Материал: 873
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ ЛЕСА
Методические указания к выполнению лабораторных работ по изучению разделов: «Плавучесть лесоматериалов»,
«Гидрология и гидрометрия» для студентов специальности 260100 — Лесоинженерное дело
Воронеж 2002
2
УДК 630*378.7
Папонов Н.Н., Мануковский А.Ю. Водный транспорт леса. Методические указания к выполнению лабораторных работ по изучению разделов: «Плавучесть лесоматериалов», «Гидрология и гидрометрия» для студентов специальности 260100 — Лесоинженерное дело.– Воронеж: ВГЛТА.– 2002, 28 с.
Предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине “Водный транспорт леса”. Они позволяют получить знания об основах транспорта леса по водной среде.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА
Рецензент начальник отдела Государственной экологической экспертизы комитета природных ресурсов по Воронежской области В.И. Воронин
Научный редактор д–р техн. наук, проф. В.К. Курьянов
3
ВВЕДЕНИЕ
Водный транспорт играет существенную роль в лесопромышленном комплексе Российской Федерации. На его долю приходится весомая часть доставляемых потребителям лесоматериалов в малолесные регионы. Водный транспорт лесоматериалов отличается от железнодорожного меньшими затратами материальных и трудовых ресурсов на единицу грузовой работы и не требует больших капитальных вложений. Высока роль водного транспорта в зонах со слабо развитой дорожной сетью.
Будущим специалистам-лесоинженерам необходимо иметь знания по основным разделам курса «Водный транспорт леса», а также практические навыки по расчёту, выбору и обоснованию конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров водного транспорта. Это поможет им в практической деятельности при организации лесозаготовок и реализации продукции.
Данные методические указания посвящены изучению методов определения плавучести лесоматериалов и скоростей течения воды в водотоках (реках). Они помогут студентам освоить важные разделы курса и приобрести навыки по определению показателей плавучести лесоматериалов, скоростей течения в лабораторных и производственных условиях.
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВУЧЕСТИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ
Цель работы: изучить методику, отработать умения и навыки определения количественных эксплуатационных показателей подготовленных (предназначенных) для сплава лесоматериалов.
Теоретические предпосылки. Термины и определения. Эффективность лесосплава (сроки и расстояние проплава, объём потерь от потопления, затраты, вид транспортных единиц и т.д.) определяется плавучестью лесоматериалов, т.е. способностью последних определённое время находиться на плаву, зависящей от плотности ρ древесины. Плотность материала — это количество вещества в единице объёма. Для древесины плотность
ρ = |
M + G + Mв |
, |
(1) |
|
|||
|
V |
|
|
где М, G и MB — масса древесинного вещества, воды и воздуха соответственно в объёме V образца (изделия) из древесины, кг.
Плотность древесины зависит от комплекса природно-анатомических, гидрометрических и других факторов: породы ПР, пористости П, влажности W, водопоглощения ВШ, влагопоглощения ВГ, водопроводимости ВП, ме-
4
стоположения Н по высоте (длине) ствола, условий лесопроизрастания У и т.д. В общем виде ρ можно выразить как функцию
ρ = f(ПР, П, W, ВШ, ВГ, ВП, Н, У…). |
(2) |
Плавучесть лесоматериалов обеспечивается |
|
ρ < ρКР < ρЖ, |
(3) |
где ρКР — критическая плотность, соответствующая началу перехода бревна из горизонтального положения на плаву в наклонное (начало потопления), кг/м3; ρЖ — плотность контактной среды (на лесосплаве — вода), кг/м3.
Традиционно плотность древесины определяется путём взвешивания и измерения геометрических параметров образца (изделия), что довольно-таки затруднительно в производственных условиях и для крупногабаритных изделий практически исключается.
Наиболее приемлемым и простым способом определения плотности сплавляемых лесоматериалов следует считать экспрессный линейногравитационный, основанный на использовании закона Архимеда и измерений надводной части hi образца (антиосадки), свободно плавающего в воде в вертикальном положении (рис. 1).
Рис.1. Схема измерения надводной части отрезка сортимента и действующих на него сил
Для плавающего тела равновесие будет обеспечиваться при условии (см. рис. 1)
Go = Fa, |
(4) |
где Go — масса образца, равная произведению его объёма Vo на плотность материала ρ, т.е. Go= Voρ = slρ, (s — средняя площадь поперечного сечения
5
образца длиной l), кг; Fa — выталкивающая сила (Архимедова сила), Fa= s(l – hi)ρв (ρв — плотность воды, равная 1000 кг/м3), Н.
Подставив значения Go и Fa в уравнение (4) и преобразовав его, получим зависимость для расчёта плотности древесины, имеющее вид
ρ = (1 – hi /l)ρв. |
(5) |
Для повышения точности измерения и расчёта ρ образец следует погрузить в воду дважды: сначала одним торцом (концом), а затем другим, и измерить величины h1 и h2 надводной части образца соответственно.
Затем находят среднее значение надводной части h при двух погруже-
ниях
h = |
h1 + h2 |
. |
(6) |
|
|||
2 |
|
|
|
При этом, h1>h2, а 0 ≤ h ≤1(зависит от формы образца). l
Плотность древесины ρоi отдельного образца вычисляют по формуле
ρo |
|
= 1 |
|
i |
|
|
h + h |
2 |
|
|
|
|
|
− |
1 |
|
ρ |
|
. |
(7) |
|
2l |
|
в |
|||||
|
|
|
|
|
|
Среднюю плотность партии лесоматериалов рассчитывают по формуле
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
∑ ρo |
|
|
|
ρ |
|
= |
1 |
i |
, |
(8) |
ср |
|
n |
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
где n — количество образцов.
Экспресс-способ определения плотности древесины как доминирующего критерия для лесоcплава отличается следующими достоинствами:
1.Оперативностью выполнения, простотой технического обеспечения и низкой операторской трудоёмкостью.
2.Возможностью использования в любом месте, без специальной подготовки или высокой квалификации исполнителя.
3.Отсутствие обязательного специального изготовления стандартных образцов установленных форм и размеров и не обеспечивающих плотности для круглых лесоматериалов или формирований из них.
Пользуясь зависимостью (7), требующей для реализации лишь элементарных линейных геометрических измерений образца, простейшими расчётами можно определить плотность лесоматериалов, находящихся в любом месте штабеля, разбросанных на лесосеке или на берегу водного объекта.
Лесосплав осуществляют как отдельными сортиментами россыпью (молевой лесосплав), так и специальными транспортными единицами, первичной из которых является лесосплавной пучок.