Лабораторная работа №5

Тема: «Изучение конструкции и расчет реевого бона».

Требуется:

1. Вычертить схему конструкции лесонаправляющего сооружения и описать принцип работы и назначение каждого элемента.

2. Представить расчетную схему и определить их величины.

3. Рассчитать бон на прочность при действии поперечных продольных сил.

Для обеспечения надежности работы реевого бона производятся гидродинамический и статический расчеты.

I Гидродинамический расчет реевого бона.

Цель гидродинамического расчета - определить:

а) характер и величины сил, действующих на бон;

б) направления действующих сил и точки их приложения.

Исходные данные:

Объем сплава, тыс м3	95
Средняя поверхностная скорость, м/с	1,9
Средний диаметр бревен, см	24
Расчетная скорость ветра, м/с	10
Конструкция бонов (однорядный)	6-ти бревенчатый
Тип козырька	без козырька
Угол установки бона, градусы	15°
Длина бона, метры	115
Вид связей	шпоночное
Диаметр бревен бона, см	28
Длина реи, м	6,5
Осадка реи, м	0,65
Продолжительность сплава в сутки, м	14

Нормальные составляющие силы, действующие на бон (рис. 1) определяются по формулам:

1.1 .От воздействия потока воды

_п = Eδ*t* L*sin α*

где: Eδ - расчетный коэффициент лобового сопротивления, зависящий от угла установки (а) и осадки бона Eδ =V(α,t) берется по графику и из таблицы (1, стр.105)

t - осадка бона, м зависит от наличия и конструкции козырька

№	Конструкция козырька	Тип козырька	Осадка бона
I	Без козырька	-	0,8 d
II	Однобревенный	I	0,4 d
III	Дощатый	II	0,55 d
IV	Брусчатый	III	0,65 d

где: d - диаметр бревен бона, м;

L – длина бона,м;

ρ – плотность воды, ρ=1000кг∕м³;

V– поверхностная скорость потока воды, м∕с;

α – угол остановки бона, град;

t=0,8 *d=0,224м,

Рис.1. Расчетная схема сил действующих на реевых бон.

1.2. от воздействия проплывающего вдоль бона леса

где: v_л - расчетный коэффициент сопротивления трения леса о бон в зависимости от конструкции

бона:

для однородных без козырька - 0,70,

с козырьком I типа - 0,65,

с козырьком 2 и 3 типов - 0,30.

b_л - расчетная ширина полосы леса, проплывающего вдоль бона.

где: К_Л- коэффициент, учитывающий, какая часть проплывающего вдоль сооружения леса давит на наплавную часть К_Л =0,5-1.

N_СУТ - суточный объем лесоматериалов, проплывающих по рассматриваемому участку пути,

м³;

λ - коэффициент неравномерного проплава леса вдоль бона;

Т - продолжительность скатки древесины с приречного склада в сутки, час;

k — коэффициент перехода от поверхностной скорости течения к средней скорости движения

бревен;

h_усл - условная высота полосы проплывающих круглых лесоматериалов

V - поверхностная скорость потока воды, м/сек

1.3.от воздействия ветра на бон и на плывущий вдоль него лес

Расчетная скорость ветра, м/сек	6	10	12	16
Значение VB	0,0011	0,008	0,00075	0,0006

где: V_В - коэффициент сопротивления воздуха, зависит от скорости ветра;

b - ширина бона, м

b = (0,8 - 1,0)*n*d_b

где: n - число бревен по ширине бона, шт;

d_b - средний диаметр бревна бона, м.

р_в, - плотность воздуха, р_в = 1,3 кг/м;

V_В — расчетная скорость ветра, м/сек.

b = |0,8-1,0|*6*0,24 = 0,288 м

где: l_л - расчетный коэффициент сопротивления трения леса о бон в зависимости от конструкции бона;

в_л - расчетная ширина полосы леса, проплывающего вдоль бона, м;

L -длина бона, м. ,

Для дальнейшего расчета направление ветра и силу его воздействия выбирают наихудшее перпендикулярное бону или

2. Продольные (параллельные) составляющие силы, действующих на бон.

2.1.От воздействия потока воды

где: l_б- расчетный коэффициент трения воды о бон, равный для однородных

по высоте бонов без козырька - l_б =0,9

тоже, для бонов с козырьками - l_б =1 ,25 - 1,50.

2.2.0т воздействия проплывающего вдоль бона леса.

где: μ - коэффициент трения плывущего леса о бон, μ=0,3-0,7

3. Нормальная составляющая действия потока на рею:

где: E_р - коэффициент сопротивления давления на рею в зависимости от конструкции бона, осадки реи и угла у , E_р = l(у,t) принимаются по табл. (1,стр.107),

t_p -осадки реи, м,

1_Р- длина реи, м ;

γ - угол атаки реи потоком, град.

γ=β-α=52,5°-15°=37,5°

β=0,5(90°+15°)=52,5°

где: β- угол между боном и реей, оптимальное значение угла по условию наивыгоднейшей работы реи равно:

4. Определение количества рей.

Требуемое количество рей (i) , размещенных на равных расстояниях по длине бона, при заданных или принятых размерах их, необходимое для удержания бона под утлом а к направлению потока воды, определяется по формуле:

l_р - длина реи, м;

h - длина бона, м

Расстояние между реями равно:

l = L ∕ i = 115∕ 40 = 2,87 м

5. Расчет нагрузки на головную опору и подбор лежня.

Нагрузка на головную опору определяется из уравнения проекции всех сил, действующих на продольную ось бона, и рассчитывается по формуле

R₀ = 51970,13+5995,84+40*6050,21*sin52,5^o = 249964,14 H

R = R_o*m = 2,5*249964,14 = 624910,35 H

Диаметр каналов лежня подбирается по разрывному усилию по соответствующим ГОСТ 2688-69, ГОСТ 3070-66, ГОСТ 3071-66.

Примем по таблице

Разрывное усилие, кН – 440,9

Диаметр, мм – 31,5

Масса, кг – 3,34

II. Статический расчет реевых бонов.

Цель расчета - определение размеров бона, обеспечивающих их прочность под действием сил, вычисленных гидродинамическим расчетом.

2.1 Поперечное сечение бревен бона проверяется по расчетному сопротивлению на изгиб по формуле:

где: М_mах - максимально изгибающий момент, кгс М

а) при действии на лесонаправляющее сооружение (бон) равномерно-распределенной нагрузки

где: интенсивность равномерно-распределенной нагрузки от деиствия потока воды, силы ветра и проплывающего леса,

l - расчетный пролет между опорами (реями)

q = 16419,06 ∕ 115 = 142,77

б) при действии сосредоточенных сил (удар сплоточных единиц)

где: γ_дp - объемный вес древесины, кг/м³;

w - объем сплоточной единицы, м³ ;

V - поверхностная скорость течения потока, м/сек;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек²;

ϕ - величина возможного перемещения реевого бона в момент удара;

при W > 10 M³ и V > 1,5 м/сек ϕ = 1,5 м

в) при совместном действии равномерно-распределенной и сосредоточенной нагрузок

W – момент сопротивления

здесь:

n- число бревен в поперечном сечении;

W_бр = 0,1d ³ = 0,1*28³=2195,2 где d - диаметр бревна бона;

k_w - опытный коэффициент, учитывающий влияние на прочность бона стыков бревен и элементов связи (1, стр. 109) k_w=1,02

R_ИЗГ- расчетное сопротивление древесины изгибу вдоль волокон, принимается по СниП-П, 25-80 «Деревянные конструкции. Нормы проектирования».

2.2 расчет прочности бонов при действии продольных нагрузок.

Под действием продольных нагрузок, вызывающих деформацию растяжения, боны обычно разрушаются от разрыва элементов связей (болтов, нагелей и т.д.).

Для шпоночных соединений бонов:

_Βш - опытный коэффициент =0,07

_dcр - средний диаметр бревна, cм

R_изг- расчетные сопротивления древесины изгибу по СниП-П.25-80;

2.3. Расчет бонов при совместном действии продольных и поперечных нагру-зок производится по формуле:

где: Σ- суммарная продольная нагрузка на бон, равная

ƩP_{| |} = P_{| | n} + P_{| | л} = 51970,13 + 5995,84 = 57965,97 Н

F_УСЛ- условная площадь поперечного сечения бона при растяжении

F_усл = P_{| | доп} ∕ R_p = 604,8 ∕ 90 = 6,72 м³

Р_ДОП - допускаемая продольная нагрузка в зависимости от вида соединения (связей);

R_p - расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон, кгс/см² по СниП-П.25-80