4505
.pdfМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА»
ТЕХНОЛОГИЯ И МАШИНЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Методические указания к самостоятельным занятиям для студентов по направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств
Воронеж 2018
УДК 630*375:574
Мануковский А.Ю. Технология и машины водного транспорта[Электронный ресурс]:методические указания к самостоятельным занятиям для студентовпо направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, / А.Ю. Мануковский, Фед. Агентство по образованию, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 27 с.
Печатается по решению редакционного - издательского совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол от 2018 г.)
Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматикиФГБОУ ВО Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра 1 д.т.н., проф. Афоничев Д.Н.
Научный редактор д.т.н., проф. Сушков С.И.
1. Технологические расчеты рейда
Технологические расчеты рекомендуется выполнять для сортировочносплоточного рейда отдельно от сортировочно-формировочных устройств по наименьшим скоростям течения за весенний и летний периоды работы рейда для года 50%-ной обеспеченности среднегодовых расходов. Значения V для указанных процентов обеспеченности берутся из табл. 1.
Характеристика
Средний
расход воды, D
Отметка
уровня воды, Z
Средняя по живому сечению скорость течения, V
Ширина реки, B
Глубина реки, h
Гидравлические характеристики расчетного створа при среднемесячных (средне декадных) значениях расхода воды
|
Процент Обеспеченности |
|
Среднемесячные значения характеристик |
|
||||||||||
Еденица измерения |
04. |
|
|
05. (май) |
|
06. |
|
07. |
08. |
|
09. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
По декадам |
|
|
|
|
||
|
|
3 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
1,2,3 |
|
1,2,3 |
1,2,3 |
|
1,2,3 |
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м2/с |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м/с |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.
Средние
значения характеристик за период работы рейда
1.1.Технологические расчеты сортировочно-сплоточного рейда
В основу технологических расчетов рейда берется бесперебойная подача леса в объеме максимальной производительности сплоточных машин.
Выходными параметрами расчета являются: шириналесопропускныхворотзапани; сменная лесопропускная способность главного иподводящего коридоров,число сортировочных двориков; число сортировочныхворот;размерысортировочных двориков; расстояние между осямибоновсортировочногодворика, измеренноевдоль главного коридора;длинаглавного и подводящегокоридоров; общая площадь сортировочногоустройства; расчет крепленийсооружений рейда. Расчеты выполняются всоответствии с требованиямиучебника /3/ и инструкции /6/.
Ширину и количество лесопропускных ворот запани определяют исходя из условияпропуска черезних всегорасчетного объема леса в смену Nсм перерабатываемого рейдом, по формуле
bв Nсм / 3600 Vб q ,
где vб - скорость движения бревен, м/с (принимают v6 = 0,8vпов, vпов- поверхностная скорость воды без учета влияния рейдовых сооружений, 1,25
V);
q - количество леса, плотно размещаемого на 1 м2 поверхностиводы, м3/ м2 (q=0,785d, d-среднийдиаметр бревна, м);
- коэффициент заполнения лесом акватории вворотах, берется в зависимости от vбпо учебнику /3/.
Если по расчету окажется, чтоbв12м, то принимаютbв- 12м, а если bв> 15м, то следует принять двое ворот шириной по 12 м.
Лесопропускную способностьглавного сортировочного коридора ре- комендуется рассчитывать по формуле
F 2W / 1 q,
где q - средний объем бревна, м3;
n- коэффициент, учитывающий неплотное расположение щети,(при беспорядочном расположении бревен зависит отихскорости движения, - при v6= 0,4м/с,n = 1,5, при v6 = 0,6м/с n = 2, при v6 = 0,8м/с n = 2,5, а при движении в виде поперечной щетиn= 11,25).
d - средний диаметр бревна, м.
Установленная лесопропускная способность главного сортировочного коридора должна быть больше сменного грузооборота рейда (Nгк>Nсм). Если Nгк коридора окажется меньше грузооборота рейда, то следует принять два главных коридора (количество главных коридоров не может быть менее числа ворот запани), а если и два коридора не справляются, то необходимо предусмотреть установку цепных или канатных ускорителей. Ускорители необходимы и при скоростях течения менее 0,3 м/с.
Лесопропускную способность подводящих коридоров можно не рассчитывать. В данной работе поверхностные скорости в пределах акватории рейда условно считаем одинаковыми (на практике они разные). Следовательно, их лесопропускная способность будет примерно такая же, гак и у главного коридора (расчет лесопропускной способности главного и подводящих коридоров производится по одной и той же формуле).
Количество подводящих коридоров определяется числом сплоточных машин.
Количество сортировочных двориков определяют исходя из числа групп сортиментов, приведенных в задании /п.21/, процентного содержания леса в каждой группе, сменной выработки рабочих с учетом равномерной загрузки сортировщиков. На массовые сортименты можно отводить по 2-3 дворика.
Кроме того, необходимо предусмотреть 2-3 запасных дворика. Для облегчения труда сортировщиков в боковых воротах необходимо предусмотреть установку барабанных или струнных ускорителей.
Площадь сортировочного дворика определяют исходя из размещения в нем беспорядочной щетьи бревен в объеме не менее двух пучков наибольшего объема по формуле
F 2W / 1 q,
где - коэффициент заполнения дворика плавающим лесом, при беспорядочном расположении можно принять равным 0,55.
W - объем пучка, м3. При относительной плотности древесины = 0,85 и коэффициенте полнодревесностипучка = 0,6 может определяться по зависимости W = 0.75СТ2l, при этом, величина коэффициента формы (С) принимается студентом в зависимости от типа плотов регламентируемых заданием /п.14/, осадка (Т) берется из задания /п. 16/,а длина пучка (l) - /п.21/ (длина пучка считается равной длине бревна). При расчете максимального объема пучка в формулу следует подставлять максимальную длину бревен.
Длину дворика устанавливают делением его площади на ширину в свету, которую принимают равной 8 м.
Расстояние между осями бонов сортировочных двориков вдоль главного коридора рассчитывают по формуле
L (bд bб ) / sin ,
где bд и bб - соответственно ширина дворика и бона, м;
- угол между бонами сортировочных двориков и главного коридора (можно принять а=30°).
Длина главного коридора включает в себя расстояние от ворот запани до первого сортировочного дворика (25…35м) и часть длины главного коридора, к которой примыкают сортировочные дворики.
Количество подводящих коридоров определяется числом сплоточных машин.
Длину подводящего коридора от последнего дворика до сплоточной машины устанавливают исходя из размещения в нем поперечной щетью леса в объеме не менее, чем на два пучка максимального объема и рассчитывают по формуле
S 2W / q0 ,
гдеn - коэффициент, учитывающий не плотность щети(принимается n = 1,25); q0 - средний объем бревна, м3.
После выполнения расчетов разрабатывают и вычерчивают схему сортировочно-сплоточного рейда. При размещении лесоматериалов для погрузки в суда необходимо учитывать, что погрузке подлежат в первую
очередь сортименты с малым запасом плавучести, а также сортименты ценных пород.
Общую площадь сортировочного устройства устанавливают по ее схеме как сумму площадей, занятую всеми сортировочными двориками, главными и подводящими коридорами и наплавными сооружениями.
После проведения технологических расчетов подбирают по альбому /10/ типовые конструкции наплавных элементов сортировочного устройства, опор для его крепления и составляют ведомость потребного такелажа и сооружений по образцу табл. 8.
1.2.Технологические расчеты сортировочно-формировочного рейда
Технологические расчеты необходимо производить исходя из соответствия пропускной способности формировочных устройств, производительности сортировочно-сплоточного рейда и осуществления формировочных работ по схеме пучок - секция - плот.
В результате расчета устанавливают: лесопропускную способность головного узла формировочного устройства; число формировочных двориков и их размеры; число и размеры причалов для формирования плотов; силы, действующие на сортировочно-формировочное устройства и причалы; типы и число опор для крепления сортировочно-формировочных устройств и причалов.
Пропускную способность головного узла сортировочноформировочного устройства определяют отдельно для весеннего и летнего периодов по скорости движения пучков (vп), равной 0,8 наименьшего значения средней скорости течения, за рассматриваемый период для года 50% обеспеченности по формуле
Nсм 3600 t vn W/ mr,
где m - коэффициент, учитывающий интервал между пучками (m =1,5...2,0);
r - размер сплоточной единицы по диагонали, м. Значения vп берутся из табл. 5.
Число формировочных двориков принимается равным числу сортиментов с учетом объединения в одну секцию пучков разной длины.В случае необходимости можно допустить формирование секции из смешанных пучков - пиловочника со стройлесом, баланса с рудстойкой.
Ширину формировочного дворика принимают на 1,2 - 1,5 м большей наибольшей ширины секции, длину дворика, как наибольшую длину секции с учетом дополнительной длины для накапливания пучков за период сформированной лесотранспортной единицы, принимают равной 1,3 длины секции. При достаточной ширине акватории формировочные дворики
рассчитывают для двустороннего размещения секций. Габариты секций и плотов берут из задания.
Число причалов для формирования плотов принимают равным
Nсм Wсут / Wпл ,
где Wсут - наибольший суточный объем поступления леса на формировочный участок, м3;
Wпл- наименьший объем плота за навигацию, м;
- коэффициент, учитывающий неравномерность поступления секций и буксировщиков на участок (ti = 1,3).
Длину причала следует устанавливать по наибольшей длине плота. Общая длина фронта причальных сооружений определяется суммарной длиной причальных бонов и расстояний между отдельными причалами, устанавливаемыми из условия свободного вывода плотов на фарватер. При малых скоростях течения (<0,2 м/с) для продвижения пучков необходимо предусмотреть гидравлические ускорители.
1.3. Расчет креплений сооружений рейда
Расчет креплений сооружений рейда производят по наибольшим значениям скоростей течения за период работы рейда для года 5%-ной обеспеченности при навигационном объеме переработки более 1 млн. м3 и 10%- ной обеспеченности максимальных расходов воды при объеме менее 1 млн. м3. Значения скоростей v берутся из табл. 6. Расчет выполняют для сортировочно-сплоточного участка от формировочного.
1.Расчет креплений сортировочного устройства. На сортировочное устройство действуют влекущая сила воды R1 и ветраR2. При установке гасителей скоростей течения учитывают дополнительную влекущую силу воды , действующую на гасители. В результате на сортировочное устройство действует сила, равная
Влекущая сила воды R1, действующая на заполненное лесом сортировочное устройство с площадью равняется
R f |
p / 2, |
1 c |
|
где fc - расчетный коэффициент сопротивления воды, принимается равным 0,010...0,014;
v - поверхностная скорость потока, м/с; - плотность воды, кг/м1.
Общая площадь сортировочного устройства в плане вычисляется по формуле
где n - количество сортировочных двориков; - площадь одного дворика, м2;
- коэффициент, учитывающий площадь, занятую наплавными
сооружениями, = 1,3...1,5.
Влекущая сила ветра, действующая на сортировочное устройство, заполненное лесом, вычисляется по формуле
где - расчетный коэффициент сопротивления ветра, принимается равным 0,007...0,012;
- плотность воздуха, = 1,3 кг/м3; vв - скорость ветра, м/с.
При определении R2 направление ветра считают совпадающим с направлением скорости течения воды. Влекущая сила воды, действующая на одну группу гасителей из трех пластин, определяется по формуле
|
f |
|
2 |
|
R |
hl |
п |
; |
|
|
||||
з |
r |
|
2 |
|
|
|
|
|
где - расчетный коэффициент сопротивления воды, для групп гасителей из трех пластин с расстоянием между ними 3 м = 3,8 (для одиночной пластины гасителя = 11,75);
- высота и длина пластины гасители, м;
– плотностьводы, кг/м3;
- скорость течения на подходе к группе гасителей; для первой головной группы гасителей п б ( - бытовая поверхностная скорость, м/с; - коэффициент, учитывающий снижение скорости в коридоре вследствие сопротивления сетки, ), для последующих групп гасителей, установленных ниже, обычно на расстоянии 15...20 м одна от другой = (- коэффициент, учитывающий снижение скорости на расстоянии 15...20 м ниже гасителя, его значения приведены в табл. 2).
Число опор, необходимых для удержания сортировочного устройства, определяется по формуле
i R / F ,
1
где - держащая сила опоры.
Таблица 2
Коэффициент снижения скорости в зоне гасителя
v, м/с |
Значение |
для расстояний L,м |
|
|
|
|
|
2…10 |
|
15…20 |
|
|
|
||
|
|
|
|
0,8 |
0,75 |
|
1,0 |
|
|
|
|
1,0 |
0,64 |
|
0,9 |
|
|
|
|
1,2 |
0,53 |
|
0,76 |
|
|
|
|
1,4 |
0,46 |
|
0,65 |
|
|
|
|
Держащая сила опор – винтовых якорей берется из таблицы 3.
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
Характеристика винтовых якорей |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Характеристика |
|
|
Диаметр якоря, см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
35 |
50 |
88 |
|
|
|
|
|
|
Вес, H |
|
350 |
790 |
1900 |
5800 |
|
|
|
|
|
|
Держащая сила, кН |
|
60 |
120 |
300 |
600 |
|
|
|
|
|
|
2.Расчет креплений формировочного устройства. На формировочное устройство действует сила давления Rф, складывающаяся из влекущей силы воды R1ф, и ветра R2ф. Влекущая сила воды R1ф, действующая на формировочное устройство - бон с прикрепленной к нему секцией или линейкой плота, определяется по формуле
R |
[f(L |
nd F |
) Sw] |
pV 2 |
, |
|
|||||
1 |
б |
cм |
2 |
|
|
|
|
|
|
где - расчетный коэффициент трения, равный 0,009; Lб - длина бона, м;
n - число бревен в боне по ширине; d - диаметр бревен в боне, м;
Fcм - смоченная поверхность трения секции или линейки плота, м, =Lc (Вc+ 2Тc), (Lc,Вс и Тс- соответственно длина, ширина и осадка секции или линейки, м);
- коэффициент лобового давления, зависит от отношения Вс/Тс.
Вс/Тс. |
1 |
|
10 |
|
20 |
40 |
60 |
100 |
200 |
|
|
1,1 |
|
1,4 |
|
1,55 |
1,72 |
1,8 |
1,88 |
1,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- погруженная в |
воду площадь поперечного |
сечения секции,линейки, |
|||||||
плота, |
= ВсТс, м2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
- плотность воды, кг/м3; v - скорость течения, м/с.
Сила воздействия ветра на формировочное устройство R2 определяется по формуле
R2 f (Fб Fc ) в в 2 , 2
где - расчетный коэффициент сопротивления трения, равный 0,009;
Fб - площадь бона в плане, Fc =LcВс; обозначения Lб, n,d, Lc и Bc те же, что и в предыдущей формуле;
в - плотность воздуха, в = 1,3 кг/м;
в - скорость ветра, м/с.
Количество опор, необходимое для крепления формировочного дворикабона с прикрепленной к нему секцией устанавливается делением суммарной влекущей силы воды и ветра на бон и секцию на держащую силу опоры, взятой из табл. 11.
3. Расчет креплений причала. На причал, как и на формировочный дворик, действуют влекущие силы потока и ветра на бон и плот. Поэтому расчет креплений причала производится по формулам расчета креплений формировочного дворика. При этом вместо параметров бона и секции подставляются параметры бона и плота, т.е. длина, ширина и осадка плота и длина, и ширина бона. Величина держащей силы опоры берется также из табл.11.
Кроме крепления сортировочных и формировочных устройств от воздействия воды и ветра в продольном направлении, производят крепление их от смещения в поперечном направлении от действия боковых ветров, а также крепление от низовых ветров.
1.4. Выбор и расчет потребного количества механизмов для сортировочно-сплоточно-формировочного рейда
В соответствии с условиями работы рейда необходимо подобрать машины и механизмы для выполнения всех основных видов рейдовых работ: для сброски леса на воду, для подачи леса к воротам запани; для пропуска его через ворота запани и установки бревен в поперечную щеть; для продвижения по сортировочному и подводящему коридорам; для пропуска через боковые сортировочные ворота; для сплотки леса; для ускорения продвижения пучков и формирования из них секций и плотов; для изготовления оплотника.
Технические характеристики рейдовых машин и оборудования рекомендуется устанавливать расчетным путем или брать по нормам выработки/2/.
При подборе рейдовых машин следует ориентироваться на объем лесоматериалов, перерабатываемых на рейде за смену (см. табл. 9), и их производительность.