книги из ГПНТБ / Донской И.П. Водный транспорт леса учебник
.pdfКозлы, применяемые в качестве стационарных дополнительных русловых опор, представляют собой трехногую опору из бревен. Одна нога, передняя, делается длиной 5—6 м, а две другие, зад ние, по 2,5—3 м-. Козловые опоры применяют на участках рек
Рис. 81. Схема бона с центральным механизированным управлением реями:
1 — бон; 2 — лебедка; 3 — б л о к ; |
4 — трос; 5 — п о д к о с ; |
6 — каток подкоса; 7 — направляю |
щие |
для катков подкосов; |
8 — рея- |
СО спокойным течением при глубинах воды до 1,5 м и нагрузках до 0,5 т. Во избежание опрокидывания у козел делают брусчатую пло щадку, загружаемую камнем.
§ 3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БОНОВ
Общие сведения о сопротивлении тел, обтекаемых жидкостью.
Установленный в реке бон представляет собой тело, на которое воздействует речной поток, ветер и плывущий лес. Для определе ния влекущей силы воды или ветра R, действующей на тело (или в случае перемещения тела для определения силы сопротивления движению), в гидродинамике применяется зависимость
|
R = cS^-, |
|
(137) |
|
где |
с — коэффициент сопротивления |
(безразмерный); |
||
|
р — плотность воды; |
|
|
|
|
р = 1Q0Q н ' с |
е к 2 , |
|
|
|
|
л* |
|
|
|
S — характерная площадь |
обтекаемого тела, мг\ |
|
|
|
v — скорость течения воды |
или |
скорость ветра, |
м/сек. |
Для плохо обтекаемых тел, какими, например, |
являются бон |
|||
или |
пластинка, поставленные |
нормально к направлению потока, |
||
в качестве характерной площади обтекаемого тела обычно прини мается площадь его поперечного сечения, нормального к направ лению движения. Эта площадь называется площадью миделя и обозначается знаком В этом случае преобладающими являются нормальные давления и сопротивление носит название сопротивле
ния |
давления. При |
этом формула |
сопротивления |
принимает вид |
|
|
Д = £ й ^ , |
(138) |
|
где |
£ — коэффициент |
сопротивления |
давления. |
|
13Q
Для хорошо обтекаемых тел (корабли или пластинки, располо женные в потоке параллельно течению) в качестве характерной площади принимается смоченная поверхность тела F. В этом слу чае преобладающими являются силы трения, вызванные действием сил вязкости в слое воды, граничащем со смоченной поверхностью тела, и направленные касательно к этой поверхности. Такое со противление носит название сопротивления трения. В этом случае формула сопротивления может быть представлена так:
R = fF^-, |
(139) |
где f — коэффициент сопротивления |
трения. |
Для тел, плохо обтекаемых, но значительно удлиненных в на правлении движения, когда нельзя пренебрегать ни сопротивле нием давления, ни сопротивлением трения, суммарное сопротивле ние можно определять по формуле
Я = ( Б й + / ^ . |
(140) |
Значения коэффициентов сопротивления £ и f колеблются в ши роких пределах. Например, коэффициент £ в зависимости от формы
тела изменяется от 2 |
(для пластинки, поставленной нормально |
к направлению потока) |
до 0,03 (для хорошо обтекаемого тела кап |
левидной формы). Коэффициент / в зависимости от шероховатости |
|
поверхности |
также колеблется в зачительных пределах. Так, для |
плавающего |
ряда бревен, расположенных нормально к направле |
нию течения, этот коэффициент оказывается равным 0,020—0,025, |
|
а для гладкой пластинки — 0,003 и даже менее. |
|
Необходимо отметить, |
что численные значения |
коэффициентов |
|
с, £ и f при современном |
состоянии |
гидродинамики |
не могут быть |
установлены теоретическим путем, |
и для их определения прихо |
||
дится прибегать к постановке специальных опытов.
Из уравнения (137) общий коэффициент сопротивления дви
жения |
|
с = - ^ - . |
(141) |
Таким образом, определяя величину сопротивления и скорость равномерного движения и зная также величины р и 5, можно определить в каждом отдельном случае значение коэффициента сопротивления с.
Для тел плохо обтекаемой формы моделирование осуществ ляется обычно по закону подобия Фруда, так как в этом случае коэффициент сопротивления не зависит от числа Рейнольдса [57].
Кроме указанных выше сил сопротивления давления и сопро тивления трения, на тела, плавающие на свободной поверхности жидкости, действуют волновые сопротивления. Однако эти сопро тивления вследствие их незначительной величины учитываются
131
несколько повышенными опытными значениями коэффициентов сопротивления давления.
В практике лесосплава наибольшее значение имеет гидродина мический расчет бонов реевого типа. Поэтому в дальнейшем изло жение ведется в основном применительно к реевым бонам. По рас чету же многоопорных бонов даны указания в конце этого пара графа.
Гидродинамический расчет реевого бона. Этот расчет опреде ляет силы, действующие на бон и реи, для определения количе ства и размеров рей, которые способны удержать бон в заданном положении, а также для определения нагрузки на головную опору.
Для гидродинамического расчета реевого бона должны быть предварительно установлены:
1) средняя поверхностная скорость течения v в пределах сплавного хода на участке размещения бона и расчетная скорость
ветра |
ив ; |
|
|
бревен |
по ширине, |
наличие |
||
2) |
конструкция бона (количество |
|||||||
козырька и его тип), ширина |
его |
Ъ и осадка |
/; |
|
|
|
||
3) |
угол а между боном и направлением |
течения, при |
котором |
|||||
не происходит подныривания |
бревен |
под бон; |
угол |
определяют |
||||
в зависимости от осадки бона и скоростей течения; |
|
|
||||||
4) длина бона L, определяемая в зависимости от намечаемой |
||||||||
степени перекрытия боном ширины реки |
и |
допустимого угла |
||||||
между боном и направлением течения; |
|
tv |
|
|
|
|||
5) |
размеры рей: их длина |
/р |
и осадка |
(этими |
размерами |
|||
в известных пределах при расчетах можно варьировать). |
|
|||||||
Определение сил, действующих |
на реевый |
бон. При |
гидродина |
|||||
мическом расчете реевого бона, поставленного под углом к на
правлению течения |
(рис. 82), обычно |
учитывают следующие дей |
|||
ствующие на него силы: |
|
|
|
||
1. Нормальную и параллельную оси бона составляющие силы |
|||||
воздействия потока |
на бон Р Х п и Р ц п |
|
|
||
2. Нормальную и параллельную оси бона составляющие силы |
|||||
воздействия на бон плывущего вдоль |
него |
леса P±JI |
и Р цл , дости |
||
гающие |
наибольшей |
величины, когда |
лес временно останавли |
||
вается возле бона. |
|
|
|
|
|
3. Силу воздействия ветра на бон |
и на плывущий вдоль бона |
||||
лес Р^я; |
направление ветра и силы Р±и |
принимают |
нормальным |
||
к бону, так как в этом случае сила воздействия ветра достигает наибольшей величины.
4. Силы воздействия потока на реи; нормальные составляющие этих сил обозначим через Р х р .
Приведем расчетные зависимости для определения указанных сил, действующих на реевый бон, и численные значения опытных коэффициентов сопротивления в этих зависимостях. Воспользуемся при этом опытными данными ЦНИИ лесосплава. Численные зна чения входящих в эти зависимости расчетных коэффициентов со противления — безразмерные.
132
1. Нормальная составляющая силы воздействия потока на бои определяется по формуле
PXn |
= yLsma?j, |
(142) |
где £б — коэффициент сопротивления давления, |
зависящий от |
|
угла а и осадки |
бона t, м (табл. 10); |
|
v — скорость течения, |
м/сек; |
|
р — плотность воды, |
1000 Н- сек^/м'1; |
|
L — длина бона, м. |
|
|
Рис. 82. Схема расчета реевого бона
2. Параллельная оси |
бона |
составляющая силы |
воздействия |
потока на бон Рцп определяется по формуле |
|
||
Р 1Ы |
= f6bL |
cos а9-^, |
(143) |
где fg — коэффициент сопротивления трения; для бонов без ко зырька /б = 0,018, а для бонов с козырьками /б = 0,025—0,030; b — ширина бона.
3. Нормальное давление на бон |
Р х л |
плывущего |
вдоль него |
||
леса определяется по формуле |
|
|
|
||
|
Р |
1 л = / А ^ п |
а ^ |
, |
(144) |
где Ьл |
— ширина полосы |
леса, проплывающего вдоль |
бона, м; |
||
/ л |
— коэффициент сопротивления |
трения. |
|
||
133
Таблица \Ь
Значения безразмерного коэффициента сопротивления бона в зависимости от его осадки t и угла атаки а
Тип |
бона и осадка t, м |
|
|
|
|
З н а ч е н и е fg |
при у г л е |
|
атаки |
а, |
град |
|
|||||||||
|
|
|
10 |
|
|
15 |
|
|
20 |
|
25 |
|
30 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Однорядный |
бон ^ = 0,25: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
с числом |
бревен |
п — 4. . |
0,38 |
|
0,41 |
0,45 |
|
0,49 |
|
0,52 |
|||||||||||
|
» |
» |
п = 6 . . |
|
0,43 |
|
0,47 |
0,51 |
|
0,55 |
|
0,59 |
|||||||||
Бон с козырьком |
из |
одного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
бревна |
/ — 0,4 |
|
|
|
|
|
0,44 |
|
0,48 |
0,55 |
|
0,62 |
|
0,74 |
|||||||
Бон с козырьком |
/ = |
0,6 |
. • |
0,50 |
|
0,56 |
0,65 |
|
0,77 |
|
0,93 |
||||||||||
Значения коэффициента / |
л |
в зависимости от конструкции бонов |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реевый |
бон однорядный без козырька (/ = 0,25 м) |
. . . . |
|
0,014 |
|
||||||||||||||||
Реевый |
бон |
козырьком |
в одно бревно |
(/ = |
0,4 м) |
|
. . . . |
0,013 |
|
||||||||||||
|
» |
» |
»с |
|
» |
(t = |
0,5-=-0,6 |
м) |
Ьп |
|
|
|
0,006 |
|
|||||||
Расчетная |
ширина |
полосы |
леса |
|
определяется по |
фор |
|||||||||||||||
муле (82) или |
исходя |
из |
условия |
|
неразрывности лесосплавной |
||||||||||||||||
ленты по формуле |
|
|
|
t, |
|
_ |
бн^нРн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
i n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где b„, Ьл — ширина |
|
|
|
|
|
*сРс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
полосы |
|
леса в начале |
бона |
и в сжатом се |
|||||||||||||||||
|
|
чении, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Р Н ) |
Ро — коэффициенты |
заполнения |
водной |
поверхности |
плы |
||||||||||||||||
|
|
вущим |
лесом в начале бона и в сжатом |
сечении; |
|||||||||||||||||
кв, |
&с — коэффициент |
перехода |
от средней поверхностной ско |
||||||||||||||||||
|
|
рости к технической скорости движения |
бревен в на |
||||||||||||||||||
|
|
чале бона и в сжатом |
сечении. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
При ширине полосы леса ba<2 |
м величину Р1Л |
можно не учи |
|||||||||||||||||||
тывать, |
так как в этом |
случае |
вследствие |
изменения |
скоростного |
||||||||||||||||
режима |
у |
бона |
дополнительного |
давления |
от |
|
плывущего |
леса |
|||||||||||||
не наблюдается. При ширине полосы леса Ьл |
до 1 м можно |
даже |
|||||||||||||||||||
наблюдать, как плывущий лес уменьшает давление потока на бон.
4. Сила воздействия ветра на бон P i B |
и |
на |
плывущий вдоль |
|||
бона лес определяется по формуле |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
(145) |
где р в — плотность воздуха; |
|
|
|
|
|
|
|
р в = 1,3 |
Я • секг1м'\ |
|
|
|
|
коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от ско |
||||||
рости ветра |
vB; Д Л Я |
обычно принимаемых |
при расчетах |
|||
значений vB |
от 12 до |
16 м/сек |
значения / в |
составляют |
||
0,011—0,009. |
|
|
|
|
|
|
5. Сила трения о бои плывущего леса |
Р ц л |
определяется по |
||||
Формуле |
Р 1 | Л = И Р 1 Л + Р Х В ) , |
|
|
|
(146) |
|
134
где |
(х — коэффициент трения плывущего леса о бон, равный |
|
0,3-^0,4; |
Рх л — нормальное давление этого леса на бон, обусловленное
действием ветра на лес,
|
|
|
|
Р , |
= f u — • |
|
|
|
|
|
|
|
||
6, Нормальная |
.LB |
'Л Л |
2 |
воздействия |
потока |
на |
||||||||
составляющая |
силы |
|||||||||||||
рею Р ± |
р , поставленную под углом у к направлению течения, опре |
|||||||||||||
деляется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
р ° 2 |
|
|
|
|
|
(147) |
|
где |
|
£р — коэффициент |
сопротивления |
давления |
для реи |
|||||||||
|
|
(табл. 11); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
у = Р — а — угол |
атаки |
реи потоком; |
здесь |
|3 — угол |
между |
|||||||||
|
|
боном и реей, оптимальное значение которого, рав |
||||||||||||
|
|
ное |
0,5(90 + а ) , |
определяется |
из |
условия |
обеспе |
|||||||
|
|
чения максимального момента |
силы |
Р± Р |
относи |
|||||||||
|
|
тельно точки опоры |
бона, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
длина реи, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
осадка реи, м. |
|
|
|
|
|
|
Таблица |
И |
||||
|
|
Расчетный коэффициент сопротивления давления £р |
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
для реп при длине реи 6,5 м |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
З н а ч е н и е коэффициента |
£ |
при |
угле у. |
|
|||
К о н с т р у к ц и я бона |
н осадка реи / р , м |
|
|
|
град |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
35 |
|
|
40 |
|
Рея при |
4—6-бревенном |
боне |
t=0,25, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
tp- 0,50-4-0,60 |
|
|
|
|
0,95 |
|
1,00 |
|
|
1,07 |
|
|||
То же, при |
боне с козырьком в одно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
бревно |
t= |
0,4, tp = 0,50-4-0,60 |
. . . |
1,14 |
|
1,22 |
|
|
1,27 |
|
||||
То же, при |
боне с |
козырьком |
/ = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,6, tp - |
0,50-4-0,65 |
|
|
|
|
1,44 |
|
1,50 |
|
|
1,57 |
|
||
Определение количества рей. Количество рей i, размещенных на равных расстояниях по длине бона при заданных их размерах и необходимое для удержания бона под углом а к направлению потока, определяется из уравнения моментов, написанного отно сительно точки О (рис. 82):
Р ^ 0 . 5 L - / Р ^ (0,5/р + 0,5L cos R) = 0;
здесь
откуда количество реи
х б |
(148) |
|
p.Lp(cos;p + - i
Расстояние между реями равно
1 = -у- |
(149) |
Определение нагрузки на головную опору. Нагрузка на голов ную опору Rr, определяется из уравнения проекции на ось х всех сил, действующих на бон:
« r = P , n + ^ M + I ' P , p S I N P - |
( 1 5 0 ) |
Нагрузки на звеньевые соединения или заменяющий их канат могут быть определены по формуле (150) с учетом внешних сил, приложенных только к части бона от его конца до рассматривае мого соединения.
Гидродинамический расчет многоопорного бона. Этот расчет необходим для определения сил, действующих на бон, а также на головную и промежуточные опоры. Силы, действующие на много опорный бон со стороны потока, плывущего леса и ветра, опреде ляют по соответствующим формулам, приведенным ранее. Следует лишь отметить, что воздействие плывущего леса на многоопорный бон несколько больше, чем на реевый, что учитывается в формуле
(144) повышенным коэффициентом |
сопротивления / л , |
который для |
|||
многоопорного бона принимается |
равным 0,025. |
|
|||
|
Нагрузка на головную опору |
|
|
|
|
|
|
К=Р1а |
+ Р1й- |
(151) |
|
|
Нагрузка на одну промежуточную опору |
|
|||
|
|
R„ = P |
о'. |
(152) |
|
где |
рХб — нормальная |
нагрузка на |
1 /юг. м бона; |
|
|
|
/ — расстояние между опорами, м. |
|
|||
|
§ 4. СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ |
||||
|
ЛЕСОНАПРАВЛЯЮЩИХ СООРУЖЕНИЙ |
||||
Отдельные элементы наплавных |
лесонаправляющих сооруже |
||||
ний |
изготавливают на |
специально |
оборудованных |
строительных |
|
площадках. Основными работами при изготовлении отдельных звеньев этих конструкций являются: оторцовка, разметка и свер
ление отверстий, |
изготовление |
деревянных нагелей |
или |
болтов, |
|||
перемещение деталей |
и сборка |
конструкций, |
перемещение |
гото |
|||
вых конструкций |
по |
строительной площадке |
и спуск |
их |
в |
воду. |
|
Из этих работ механизированы оторцовка электропилами, раз метка и сверление отверстий сверлильно-разметочной установкой СУМИБ (сверлильная установка для механизированного изготов ления бонов) (рис. 83), изготовление деревянных нагелей двухпильным станком ДСН, перемещение бревен электролебедками. Болты изготовляют в механических мастерских.
Вариант схемы строительной площадки для |
изготовления |
звеньев нагельных или болтовых бонов приведен па |
рис. 84. Техно- |
136
логический процесс изготовления звеньев на такой строительной площадке заключается в следующем. Бревна из штабеля, оторцованные электропилой по установленному размеру, накатывают вручную на тележку 7, которая вместе с бревнами подается под разметочно-сверлильную установку 2. После просверливания от верстий для нагелей или болтов бревна на той же тележке несколько подают назад и скатывают на площадку 3 (где их хра нят до погрузки на вагонетки). Тележку возвращают к штабелю бревен А для навалки следующих бревен. В это время под разме-
Рис. 83. Сверлилыю-разметочпая |
установка: |
/ — сверлильный станок; 2— фиксатор; 3 — делительная |
рейка на тележке; •/ — тележка |
точно-сверлильную установку 2 подают вторую тележку с брев нами от штабеля 75. Просверленные бревна далее сваливают на площадку 3', аналогичную площадке 3.
Готовые бревна с площадок 3 и 3' |
вручную грузят |
на ваго |
|
нетки 4 и по рельсовому пути 5 при |
помощи лебедки 6 |
развозят |
|
на сборочные площадки 7, где и "собирают |
боны. Разметочно-свер |
||
лильную установку, лебедку и станок |
для |
изготовления |
нагелей |
обслуживает передвижная электростанция |
8. |
|
|
Комплексная бригада по изготовлению звеньев нагельных бо
нов состоит из 15 |
рабочих, которые расставлены так: на |
оторцовке |
и накатке бревен |
на тележки — 4, у тележек — 2, сверловщик— 1, |
|
у вагонеток — 2, на сборке бонов — 4, на изготовлении |
и подноске |
|
нагелей — 1, у лебедки и электростанции — Г. |
|
|
Для изготовления звеньев шпоночных и пакетных бонов следует применять ручной электроинструмент: электропилы, электроруба нок для передвижения деталей и конструкций по строительной площадке — электролебедки. Источником электроэнергии могут служить передвижные электростанции. Отдельные звенья бонов,
спущенные в воду весной перед |
началом |
лесосплава, |
соединяют |
и оснащают реями, после чего |
боны |
устанавливают |
на реке |
137
в рабочее положение. Опоры к этому времени уже должны быть построены.
Во время эксплуатации за наплавными лесонаправляющими сооружениями должен быть установлен надзор. При изменении уровня воды в реке иногда необходимо изменять угол между на правлением течения и боном или даже переставлять боны в дру гие места. Бывают случаи подныривания леса под бон и засоре ния рей. В связи с этим необходимо периодически очищать реи от задержавшегося возле них леса. Возможны и другие неполадки
;/ |
Из о |
К У ^ |
s |
8 6 |
|
|
А |
чь |
^т- |
^-а |
" - ^vSt/' |
7
Рис. 84. Вариант схемы строительной площадки для изготовления нагельных |
|
бонов: |
|
1— тележка; 2 — разметочно-сверлнльиая установка; 3, |
3' — площадки; 4 — вагонетка; 5 — |
рельсовый путь; 6 — лебедка; 7 — сборочная площадка; |
8 — передвижная электростанция |
в работе бонов. Все такие неполадки должны немедленно устра няться бригадой, обслуживающей боны.
Наплавные лесонаправляющие сооружения по окончании спла ва разбирают на отдельные звенья и вытаскивают на берег для просушки и зимнего хранения. Все деревянные и металлические части осматривают и ремонтируют, а такелаж тщательно очищают от ила, смазывают, складывают и убирают в закрытые помещения.
Поточная линия для изготовления нагельных бонов. Поточная линия создана конструкторским бюро треста Вычегдалесосплав. Основные элементы поточной линии следующие (рис. 85): буфер ная горка /, роликовый транспортер 2, автомат сверления от верстий 3, автомат прессовки нагелей 4, разрезной автомат 5, транспортер для удаления отходов 6 и пульт управления 7.
Технологический процесс изготовления бонов следующий. Оторцованные брусья по строго заданной длине поступают на буфер ную горку /, откуда их по одному подают на роликовый транспор
т е
тер 2, где бон собирают, соблюдая необходимую разгонку стыков. При передвижении ленты бона на величину, равную интервалу между нагелями, транспортер автоматически останавливается и включается сверлильный автомат 3. После сверления отверстия автомат возвращается в исходное положение и включается авто
мат прессовки 4. После запрессовки нагеля |
включается ролико |
вый транспортер и лента бона перемещается |
на расстояние, рав |
ное интервалу между нагелями. Далее рабочий цикл повторяется. Когда бон достигает заданной длины, включается разрезной авто мат, который отпиливает готовый бон.
Рис. 85. |
Вариант поточной |
линии для |
изготовления |
нагельных бонов: |
/ _ буферная |
горка; 2 —роликовый |
транспортер; |
3 — а в т о м а т |
сверления отверстий; 4 — |
автомат прессовки нагелей; 5 — разрезной автомат; |
5 — транспортер для удаления отходов; |
|||
|
|
7 — пульт управления |
|
|
Установленная мощность двигателей поточной линии 28 кет. Управление автоматической линией осуществляется с пульта уп равления. Производительность поточной линии 140—160 пог. м бона в смену. Обслуживает линию бригада из 3 человек.
Глава IX ЛЕСОЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ СООРУЖЕНИЯ
§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ЛЕСОЗАДЕРЖИВАЮЩИХ СООРУЖЕНИЙ
В конечных пунктах первоначального лесосплава лес задержи вают специальными наплавными лесозадерживающими сооруже ниями— запанями. Задерживать лес иногда приходится и в пути — в промежуточных пунктах. Акватория, используемая для приема и временного хранения бревен или сплоточных единиц, задерживаемых запанью и лесоограждающими сооружениями, называется лесохранилищем. Скопление в лесохранилище бревен или сплоточных единиц называют запанным пыжом. Иногда лес
1&>