Петрозаводский государственный университет

ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ ЛЕСА

Методические указания для выполнения

курсового проекта

Петрозаводск 2012

Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании методической комиссии Лесоинженерного факультета Петрозаводского Государственного Университета____ ноября 2011 г.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета

Составитель

В. А. Новиков, кандидат технических наук, доцент

СОДЕРЖАНИЕ

	стр.
Введение	4
Технологические расчеты участков сброски береговых складов с последующей сплоткой на воде	5
Технологические расчеты береговых складов со сплоткой на берегу	8
Методика расчета направляющего реевого бона	11
Методика расчета поперечной лежнево-сетчатой запани	23
Методика расчета анкерно-стенчатых береговых опор	37
Методика расчета ряжевых береговых опор	41
Технологические расчеты участков лесосплавного рейда	45
Тяговые и прочностные расчеты сортиментных плотов	51
Определение необходимого количества буксировщиков для транспортировки плотов	58
Технологические расчеты рейдов приплава	63
Список рекомендуемой литературы	64

Введение

Настоящие методические указания содержат рекомендации для выполнения курсового проекта по дисциплине «Водный транспорт леса» для специальности «Лесоинженерное дело». Водный транспорт леса является одной из основных транспортных отраслей лесной промышленности.

Предлагаемая методика решения конкретных производственных задач, даст возможность расширить и закрепить знания студентов по изучаемому курсу, применить полученные навыки при расчете оборудования и производственных участков, используемых на предприятиях водного транспорта леса.

В работе над курсовым проектом рекомендуется использовать средства вычислительной техники и стандартные пакеты прикладных программ, позволяющих решать подобного рода задачи, как в численном, так и в графическом исполнении.

Курсовой проект выполняется в соответствии с индивидуальным вариантом, выданным преподавателем в начале семестра.

В ходе работы над проектом студентам рекомендуется рассматривать и предлагать технические и расчетные решения соответствующие современным взглядам на вопросы транспортировки леса водными путями, использовать дополнительную специальную литературу по изучаемому курсу.

Выполненный курсовой проект оформляется в соответствии с требованиями по оформлению курсовых и дипломных работ.

Защита курсовых проектов предполагает публичное обсуждение предлагаемых студентами вариантов, что в результате позволит рассмотреть многообразие способов технического решения конкретных производственных задач, даст необходимые навыки принятия различных инженерных решений.

Данные для технологических расчетов участков сброски

береговых складов со сплоткой на воде

Таблица 1.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объем круглых лесоматериалов, поступающих на участок сброски , тыс. м3	100	150	140	95	80	85	90	100	75	70
Средний диаметр бревен , м	0,32	0,20	0,30	0,29	0,28	0,27	0,26	0,25	0,24	0,22
Средняя длина бревен , м	6,5	6,0	7,0	7,5	8,0	8,5	9,0	9,0	9,5	5,5
Продолжительность поступления круглых лесоматериалов , сут	50	60	56	48	68	52	44	58	62	54
Продолжительность сброски , сут	25	30	28	24	34	26	22	29	31	27

Данные для технологических расчетов склада с береговой сплоткой сортиментов и формированием плотов на воде

Таблица 1.2

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объем хлыстов, поступающих на склад , тыс. м3	20	25	34	29	18	38	30	21	26	17
Продолжительность работы берегового склада не более , сут	52	40	48	54	64	36	42	69	31	47

1. Технологические расчеты участков формирования штабелей и сброски круглых лесоматериалов на береговых складах, с последующей сортировкой, сплоткой и формированием плотов на воде.

Круглые лесоматериалы поступают в межнавигационный период на незатопляемый участок сброски и складируются в штабеля. С наступлением навигации штабеля расформировываются и сбрасываются воду с последующей сортировкой, сплоткой и формированием плотов на участках генерального рейда.

Требуется: выбрать тип и схему расположения штабелей на берегу; рассчитать основные их характеристики; определить схемы и необходимое количество механизмов на формировании и разборке штабелей; рассчитать количество рабочих занятых на основных работах; показать схему расположения штабелей и технологии формирования и разборки; описать технологию работ на основном производственном цикле.

1.1 Складирование круглых лесоматериалов.

Сезонный запас круглых лесоматериалов размещается в штабелях на оборудованных площадках с подштабельными основаниями и местами безопасной сброски.

Объем одного штабеля можно определить, м³

,

где - ширина штабеля ( ) м; , - длина и высота штабеля, определяются в зависимости от схемы расположения штабелей и оборудования на формировании и разборки штабеля м; - коэффициент полнодревесности штабеля (таблица 1.3).

Значения коэффициента полнодревесности штабеля

в зависимости от диаметра бревен

Таблица 1.3

Тип штабеля	в зависимости от , м
	0,06…0,13	0,14…0,21	0,22…0,25	>0,25
Рядовой Пачковый Плотный Пачково-рядовой	0,45 0,50 0,55 0,52	0,47 0,60 0,65 0,62	0,54 0,63 0,68 0,65	0,60 0,65 0,72 0,68

Количество штабелей для размещения заготовленной древесины

,

где – навигационный объем сброски лесоматериалов с площадки, м³.

Площадь одного подштабельного места, м²

,

где - допустимый разброс торцов бревен в штабеле (в данной работе можно принять ), м.

Длина фронта штабелевки при расположении штабелей перпендикулярно к берегу определяется

,

где - расстояние между соседними штабелями (в данной работе можно принять ), м; - ширина противопожарного разрыва (в данной работе можно принять ), м; - количество противопожарных разрывов.

Длина фронта штабелевки при расположении штабелей вдоль берега

,

где - количество штабелей по фронту вдоль берега.

Суточная интенсивность поступления круглых лесоматериалов на участок формирования штабелей, м³

,

где – объем леса укладываемый в штабеля, м³; - продолжительность формирования штабелей, сут.

Суточный объем сброски лесоматериалов, м³

,

где – объем леса, подлежащий сброске, м³; - продолжительность сброски, сут.

1.2 Определение количества механизмов на формировании штабелей и сброске круглых лесоматериалов в воду

Количество механизмов на операции можно определить

,

где - сменная производительность механизма на операции формирования штабелей и сброске (применяются лебедки, лесосбрасыватели, лесоштабелеры, погрузчики, краны), м³/смену; - количество рабочих смен в сутки.

Ежедневную потребность рабочих, занятых на формировании штабелей и сброске лесоматериалов определяют исходя из состава бригады, обслуживающей механизмы, с учетом сменности работы.

2. Основные технологические расчеты склада с береговой сплоткой сортиментов и формированием плотов на воде, с последующей отправкой в плотах и судах.

В состав основного цикла производственного процесса таких береговых складов входят следующие технологические операции: разгрузка лесовозного транспорта; создание запаса хлыстов; раскряжевка хлыстов; сортировка круглых сортиментов; сплотка круглых сортиментов; создание межоперационного запаса пучков; сброска пучков в воду; формирование плотов; отправка плотов потребителю.

Требуется: выбрать технологическую схему работы берегового склада; определить необходимое количество оборудования используемого на основных операциях; рассчитать количество рабочих; представить и показать схему работы берегового склада; описать технологию работ на основном производственном цикле.

2.1 Определение необходимого количества оборудования и рабочих, занятых на основных технологических операция берегового склада.

Сменная производительность линии определяется производительностью ведущей машины. Для берегового склада с данным технологическим процессом ведущей машиной является раскряжевочная установка

,

где - сменная производительность ведущей в линии машины, м³; - количество основных механизмов составляющих поточную линию; - коэффициент безотказности работы линии ( =0,85-0,95).

Необходимую сменную производительность линии определяют

,

где – объем леса, подлежащий сброске, м³; - продолжительность работы склада, сут.

Для выбора минимальной средней производительности необходимо определить все сменные производительности установок, работающих в линии

,

где - часовая производительность установки, м³/ч; - продолжительность смены ( =7), ч; - коэффициент использования рабочего времени ( = 0,9).

Количество потребных поточных линий определяется

.

Количество механизмов на операции можно определить

.

Ежедневную потребность рабочих на всех основных технологических операциях берегового склада определяют исходя из состава бригады, обслуживающей механизмы, с учетом сменности работы.

Данные для гидрологического и статического расчета

реевого бона

Таблица 3.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Средняя поверхностная скорость течения , м/с	0,60	0,90	1,25	2,05	1,20	1,30	2,40	1,65	1,85	2,35
Расчетная скорость ветра , м/с	12,2	13,8	14,1	15,6	15,9	12,5	13,5	14,5	15,5	13,3
Конструкция бона и осадка (см. сноску)*	1	2	3	4	4	3	2	1	1	2
Ширина бона , м	1,2	1,1	1,3	1,1	1,6	1,4	1,2	1,5	1,0	1,3
Коэффициент перекрытия потока боном	0,30	0,50	0,44	0,39	0,48	0,33	0,37	0,42	0,34	0,29
Ширина реки в месте установки бона , м	85	63	67	89	59	91	102	84	72	66

^* - Однобревенчатый шпоночный без козырька ( =0,25 м); 2 – нагельный с козырьком в одно бревно ( =0,40 м); 3 – болтовой с козырьком ( =0,50 м); 4 – пакетный с козырьком ( =0,65 м).

3. Основные гидрологические и статические расчеты элементов реевого бона.

Реевые боны относятся к лесонаправляющим гидротехническим сооружениям и предназначены для управления движением и предотвращения выноса плывущего леса или сплоточных единиц за пределы лесосплавного хода.

В курсовом проекте предполагается, что сброшенные с участков формирования штабелей круглые лесоматериалы до участков лесосплавного рейда проходят вдоль реевого бона, ограждающего сложный для проплава участок.

Требуется: выбрать конструкцию бона; рассчитать его основные элементы; представить схему бона.

1. Гидродинамический расчет реевого бона.

На бон, установленный на реке, воздействуют поток воды, плыву­щий лес и ветер (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема для расчета реевого бона

Нагрузка на бон складывается из трех основных составляющих: нагрузки от потока , нагрузки от проплывающего леса и нагрузки от ветра . Каждую из составляющих по характеру воздействия на бон можно разложить на две взаимно перпендикулярные силы: нормальную и параллельную .

Нормальную и параллельную составляющие силы воздействия речного потока определяют по формулам:

,

,

где - плотность воды, кг/м³; – поверхностная скорость течения, м/сек; - угол между боном и направлением течения, град (табл. 3.2); - коэффициент сопротивления давления, зависящий от угла и осадки бона (табл. 3.3); - осадка бона, м; - коэффициент сопротивления трения (для бонов без козырька =0,018, для бонов с козырьком =0,025... 0,030); - ширина бона, м; - длина бона зависит от угла установки по отношению к потоку и коэффициента перекрытия потока

,

где – ширина реки в месте установки бона, м.

Значения предельных углов установки бонов в зависимости

от конструкции и скорости течения

Таблица 3.2

Конструкция и осадка бона	Угол α между продольной осью бона и направлением течения при поверхностной скорости, град.
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Однобревенчатый без козырька (t = 0,25 м) С козырьком в одно бревно (t = 0,40 м) С козырьком (t = 0,50 м) С козырьком (t = 0,65 м)	28 28 28 28	23 24 26 26	16 18 23 23	12 16 22 22	- 14 21 21

Значения коэффициент сопротивления давления ς_Б в зависимости от угла установки бона и осадки

Таблица 3.3

Тип бона и осадка бона t, м	Значенме ςБ для углов α, град.
	10	15	20	25	30
Однорядный без козырька(t=0,25м) с числом бревен в ряду: n = 4 n = 6 c козырьком из одного бревна (t = 0,40 м) с козырьком (t = 0,60 м)	0,38 0,43 0,44 0,50	0,41 0,47 0,48 0,56	0,45 0,51 0,55 0,65	0,49 0,55 0,67 0,77	0,52 0,59 0,74 0,93

Нормальную составляющую силу воздействия плывущего леса определяют

,

где - коэффициент сопротивления трения, зависящий от конструкции бона. Для реевого однорядного бона без козырька ( =0,25 м) - = 0,014; для реевого бона с козырьком в одно бревно ( =0,40м) - = 0,013; для реевого бона с козырьком ( =0,50...0,60м) - = 0,006; b_Л - ширина полосы леса, плывущего вдоль бона, определяемая по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий, какая доля проплывающего вдоль сооружения леса давит на наплавную часть (принимается в пре­делах 1,0...0,5, исходя из схемы сооружения); - коэффициент неравномерности прохождения леса ( =2,0...3,0 - для подготовленных лесосплавных путей, =3,0...5,0 - для не­подготовленных); - суточный объем лесоматериалов, проплывающих по рассмат­риваемому участку реки, м³

;

- объем леса, подлежащий сброске, м³; - продолжительность сброски (принимается по фактическому времени сброски), сут.; - время движения через расчетный створ в сутки (для двухсменной работы равно количеству часов сброски и рекомендуется ), ч; - коэффициент перехода от поверхностной скорости к скорости движения лесоматериалов ( = 0,5...0,6 - для горных рек; = 0,7...0,8 - для равнинных рек); h_УС - условная высота полосы проплывающих круглых лесоматериа­лов, м

;

d_СР – средний диаметр бревна, м.

Суточный объем лесоматериалов, проплывающих по рассмат­риваемому участку реки необходимо сравнить с суточной лесопропускной способностью расчетного створа участка реки . Необходимо выполнение соотношения

,

в противном случае увеличиваются сроки сброски лесоматериалов с берегового склада или осуществляются мероприятия по увеличению лесопропускной способности реки.

Суточная лесопропускная способность участка реки определяется

,

где - коэффициент заполнения лесосплавного хода (при , при ; - ширина сплавного хода в сжатом состоянии, м

;

– ширина реки в месте установки бона, м; - коэффициент использования ширины реки (таблица 3.4);

Значения коэффициента использования ширины реки

Таблица 3.4

ВР	10	20	40	60	80	100	150	200	300
ε	0,70	0,60	0,50	0,42	0,37	0,33	0,28	0,25	0,20

- объем лесоматериалов, плотно располагающихся на 1м² водной акватории и принимается, м³/м²

.

Параллельную составляющую силы от воздействия проплывающего леса определяют по формуле, Н

где - коэффициент трения плывущего леса о бон ( =0,3...0,4).

- нормальное давление леса на бон, обусловленное действием ветра на лес, Н

,

где: – плотность воздуха, =1,3 кг/м³; v_В – скорость ветра в месте установки бона, м/с; – коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от его скорости (при = 12…16 м/с - = 0,011…0,009); – ширина проплывающего вдоль бона леса, м.

Сила перпендикулярного воздействия ветра на бон определяется как сумма

,

где - сила давления ветра непосредственно на бон.

,

где: – ширина бона, м.

При ширине полосы проплывающего леса < 2,0м величину силы не учитывают, так как дополнительное давление от плывущего леса на бон не наблюдается вследствие изменения скоростного режима потока воды у бона.

При ширине полосы плывущего леса < 1м даже уменьшается давление потока воды на бон.

Нормальная составляющая от действия потока, леса и ветра на бон определяется

.

Сила воздействия потока на реи (нормальная составляю­щая)

,

где - коэффициент сопротивления давления на реи (значения в за­висимости от конструкции бона и осадки реи при длине реи = 6,5м приведены в табл. 3.5); - угол атаки реи потоком,

;

- угол между боном и реей, оптимальное значение

,

определяется из условия обеспечения максимального момента силы относительно точки опоры бона.

Значения коэффициента сопротивления давления на реи

при длине реи = 6,5м и различных осадках бона

Таблица 3.5

Конструкция бона и осадка реи tР	Значение ζР при угле γ, град.
	30	35	40
Рея при 4…6-бревенчатом боне (t = 0,25 м; tР = 0,5…0,6) То же, при боне с козырьком (t = 0,40 м; tР = 0,5…0,6) То же, при боне с козырьком (t = 0,60 м; tР = 0,5…0,65)	0,95 1,14 1,44	1,00 1,22 1,50	1,07 1,27 1,57

Для удержания бона под углом направлению потока количество рей определяют из уравнения моментов относительно точки О (рис. 3.2)

,

где – количество рей.

Учитывая, что , количество рей определяем из условия

,

а расстояние между реями равно

.

Из уравнения проекции всех сил, действующих на бон, определяем нагрузку на головную опору

.

Для многоопорного бона нагрузка на головную опору определяется по формуле

.

В зависимости от количества рей нагрузку на одну промежуточную опору определяют из условия

,

где - нормальная нагрузка на один погонный метр бона, Н; - расстояние между опорами, м.

Нормальная нагрузка на один погонный метр для многоопорного бона определяется

.

Нагрузку на канат или на звеньевые соединения бона можно опре­делить по формуле определения нагрузки на головную опору с учетом внешних сил, приложенных только к части бона от его конца до рассматриваемого соединения.

Сечение кана­та подбирают по разрывному усилию с трехкратным коэффициентом за­паса прочности. Так же с трехкратным запасом проектируют головную и промежуточные опоры.

1.2. Статический расчет реевого бона

Бон рассматривают как балку, лежащую на двух опорах, из которых одна подвижная, и рас­считывают на поперечные, продольные или совместные нагрузки. Часть бона между двумя смежными опорами - реями, якорными опорами или выносами - принимают за расчетный пролет.

Расчет бона на прочность при воздействии поперечных нагрузок выполняют по формуле

,

где - допустимое напряжение в материале бона при поперечном из­гибе, Н/м² (табл. 3.6); – момент сопротивления поперечного сечения бона

,

где - опытный коэффициент, учитывающий влияние на прочность бона стыков бревен и элементов связи (табл. 3.7); - число бревен в поперечном сечении бона

;

– момент сопротивления бревна, , здесь – диаметр бревна в конструкции бона, можно принять м.

Допускаемые напряжения для сосны 2-го сорта

для сооружений IV класса

Таблица 3.6

Вид напряжения	Допускаемое напряжение, Н/м2
	Основные воздействия	Основные и дополнительные воздействия
Изгиб, сжатие или смятие вдоль волокон Растяжение вдоль волокон Сжатие и смятие поперек волокон Скалывание при изгибе Перерезание при изгибе	0,100 0,085 0,015 0,018 0,038	0,120 0,102 0,018 0,022 0,046

Значение коэффициента

Таблица 3.7

Конструкция бона	Значение КW при числе бревен бона
	4	6	7	8	10
Болтовой Нагельный бон, усиленный проволочными обвязками Пакетный бон с врезанными обвязками Шпоночный бон, усиленный проволочными обвязками	1,04 0,84 0,68 0,78	1,28 1,08 - 1,02	- - 0,96 -	1,62 1,42 - 1,36	- - 1,35 -

Допускаемое напряжение на участки бона можно представить в следующем виде

.

Для нагельных и шпоночных бонов, не имеющих усилия наружных стыков в растянутой зоне, значение уменьшается примерно в 1,5 раза.

Под воздействием продольных нагрузок разрушение бонов проис­ходит от скалывания или смятия древесины. В бонах с болтовым соеди­нением происходит смятие древесины вдоль волокон в гнездах для бол­тов; с нагельными соединениями смятие нагелей происходит поперек волокон; со шпоночным соединением происходит излом шпонок; в пакетных соединениях - разрыв обвязок.

Расчет бонов на прочность от этих нагрузок заключается в определении допустимых нагрузок no следующим эмпирическим зависимостям:

для бонов с болтовым соединением

;

для бонов с нагельным соединением

;

для бонов со шпоночным соединением

;

для пакетных бонов с врезанными обвязками

,

где , , , - опытные коэффициенты, учитывающие конструктив­ные особенности бонов (табл. 3.8); , , - значения допускаемых напряжений при соответствующих напряжениях (табл. 3.6); , , - средний диаметр бревна, болта, нагеля, м; - площадь сечения проволочной обвязки; для 4-бревенного бона принимается равной 50 мм², для 7-бревенного бона - 75 мм², для 10-бревенчатого бона – 100 мм².

Значения коэффициентов , , ,

Таблица 3.8

Тип соединения бонов	Значения опытных коэффициентов β в зависимости от числа бревен
	4	6	7	8	10
Болтовой, βБ Нагельный, βН Шпоночный, βШ Пакетный, βП	2,5 0,8 0,046 3,4	5,5 1,4 0,07 -	- - - 6,4	10,3 2,5 0,108 -	- - - 9,4

При совместном действии поперечных и продольных сил на реевый или многоопорный бон возникают напряжения в отдельных его элементах. Расчет для этого случая выполняют по формуле

.

В этом случае продольная нагрузка на бон равна

.

Условная площадь поперечного сечения бона, определяется по формуле

,

где - напряжение на растяжение, допустимое для круглых лесомате­риалов (табл. 3.6).

Данные для расчета поперечной сетчато-лежневой запани

Таблица 4.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Средняя плотность древесины , кг/м3	800	745	720	730	700	740	750	760	770	780
Средняя ширина лесохранилища , м	55	64	78	85	72	69	59	71	82	68
Средняя глубина по месту формирования пыжа , м	3,6	4,2	5,3	6,8	7,8	4,6	5,3	6,7	3,9	4,4
Ширина реки в створе запани , м	59	67	85	88	75	71	61	73	86	69
средняя бытовая глубина в створе расположения запани , м	4,5	5,8	6,1	5,8	7,2	5,9	6,8	7,5	6,9	4,7
Значение коэфф. сужения к запани русла , град	0	11	2	4	15	17	9	18	15	12
Поправочный коэффициент провеса	0,50	0,38	0,32	0,15	0,23	0,12	0,28	0,26	0,33	0,44

4. Методика расчета поперечных запаней

Генеральные запани применяются для временного хранения круглых лесоматериалов перед сортировкой, сплоткой, формированием плотов с последующей отправкой потребителю.

Требуется: определить нагрузки, действующие на запань, рассчитать основные элементы генеральной запани, представить схему запани.

4.1. Определение длины пыжа в лесохранилище.

Методика определения длины пыжа в лесохранилище (определение длины лесохранилища) одинакова как для поперечных, так и для продольных запаней.

Длину пыжа определяют методом приближения. На первом этапе находят среднюю толщину пыжа , учитывая среднюю глубину при условии = 700м, а затем по формуле определения длины находят длину пыжа. На втором этапе для найденного значения определяют поправочный коэффициент и определяют среднюю толщину пыжа . Далее окончательно уточняют длину пыжа.

Длина пыжа определяется

,

где – объем переходящего остатка (максимальный объем древесины, находящейся перед запанью), м³; – относительная плотность древесины

;

- средняя ширина лесохранилища запани при уровне воды в период формирования пыжа, м; - коэффициент плотности пыжа равный отношению объема бревен в пыже к его геометрическому объему, для бревенного пыжа принимают = 0,3; - средняя толщина пыжа, м

,

где - средняя толщина пыжа при его длине, равной 700м, (табл. 4.2); - поправочный коэффициент, значение которого выбирают в зависимости от длины пыжа (табл. 4.3); – поправочный коэффициент для определения толщины запанного пыжа в продольной лежнево-сетчатой запани при скоростях течения от 2,0 до 3,5 м/с, который зависит от коэффициента стеснения русла (табл. 4.4). В остальных случаях =1.

Коэффициент стеснения русла для продольных запаней определяется

,

где – ширина реки, м.

Значение средней осадки пыжа в зависимости от средней

скорости течения и средней глубины

Таблица 4.2

Скорость течения , м/с	Значение в зависимости от , м
	3	4	5	6	7	8
0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50	0,49 0,75 1,01 1,35 1,76 1,88 2,20 2,45	0,51 0,80 1,14 1,58 2,02 2,17 2,57 2,58	0,53 0,86 1,25 1,80 2,45 2,77 3,20 3,55	0,55 0,93 1,37 1,98 2,70 3,24 3,67 4,10	0,57 0,99 1,50 2,20 2,94 3,38 - -	0,58 1,04 1,65 2,37 3,22 3,90 - -

Значение поправочного коэффициента в зависимости от длины пыжа

Таблица 4.3

, м	100	200	300	400	500	600	700	800	1000	1400	2000
	1,20	1,14	1,10	1,06	1,04	1,02	1,00	0,98	0,96	0,94	0,92

Значение коэффициента в зависимости от коэффициента стеснения русла

Таблица 4.4

	0,20	0,30	0,40	0,50
	1,90	1,45	1,20	1,10

На запань, установленную в реке, со стороны пыжа переда­ется сила давления, возникающая как результат взаимодействия пыжа с потоком воды, ветром, с берегами или с продольной частью запани (для продольных запаней). В существующей практике расчета запаней принимается схема сил, приведенная на рис.4.1.

Рис. 4.1. Схема сил, возникающих в пыже из бревен

Поток воды и ветер, для которого принимается наиболее не­благоприятное направление, совпадающее с направлением те­чения речного потока, взаимодействуя с пыжом, оказывают на него воздействие. В результате возникает сила , увлекающая пыж вниз по течению. Эта сила воздействия на пыж потока воды и ветра называется активной силой.

Активная сила , сжимая пыж, одновременно создает силы распорного давления, передающиеся под некоторым углом на берега (поперечные за­пани) или на берег и на продольную часть запани (продольные запани). Силы распорного давления могут быть разложены на составляющие - нормаль­ные и параллельные к берегам или к продольной части продольной запани.

От действия распорных сил воз­никают силы трения пыжа о берега или о берег и о боны продольной части, запани. Силы трения, имея направле­ние, противоположное направ­лению возможного перемеще­ния пыжа, уменьшают дей­ствие активной силы.

В ко­нечном итоге на поперечную запань или поперечную часть продольной запани передается действующая сила

,

,

- коэффициент, учитывающий характер взаимодействия пыжа с берегами или с продольной частью за­пани, который зависит от скорости течения , отношения длины пыжа к средней ширине лесохранилища и от кон­фигурации берегов на участке размещения лесохранилища.

Численные значения коэффициентов , определенные экспе­риментальным путем для русел с примерно параллельными бе­регами или берегом и продольной частью запани, приведены в таблице 4.5.

Численные значения коэффициента

Таблица 4.5

, м/с	Значение коэффициента при , равным
	1	2	3	4	5	6	7	8
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0	0,61 0,76 0,81 0,86 0,87 0,88	0,51 0,65 0,70 0,78 0,80 0,83	0,40 0,55 0,62 0,72 0,76 0,79	0,31 0,48 0,55 0,68 0,70 0,74	0,27 0,42 0,50 0,63 0,68 0,70	0,23 0,40 0,48 0,60 0,64 0,68	0,21 0,38 0,45 0,57 0,62 0,64	0,20 0,35 0,42 0,55 0,60 0,62

Установлено, что дей­ствующая на запань сила по мере поступления в запань леса возрастает лишь до определенного предела. При достижении этого предела дальнейшее увеличение длины пыжа не вызывает увеличения силы . Это происходит потому, что с увеличением длины пыжа силы трения возрастают более интенсивно, чем силы .

При некоторой длине пыжа приращение активной силы уравновешивается приращением сил трения пыжа , после чего увеличение длины пыжа не вызывает дальнейшего увеличе­ния силы . Такая длина пыжа называется расчетной.

Установлено, что для бревенного пыжа его расчетная длина зависит от ширины реки в створе запани следующим образом

.

4.2 Расчет нагрузки на поперечную часть запани.

Расчетом поперечных запаней устанавливают действующую на запань силу, натяжение в лежне и отдельных его ветвях, диа­метр и число канатов в лежне.

Силу, действую­щую на запань, определяют по формуле:

,

где - коэффициент, учитывающий взаимодействие пыжа с бе­регами. Значение коэффициента для случая расположения за­пани с примерно-параллельными берегами приведены в таблице 4.5. Если створ запани расположен за поворотом, сила, действую­щая на запань, будет меньше, чем при расположении запани на прямолинейном участке реки. Это учитывают уменьшением на 5 ... 10 % значений , принятых по таблице 4.5; - коэффициент, учитывающий непризматичность русла сужающегося к запани русла (табл. 4.6).

Рис. 4.2. Схема сужения в створе запани.

Значение в зависимость от угла непризматичности русла

Таблица 4.6

, град	0	5	10	20	расширяющееся русло
	1,00	0,90	0,80	0,65	1,10-1,20

Расчетная длина пыжа при его фактической длине принимается равной при < 1,2 м/с, а при > 1,2 м/с принимают .

Если фактическая длина пыжа , за расчетную принимают длину, определенную по формуле приведенной для определения длины лесохранилища, т. е. ; - давле­ние потока на пыж, осредненное по его расчетной длине, Па. При до 1,5 м/с значения давления потока определяют в зависимости от и для различных расчетных длин пыжа (табл. 4.7).

Значение давления потока при до 1,5 м/с

Таблица 4.7

, м/с	, м	Значение , Па, при , м
		200	400	600	1000	1500	2500
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,25 1,5	Независимо от hБ Независимо от hБ Независимо от hБ Независимо от hБ 2,0 3,0 4,5 и более 2,0 3,0 4,5 6,0 и более 2,0 3,0 4,5 6,0 и более 2,0 3,0 4,5 6,0 и более 2,0 3,0 4,5 6,0 и более 2,0 3,0 4,5 6,0 7,0 и более	5,88 7,85 14,7 19,62 25,5 27,5 29,4 28,4 32,4 39,2 51,0 32,4 42,2 55,9 65,7 36,3 52,0 73,6 87,3 38,3 57,9 85,3 114,0 59,8 90,2 135,5 180,5 200,9	4,8 6,86 11,8 15,7 21,6 23,6 25,5 22,6 25,5 31,4 40,2 25,5 33,3 45,1 53,0 28,4 41,2 59,8 70,6 30,4 45,1 67,6 90,3 46,1 68,6 103,0 137,5 160,0	3,93 5,88 9,81 13,75 17,65 20,6 22,6 19,62 22,6 27,5 37,3 22,6 28,4 38,3 45,1 24,5 35,3 52,0 61,8 26,5 39,3 58,8 78,5 38,3 57,9 85,4 114,0 132,5	2,94 4,8 8,83 11,7 14,7 15,7 18,65 15,7 17,65 21,6 31,4 17,65 23,6 31,4 37,3 20,6 29,4 42,2 50,0 21,6 32,4 48,1 63,7 30,4 46,1 68,6 91,3 106,0	2,94 4,8 7,85 10,8 12,75 13,75 14,7 15,7 16,7 19,62 28,4 15,7 19,62 26,5 31,4 16,7 24,5 33,3 39,3 17,65 26,5 39,3 52,0 24,5 36,3 55,0 73,6 85,3	2,94 4,8 6,86 9,8 11,7 12,75 13,75 11,7 13,75 17,65 26,5 12,75 16,7 25,5 30,4 13,75 18,65 29,4 34,4 13,75 20,6 31,4 42,2 19,62 29,4 44,1 58,8 68,6

При > 1,75 м/с

,

где - давление потока на пыж при =1 м, определяемое по таблице 4.8, Па; - количество метров в месте установки запани ( ); - давление ветра на пыж, отне­сенное к единице площади зеркала реки, занятого пыжом, Па

,

где - коэффициент со­противления ветра о пыж, , зависящий от скорости ветра (табл. 4.9).

Значение при > 1,75 м/с и при = 1м

Таблица 4.8

, м/с	Значение , Па, при , м
	100	200	400	600	800	1000	1500	2000	2500
1,75 2,0 2,25 2,5 2,75 3,0	56,4 78,0 104,0 129,5 151,0 188,2	49,5 68,2 90,8 113,0 135,0 171,0	38,3 53,0 70,7 76,6 109,0 135,0	32,0 45,2 59,5 71,7 91,2 115,8	24,3 39,2 50,1 63,2 77,7 100,0	22,9 36,6 44,7 56,6 68,4 87,2	19,6 25,7 24,6 43,5 53,3 65,0	15,7 20,8 28,9 35,6 42,6 51,5	15,2 19,6 23,7 29,1 34,8 42,6

Значение в зависимости от скорости ветра

Таблица 4.9

, м/с	8	12	16	18
,	0,02	0,015	0,01	0,009

4.3. Определение сил, действующих на пыжедержатели.

При больших скоростях течения потока на запань и при большой ширине продольной части запани, силы от давления пыжа на лежень запани весьма значительны. Для уменьшения давления в пределах расчетной части пыжа устанавливают ряжевые, свайные или другие пыжедержатели, укрепленные при помощи якорей или канатов.

Нагрузка на поперечную часть запани, с учетом нагрузки воспринимаемой пыжедержателями, определяется

,

где – коэффициент, учитывающий влияние пыжедержателей

,

где – число пыжедержателей перед запанью; – средняя длина бревен в запанном пыже, м; – ширина реки в месте установки пыжедержателей, м.

Пыжедержатели устанавливают в шахматном порядке между собой на расстоянии в поперечном створе не менее пятикратной длины бревен, образующих пыж.

Давление пыжа на каждый пыжедержатель определяется

,

где - коэффициент, зависящий от параметров кинетичности (табл.4.10).

Параметр кинетичности определяется

.

Значение коэффициента в зависимости от

Таблица 4.10

	0,025	0,050	0,075	0,100	0,150	0,200	0,250	0,350	0,400
	2,90	2,40	2,35	2,30	2,25	2,25	2,25	2,25	2,25

4.4. Расчет лежня запани.

Расчет лежня запани сводится к оп­ределению натяжения , возникающего в нем от силы ( ), дей­ствующей на запань.

Рис. 4.3. Схемы к определению натяжения лежня запани.

При расчете лежня поперечной запани со створом, перпенди­кулярным к оси потока (рис. 4.3), принимают, что нагрузка на 1м запани равна нагрузке на 1м ширины реки в створе за­пани, лежень провисает по дуге круга, а действует в радиаль­ном к лежню направлении. В этом случае натяжение лежня можно определить, спроектировав на ось все силы, действую­щие на элемент лежня длиной

.

При малых углах . Учитывая это, а также то, что , будет иметь место соотношение

,

где – мнимый радиус лежня запани, м.

Выразим значение через ширину реки в створе запани и стрелу провеса . Из треугольника АОС (см. рис. 4.2) видно, что

.

Обозначив и преобразовывая последнее выражение, будем иметь

,

где - поправочный коэффициент, зависящий от величины провеса .

Из этого следует

.

Для лежней запаней применяют стальные канаты диаметром 30-65мм. Для повышения надежности сооружения и уде­шевления его стоимости число канатов в лежне должно быть, по возможности меньшим. С этой целью для лежня принимают канаты больших диаметров.

Число стальных канатов принятого диаметра определяют

,

где - разрывное усилие одного стального каната, кН; - коэф­фициент запаса, равный для коренных и промежуточных запа­ней 3,0, а для вспомогательных - 2,5.

В сетчато-лежневой запани, общее натяжение лежня распределяется на натяжение в верхней и в нижней его ветвях.

Для определения величин и рассмотрим схему сил, действующих на сетчато-лежневую запань (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема сил, действующих на сетчато-лежневую запань

Теоретические исследования, подтвержденные опытными дан­ными, показывают, что действующая на запань сила прило­жена на расстоянии от уровня воды. Полагая, что сила передается на ветви запани через жесткие связи, роль которых выполняют бревна пыжа, уравнение моментов сил от­носительно верхней ветви лежня выглядит

,

где – осадка пыжа в запани, определяемая в зависимости от глубины в месте установки запани и скорости течения (табл. 4.11), м; – расстояние между ветвями лежня можно принять, м

;

– сила, действующая на нижнюю ветвь запани, кН.

Значение осадки пыжа

Таблица 4.11

Глубина , м	Значение в зависимости от скорости , м
	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	2,00	2,50	3,00
4,0 6,0 8,0 10,0	0,50 0,50 0,50 0,50	0,90 0,90 0,90 0,90	1,50 1,70 1,90 2,10	2,00 2,50 3,00 3,50	2,60 3,20 3,80 4,40	3,40 4,20 5,00 5,80	3,80 5,10 6,00 6,90	3,90 5,80 7,50 8,20

Если считать, что стрела провеса верхней и нижней ветвей лежня одинакова, то

.

И тогда натяжение в нижней и верхней ветви запани при однорядных запанных плитках можно определить

;

.

Расчетное натяжение в подвесках сетчато-лежневой запани, расположенных на расстоянии друг от друга и нагруженных равномерно-распределенной нагрузкой, определяют по формуле

,

где – расстояние между подвесками, принимается не более м, - длина бревен в запанном пыжу, м.

5. Методика расчета анкерно-стенчатых и ряжевых береговых опор.

Нагрузки от наплавных лесозадерживающих и лесонаправляющих сооружений через канаты лежней передаются на береговые или русловые опоры. В данном курсовом проекте анкерно-стенчатые береговые опоры воспринимают нагрузку, передаваемую через лежни генеральной запани. Ряжевая опора является береговой опорой реевого бона.

Требуется: подобрать и рассчитать основные конструктивные элементы соответствующих опор; представить схемы опор.

5.1 Расчет основных элементов анкерно-стенчатых опор.

Для установки анкерно-стенчатой опоры оборудуют две взаимно перпендикулярные траншеи. Одна траншея предназначена для укладки каната, идущего от наплавного сооружения к опоре. Ее ширина, как правило, до 1м. Другая (анкерная), перпендикулярная к первой, предназначена для закладки анкера, к которому крепится канат. Ширина анкерной траншеи от 1,0 до 1,5м.

Для большей устойчивости грунтовой стенки ее укрепляют по всей длине и высоте забитыми в грунт бревнами коротышами, реже досками либо горбылем.

Анкер располагают на высоте одной трети от дна траншеи. Анкер изготовляют из брусьев или бревен (одного или нескольких) длиной 4-10м и диаметром не менее 0,26м. В месте закрепления каната анкер имеет цилиндрическую форму. Во избежание смятия и перерезания бревна оковывают металлическими полосами, а между канатом и анкером укладывают прокладку из пенькового мата. Канат охватывает анкер 4–5 оборотами, свободный конец его крепят к основной ветви троса 3–4 сжимами (рис. 5.1).

Работа опор анкерного типа основана на том, что усилия, передаваемые на опоры, уравновешиваются сопротивлением (силой отпора) грунтового массива, в который заключены эти опоры.

При проектировании анкерно-стенчатых опор кроме определения максимальной нагрузки определяется и подбирается конструкция и характеристики анкера, высота передней стенки поперечной траншеи, диаметры коротышей для укрепления передней стенки, минимальное расстояние заложения поперечной траншеи от бровки берега.

В курсовом проекте предполагается, что нагрузка на лежни генеральной запани равномерно распределяется между двумя береговыми анкерно-стенчатыми опорами и нагрузка на одну опору определяется

.

Рис. 5.1. Расчетная схема для анкерно-стенчатых береговых опор

Высоту опорной передней стенки (длину стоек стенки) при отсутствии передачи на нее распора грунта со стороны задней стенки находят по формуле:

,

где – коэффициент запаса ( =1,75); – горизонтальная нагрузка на опору, кН; – плотность грунта (табл. 5.1), кг/м³; – ускорение силы тяжести, м/с²; – значение пассивного отпора грунта

;

- угол внутреннего трения грунта, зависит от свойств грунта (табл. 5.1); – длина поперечной траншеи, м; – ширина поперечной траншеи, как правило, до 1м.

Значения плотности грунта и угла внутреннего трения

Таблица 5.1

Грунт	Грунты сухие		Грунты влажные		Грунты мокрые
	, кг/м3		, кг/м3		, кг/м3
Глины пластичные плотные Суглинки твердые пластичные Супеси рыхлые ср. плотности плотные Пески мелкие ср. плотности Пески крупнозернистые и гравий ср. плотности Гравий, галька ср. плотности	- - - - 1600 1700 1875 1675 1950 2100	- - - - 22 25 27 30 35 40	1750 1900 1850 1950 1650 1800 1950 1850 2050 2150	25 27 20 32 20 22 25 27 33 40	- - - - 1825 1950 2100 1950 2150 2250	- - - - 15 17 18 25 33 40

Если анкерная камера засыпана грунтом или распор грунта, действующий на заднюю стенку, передается на переднюю через конструктивные элементы крепления камеры, в расчете учитывается активное давление грунта на переднюю стенку. В этом случае высота опорной стенки определяется

,

где - разность между пассивным и активным отпором грунта.

Высота заложения центра анкера от основания стенки равна

.

Диаметр стоек опорной стенки

,

где - расчетное сопротивление при изгибе, Н/м².

Максимальный изгибающий момент равен

.

Минимальное расстояние заложения анкерной траншеи от бровки берега или допускаемое расстояние между ближайшими анкерными траншеями при расположении их по линии действия нагрузок

,

где – коэффициент запаса, равный 1,75.

Анкер рассчитывается как балка, лежащая на двух опорах и нагруженную сосредоточенной нагрузкой

,

где – расчетный пролет балки, принимаемый равный

.

Для квадратного сечения анкера его сторона определяется

,

где – принимаемое в анкере число брусьев (табл. 5.2).

Размеры анкера для опоры подбирают в зависимости от расчетной нагрузки. При длине анкера до 6,5м и ширине продольной траншеи до 1м конструкцию и сечение анкера можно подбирать, используя таблицу 5.2.

Продольная траншея, по которой лежень прокладывается к анкеру, должен иметь ширину не менее 1м. При глубине траншеи 0,5м и более стенки ее укрепляются.

Конструкция и сечение анкеров

Таблица 5.2

Нагрузка на опору, кН	Анкер из бревен		Анкер из брусьев
	Количество бревен, n	Диаметр, м.	Количество брусьев, n	Сечение, м.
50 75 100 100 150 200 250 300 300 400 500 650	1 1 1 4 4 4 4 4 - - - -	0,34 0,38 0,42 0,26 030 0,34 0,36 0,40 - - - -	- - - 4 4 4 4 4 9 9 9 9	- - - 0,24х0,24 0,26х0,26 0,28х0,28 0,31х0,31 0,34х0,34 0,26х0,26 0,29х0,29 0,31х0,31 0,33х0,33

5.2. Расчет береговых ряжевых опор.

Ряжевая опора представляет собой бревенчатый каркас с внутренними стенками, разделяющими ряж на несколько клеток, загруженных наполнителем (грунт или камни, реже глина). В зависимости от величины передаваемой на опору нагрузки или характера берегов ряжевую опору частично или полностью заглубляют в грунт. В первом случае опора работает как гравитационная, во втором как анкерная. Расстояние между осями стенок ряжа рекомендуется от 2 до 2,5м.

Расчет незаглубленной ряжевой опоры сводится к расчету ряжа на скольжение и опрокидывание. Также рассчитываются, либо подбираются по максимальным нагрузкам геометрические и конструктивные элементы ряжа и анкера. Для заглубленного ряжа добавляются расчеты допустимого давления на грунт передней стенки и пассивный отпор грунта с учетом коэффициента запаса.

Схема к расчету ряжевой опоры представлена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Схема к расчету береговой ряжевой опоры

Для обеспечения устойчивости ряжа против скольжения, необходимо чтобы выполнялось следующее условие

,

где – максимальная горизонтальная нагрузка на ряж (В курсовом проекте ряжевая опора является головной береговой опорой реевого бона и поэтому ), кН; – удерживающая сила, кН, которая определяется для ряжа без днища следующим образом

,

где – масса деревянного каркаса, кг; – масса загрузки ряжевых клеток, кг; – коэффициент трения ряжа по грунту; – коэффициент трения засыпки по грунту; – коэффициент передачи веса загрузки ряжа на каркас, зависящий от отношения высоты ряжа к ширине клетки и от вида загрузки (табл. 5.3); – значение пассивного отпора грунта на переднюю стенку ряжа в случае подсыпки грунта кг/м³, при отсутствии подсыпки = 0, в остальных случаях

,

где – глубина заглубления части ряжа, м; – ширина ряжа, м.

В этом случае максимальное допускаемое давление передней стенки на грунт определяется с учетом коэффициента запаса = 1,4–1,6

.

Зависимость коэффициента от величины

Таблица 5.3

H/a	Значение I при загрузке
	камнем	песком	супесью	глиной
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0	0,28 0,47 0,60 0,68 0,74	0,35 0,56 0,67 0,75 0,80	0,36 0,58 0,69 0,77 0,82	0,37 0,60 0,72 0,78 0,82

Для обеспечения устойчивости ряжа против опрокидывания, необходимо чтобы выполнялось следующее условие

,

где , – удерживающий и опрокидывающий моменты, кН/м.

Опрокидывающий момент определяется из выражения:

,

где – высота от точки опрокидывания до точки приложения горизонтальной силы, м.

Удерживающий момент для ряжа с днищем без заглубления

,

где – длина ряжа, м.

При заглублении ряжа в грунт удерживающий момент определяется

.

При нагрузках на лежень до 4000 кН можно принимать размеры основных элементов ряжевой опоры в соответствии с таблицей 5.4. Во всех случаях ряжевых опор применяют один анкер и две группы тросов.

Размеры основных элементов ряжевой опоры

в зависимости от нагрузки

Таблица 5.4

Натяжение лежня, кН	Размеры ряжа, м	Высота ряжа, м	Сечение брусьев анкера, м	Количество брусьев анкера
500 1000 2000 3000 4000		1,10 1,75 2,50 3,10 3,10		4 4 4 9 9

Анкеры береговых ряжевых опор для нагрузок от 100 кН до 300 кН применяют двух типов – из четырех бревен и четырех брусьев. Основные размеры анкеров приведены в таблице 5.4.

Данные для технологических расчетов участков

лесосплавных рейдов

Таблица 6.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Продолжительность работы рейда не более , сут	22	20	18	14	16	13	12	19	21	24
Скорость течения на уч. рейда ,	0,30	0,26	0,21	0,28	0,25	0,24	0,29	0,27	0,22	0,23
Параметры тросового ускорителя: ,м , м	200 200	400 21	650 42	400 400	650 650	200 21	650 42	200 42	400 42	200 200
Объём пучка , м3	10,5	10,0	11,5	9,5	9,0	12,0	12,5	11,0	13,0	13,5
Коэффициент полнодревесности пучка, КПУЧ	0,61	0,62	0,74	0,68	0,71	0,65	0,66	0,73	0,67	0,70
Соотношение осей поперечного сечения пучка C.	2,0	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1	2,2	2,3	2,4	2,5

6. Технологические расчеты участков лесосплавного рейда.

Лесосплавным рейдом называется предприятие (производственный участок), выполняющее основные работы (сортировочные, сплоточные, формировочные, погрузочные и др.) на акватории реки, озера, водохра­нилища, моря и имеющее вспомогательные объекты на берегу.

К основным технологическим расчетам генерального рейда относятся: определение пропускной способности ворот запани; главного сортировочного коридора; подводящего коридора, а также определение необходимой площади сортировочных устройств.

Требуется: выполнить основные технологические расчеты; подобрать и рассчитать необходимое для выполнения работ оборудование (разборки пыжа, пропуска через ворота запани, ускорители для главных и подводящих коридоров, ускорители для сортировочных двориков, сплоточное оборудование); подобрать необходимое оборудование; рассчитать количество рабочих на основных работах рейда; представить технологическую схему рейда.

6.1. Определение характеристик сортировочных участков.

Необходимое количество главных сортировочных ворот определяется исходя из заданного объема работ, лесопропускной способности главного сортировочного коридора, времен переработки.

Сменная лесопропускная способность сортировочного коридора при движении бревен поперечной щетью определяется

,

где - средняя поверхностная скорость течения на рейде, м/с; - средний объем бревна, м³

;

- средний диаметр бревен, м; - средняя продолжительность смены ( =7), час; - коэффициент, учитывающий неплотность щети, в значительной степени зависящий от поверхностной скорости (табл. 6.2).

Значение коэффициента , в зависимости от поверхностной скорости

Таблица 6.2

,	0,20	0,22	0,24	0,26	0,28	0,30	0,60	0,85
	1,10	1,22	1,34	1,40	1,46	1,50	2,00	2,50

При использовании в главном сортировочном коридоре канатного ускорителя лесопропускная способность определяется

,

где - средняя поверхностная скорость перемещения бревен с использованием ускорителя, м/с

,

где - скорость движения щети за счет ускорителя на спокойной воде, м/с

,

где - коэффициент трения каната о бревна (для гладкого каната =0,3, для каната с бобышками или цепи =0,5); - нагрузка на один погонный метр каната, Н/м (подбирается по справочной литературе); - расчетный коэффициент сопротивления, ( =9,8-11,8); - ширина щети (можно принять ), м; - коэффициент, учитывающий уменьшение сил трения о бревна вследствие передачи части массы каната на поддерживающие ролики и зависит от расстояния между нижними роликами и длины ускорителя (табл. 6.3).

Значение коэффициента , в зависимости от и

Таблица 6.3

,м	200			400			650
, м	21	42	200	21	42	400	21	42	650
	0,49	0,75	0,95	0,30	0,66	0,96	0,08	0,55	0,97

Количество сортировочных коридоров

,

- заданный сменный объем сортировки, м³.

Для сортировочных устройств коридорного типа число сортировочных двориков определяется из дробности сортировки и процентного содержания той или иной группы в общем запасе. По одной стороне главного сортировочного коридора, как правило, должно быть не менее 20.

Площадь сортировочного дворика

,

где - минимальный объем леса в дворике, принимается из условия размещения 2–3 объемов сплоточной единицы, м³; - площадь водной поверхности, занимаемая 1м³ при плотном размещении (приближенно можно принять ); - коэффициент заполнения акватории дворика (табл. 6.4); - средний диаметр бревен, м.

Значение коэффициента , в зависимости от типа щети и скорости

Таблица 6.4

Характер щети	Значение коэффициента , при скорости , м/с
	0,3	0,6
Беспорядочная Продольная Поперечная	0,45 0,55 0,70	0,50 0,60 0,80

Длина сортировочного дворика

,

где - ширина дворика (можно принять ), м; - средняя длина сортируемых бревен, м.

Лесопропускная способность коллекторного коридора при движении бревен поперечной щетью

,

где - коэффициент, учитывающий разрывы между партиями леса, периодически выпускаемыми из сортировочных двориков ( ).

В случае применения в коллекторном коридоре тросового ускорителя

.

Длина подводящего коридора, м

,

где - максимальный объем пучка, сплачиваемый сплоточной машиной (можно принять ), м³.

Общая площадь сортировочного устройства, м²

,

где - коэффициент, учитывающий площадь, занятую сортировочными, коллекторными и подводящими коридорами ( =1,20-1,30); - коэффициент, учитывающий площадь, занятую наплавными сооружениями ( =1,15-1,20).

6.2. Определение необходимого количества механизмов.

Необходимое число механизмов либо устройств определяется

,

где - сменная производительность оборудования или пропускная способность устройства, м³; - коэффициент использования рабочего времени ( =0,85-0,95).

Данные для тяговых и прочностных расчетов

сортиментных плотов

Таблица 7.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Расстояние буксировки, км, LД	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170
Количество пучков в секции, шт.: по ширине, n1 по длине, n2	10 19	11 21	12 20	13 24	14 25	19 26	15 24	16 30	17 32	18 34
Коэффициент полнодревесности плота, КПЛ	0,39	0,40	0,41	0,42	0,43	0,44	0,45	0,38	0,46	0,37
высоты волны , м	0,8	1,9	1,7	1,2	1,4	1,6	1,3	0,9	1,1	1,8
Расчетная скорость встречного ветра, м/с, υВ	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	9,0	9,5	10,0
Главные размерения буксировщика, м: длина, LБ ширина, ВБ осадка, ТБ	15 3,6 0,75	16 4,0 0,88	8 3,0 0,91	9 4,0 1,05	10 4,4 0,78	11 4,2 0,98	12 4,4 1,10	13 4,5 0,96	14 3,8 0,93	17 4,6 1,20
Коэффициенты полноты: корпуса судна, δ плоскости мидель-шпангоута, β	0,68 0,80	0,72 0,78	0,71 0,77	0,69 0,79	0,67 0,81	0,73 0,75	0,74 0,83	0,66 0,76	0,68 0,76	0,73 0,82
Время на вспомогательные операции tвсп, мин	50	60	70	80	90	80	70	60	50	40
Значения углов при учалке плота: , град , град	30 45	28 40	33 50	27 48	35 44	32 47	26 42	36 41	31 51	29 39

7. Методика расчета основных параметров сортиментных пучковых плотов.

Транспортировка древесины в плотах в современных условиях является эффективным способом доставки сырья потребителю.

В курсовом проекте предполагаются плотовые поставки на рейд приплава в объемах поступления древесины на участки лесосплавного рейда.

Требуется: рассчитать нагрузки, возникающие при транспортировке сортиментных плотов, подобрать такелаж, представить технологическую схему формирования пучков и плота; рассчитать необходимое количество рейсов, представить схему плота и его креплений.

1. Расчет параметров пучков для сортиментного плота.

Объем пучка

,

где – ширина пучка, м; – высота пучка, м; – длина пучка ( ), м; – соотношение осей поперечного сечения пучка; – коэффициент полнодревесности пучка.

Откуда высота пучка, м

,

ширина пучка, м

.

Осадку пучка определяем, м

,

где и - плотность древесины и воды, кг/м³;  - поправочный коэффициент, зависящий от объемного веса древесины (при = 700 – 800 кг/м³;  = 0,935).

Усилие, возникающее в каждой из двух обвязок пучка, Н

,

где K_с - коэффициент сжатия бревен (для бревен в коре K_с = 1,5, для окоренных K_с = 1,05); g = 9,81 м/сек² - ускорение силы тяжести.

Разрывное усилие, Н

,

где m - коэффициент запаса прочности (m = 3 - для проволоки и канатов, m = 4 - для цепных и прутковых обвязок).

Длина обвязки, м

,

где m₁ = 0,10…0,12 – коэффициент запаса прочности обвязки; S - периметр поперечного сечения пучка, м

.

Число брёвен в пучке с достаточной для расчёта точностью можно определить

.

7.2 Навигационная глубина акватории на рейдах.

Минимальная навигационная глубина в местах установки лесосплавных машин и оборудования, сплотки, формирования и отстоя плотов определяется

,

где - максимальная осадка плота ( ), м; - навигационный (донный) запас под пучками (табл. 7.2), м; - запас глубины на заносимость (зависит от интенсивности отложения наносов в период навигации =0,2…0,3), м; - запас глубины на волнение (не учитывается при )

,

- расчетная высота волны на акватории, м; - запас глубины на сгон ( =0,3…0,5), м; - запас глубины на засорение при эксплуатации акватории ( =0,1…0,2), м.

Значение донного запаса

Таблица 7.2

Осадка пучка или плота, м	сортиментный	хлыстовой
До 1,5 От 1,5 до 3,0 Свыше 3,0	0,20 0,25 0,30	0,40 0,45 0,50

3. Расчет сопротивления при буксировке пучкового плота.

Общее сопротивление движению плота при буксировке определяется как сумма следующих сопротивлений

,

где - сопротивление трения от движения пучкового плота, Н; - сопротивление движению плота от встречного ветра, Н; - сопротивление плота от встречного волнения, Н; - дополнительное сопротивление от движения буксировщика, Н; - дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного ветра, Н; - дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного волнения, Н.

Сопротивление трения пучкового плота на спокойной воде, Н

,

где - коэффициент сопротивления формы, зависящий от ширины плота и осадки плота (таблица 7.3);

Значение коэффициента сопротивления формы в зависимости

от ширины плота и осадки плота

Таблица 7.3

	1	10	20	40	60	100	200
	1,10	1,40	1,55	1,72	1,80	1,88	1,96

- площадь погруженной части поперечного сечения плота, м²

;

- коэффициент сопротивления трению между древесиной и водой, ( =0,009); - площадь смоченной поверхности плота, м²

;

- плотность воды, ; - скорость движения плота на спокойной воде, можно принять ; - скорость буксировщика при движении с плотом , - длина плота, м.

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

,

где - длина и ширина пучка, м; - количество пучков в секции по ширине и длине.

Осадку плота можно принять равной осадке отдельного пучка .

Сопротивление движению плота от встречного ветра, Н

,

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

;

- высота плота, можно принять , м; - высота отдельного пучка, м; - коэффициент сопротивления трению воздуха ( =0,02); - площадь трения, подверженная активному воздействию ветра, м²

;

- расчетная скорость встречного ветра, ; - плотность воздуха ( =1,225), .

Сопротивление плота от встречного волнения, Н

,

- коэффициент волнового сопротивления, зависящий от высоты волны и скорости движения плота (табл. 7.4).

Значения в зависимости от высоты волны

и скорости движения плота

Таблица 7.4

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

Дополнительное сопротивление от движения буксировщика, Н

,

где - коэффициент трения буксировщика (для стальных судов ); - площадь смоченной поверхности буксировщика, м²

при ,

при ;

- длина, ширина и осадка буксировщика, м; - коэффициент полноты водоизмещения буксировщика; - скорость движения буксировщика, ; - коэффициент остаточного сопротивления

;

- площадь погруженной части мидель-шпангоута, м²

;

- коэффициент полноты плоскости мидель-шпангоута; - число Фруда

;

- ускорение силы тяжести, .

Дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного ветра, Н

,

- площадь проекции надводной части буксировщика на плоскость мидель-шпангоута, м². В нашем случае примем

.

Дополнительное сопротивление движению буксировщика от встречного волнения, Н

.

Удельное сопротивление воды движению плота является его качественной характеристикой, Н

,

- объем древесины в плоту, м³

,

где - коэффициент полнодревесности плота.

3. Определение необходимого количества рейсов.

Для решения этой задачи, в первую очередь, необходимо определить оптимальную скорость буксировки плота для чего строится совмещенный график силы тяги на гаке буксировщика и сопротивления при движении в зависимости от скорости .

Тяговые характеристики для некоторых буксировщиков приведены на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Тяговые характеристики некоторых лесосплавных судов.

Общее сопротивление, возникающее при буксировке плота, в значительной степени зависит от скорости буксировщика.

Для построения графика необходимо рассмотреть диапазон изменения скорости буксировки от 0 до 1,4 с шагом 0,2 . Результаты заносятся в таблицу 7.5.

Зависимость сопротивления от скорости буксировки

Таблица 7.5

,	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4
,кН

Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения кривых на ось, покажет оптимальную скорость буксировки плота по заданным характеристикам .

Общее время на оборот судна определяем, с

,

где - длина дистанции, м; - скорость буксировки, ; - максимальная скорость движения буксировщика в порожнем состоянии, определяется из условия (рис. 1), ; - время на вспомогательные работы (зацепку, отцепку плота), с.

Объем древесины перевезенной за один рейс, м³

;

- коэффициент полнодревесности плота.

Необходимое количество рейсов

,

где - общий объем древесины, подлежащий транспортировке в плотах, м³.

3. Расчет формировочного такелажа.

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

.

Сила тяги буксировщика через буксирные канаты передается продольным и поперечным креплениям плота. Величина натяжения в креплениях плота зависит от способа учалки буксирного каната.

На рис. представлен наиболее распространенный способ учалки для озерных плотов за два буксирных каната, укрепленных за бортовые лежни.

Рис 7.2. Схема учалки для озерных плотов за два буксирных каната.

В этом случае усилия определяются:

в буксирных канатах, Н

;

в продольных бортовых лежнях, Н

;

сжимающие головную часть плота, Н

;

в усах-растяжках, Н

.

Оптимальная длина буксирного каната при транспортировке плота определяется исходя из мощности буксировщика (табл. 7.6).

Значения в зависимости от мощности буксировщика

Таблица 7.6

, кВт	До 100	220	331	441	588	883
, 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, Н

.

При выборе такелажа необходимо задаться коэффициентом запаса прочности и количеством внутренних тросов и лежней, поэтому

,

,

,

где - количество внутренних тросов и лежней (для буксирных канатов и усов-растяжек =1, продольных бортовых лежней =2).

По разрывным усилиям подбирается необходимый такелаж.

Длина счала «восьмерка» определяется, м

,

где - количество пучков в ряду; - длина цепной наставки ( ), м; - периметр пучка, м

;

- ширина и высота пучка, м.

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

,

где - длина свободного конца счала ( =1,5…5,5), м.

Длина счала «в обхват», м

.

8. Расчет рейда приплава.

Рейды приплава являются конечным пунктом транспортировки леса, в которых лесоматериалы выгружают на берег в цеха сырья деревообрабатывающих комбинатов либо с последующей транспортировкой сухопутным транспортом.

В курсовом проекте вся древесина, отправляемая с берегового склада и лесосплавного рейда, поступает на рейд приплава.

Требуется: представить схему работы рейда с компоновкой основного выгрузочного оборудования и расчета количества рабочих, занятых на основных операциях.