнить экспериментальную ванну на две трети водой (рис. 2).

3.Подготовить измерительную систему (плавающую рейку с оснасткой).

4.Погрузить пучки в воду и измерить осадку пучков.

5.Записать результаты наблюдений измерений в табл. 3 и оставить пучок для предстоящих наблюдений W с градацией через 10 суток.

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

Числовые значения функции ρ =

h

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

h

h

2

 

Состояние

ρ, кг/м3

 

 

 

Материал

 

1

,

 

 

образца

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0на поверхности

0,1 погружен

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Рис. 2. Схема установки для исследования динамики осадки лесосплавного пучка: 1 — ванна; 2 — вода; 3 — лесосплавной пучок; 4 — измерительное устройство; 5 — направляющая (кондуктор)

По результатам исследований динамики осадки tn лесосплавного пучка:

1.Построить интегральную кривую динамики осадки tn лесосплавных пучков марок Н, О и К в зависимости от продолжительности Т их нахождения на воде (функция tn=f(T)).

9

Таблица 3

Характеристика пучка и значения осадки

Марка пучка

Показатели

Н

О

К

 

 

 

 

Масса М, кг

Длина L, м

Высота H, м

Коэффициент формы С

Плотность ρ, кг/м3

Осадка tn, м:

начальная

через Т суток

10

20

30

40

ит. д.

2.Сделать выводы и дать предложения, объяснив сущность процесса взаимодействия лесосплавного пучка и воды.

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАВУЧЕСТИ ЕЛОВЫХ И СОСНОВЫХ ТОНКОМЕРНЫХ СОРТИМЕНТОВ ОСЕННЕ-ЗИМНЕЙ ЗАГОТОВКИ

Цель работы: отработать практические навыки определения характера плавучести хвойного тонкомера.

Теоретические предпосылки. Ядровая у сосны и спелая у ели древесины имеют плотность в пределах 470 — 500 кг/м3, т.е. обладают плавучестью и могут служить естественным однородным подплавом в бревне. При этом продолжительность нахождения на плаву Т зависит от процента подплава, который определяется по соотношению диаметров бревна D и ядра или спелой древесины dя. Экспериментальным путём установлены зависимости D, dя и Т, представленные в табл. 4 и рекомендованные для практического пользования. Считается, что плавучесть обеспечена при dя dяmin и не

обеспечена при dя < dяmin (см. рис. 3), где dяmin — табличное значение диаметра ядра или спелой древесины.

Материалы и инструменты: натурные образцы сортиментов любой длины, измерительная рулетка, гидрованна, микрокалькулятор.

10

 

 

 

 

Таблица 4

Минимальный диаметр ядра (спелой древесины),

 

обеспечивающий плавучесть заданной продолжительности

Продолжительность

Диаметр сортимента в

Значения dяmin сортиментов, см

нахождения на воде

вершинном торце

еловых

 

сосновых

Т, сутки

D, см

 

 

 

30

6-7

2,5

 

2,5

 

8-9

3,5

 

3,5

 

10-11

4,0

 

4,0

 

12

4,5

 

5,0

60

6-7

3,0

 

3,0

 

8-9

3,5

 

4,0

 

10-11

4,0

 

4,5

 

12

5,0

 

5,5

120

6-7

3,5

 

3,5

 

8-9

4,0

 

4,5

 

10-11

4,5

 

5,0

 

12

5,5

 

5,5

150

6-7

4,0

 

4,0

 

8-9

4,5

 

5,0

 

10-11

5,0

 

5,0

 

12

6,0

 

6,0

Рис. 3. Характер плавания хвойных тонкомерных сортиментов:

а — с обеспеченной плавучестью (dя ≥ dяmin); б — с необеспеченной плавучестью (dя < dяmin)

Методические указания к определению плавучести:

1.Измерить диаметр сортимента D, ядра или спелой древесины dя в вершинном торце и записать в табл. 5.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]