Лабораторная работа №5
Тема: «Изучение конструкции и расчет реевого бона.
Требуется:
1. Вычертить схему конструкции лесонаправляющего сооружения и описать принцип работы и назначение каждого элемента.
2. Представить расчетную схему и определить их величины.
3. Рассчитать бон на прочность при действии поперечных продольных сил.
Для обеспечения надежности работы реевого бона производятся гидродинамический и статический расчеты.
I Гидродинамический расчет реевого бона.
Цель гидродинамического расчета - определить:
а) характер и величины сил, действующих на бон;
б) направления действующих сил и точки их приложения.
Исходные данные
Объем сплава, тыс м3 |
130 |
Средняя поверхностная скорость,м/с |
1,8 |
Средний диаметр бревен, см |
30 |
Расчетная скорость ветра, м/с |
12 |
Конструкция бонов (однорядный) |
6-ти бревенчатый |
Тип козырька |
Без козырька |
Угол установки бона, градусы |
15° |
Длина бона, метры |
120 |
Вид связей |
нагельное |
Диаметр бревен бона, см |
28 |
Длина реи, м |
4,5 |
Осадка реи, м |
0,5 |
Продолжительность сплава в сутки, м |
10 |
Нормальные составляющие силы, действующие на бон (рис. 1) определяются по формулам:
1.1 .От воздействия потока воды
п= Eδ*t*α*sin
где Eδ - расчетный коэффициент лобового сопротивления, зависящий от угла установки (а) и осадки бона Eδ =V(α,t) берется по графику и из таблицы (1, стр.83)
t - осадка бона, м зависит от наличия и конструкции козырька
№ |
Конструкция козырька |
Тип козырька |
Осадка бона |
I |
Без козырька |
- |
0,8 d |
II |
Однобревенный |
I |
0,4 d |
III |
Дощатый |
II |
0,55 d |
IV |
Брусчатый |
III |
0,65 d |
Рис.1.Расчетная схема сил действующих на реевый бон
где d – диаметр бревен бона, м
t=0,8 *d=0,8*0,28=0,224 м
п = 0,41*0,224*120*sin15*=4620,88 Н
где d - диаметр бревна бона, м;
L - длина бона, м;
р - плотность воды, р = 1000кг/м3;
V - поверхностная скорость потока воды, м/сек;
α- угол установки бона, град.
1.2. от воздействия проплывающего вдоль бона леса
где vл - расчетный коэффициент сопротивления трения леса о бон в
зависимости от конструкции бона:
для однородных без козырька - 0,70,
с козырьком I типа - 0,65,
с козырьком 2 и 3 типов - 0,30.
bл - расчетная ширина полосы леса, проплывающего вдоль бона.
где КЛ- коэффициент, учитывающий, какая часть проплывающего вдоль сооружения леса давит на наплавную часть КЛ =0,5-1.
NСУТ - суточный объем лесоматериалов, проплывающих по рассматриваемому участку пути, м3;
λ - коэффициент неравномерного проплава леса вдоль бона;
Т - продолжительность скатки древесины с приречного склада в сутки, час;
k — коэффициент перехода от поверхностной скорости течения к средней скорости движения бревен;
hусл - условная высота полосы проплывающих круглых лесоматериалов
V - поверхностная скорость потока воды, м/сек.
м
Н
1.3.от воздействия ветра на бон и на плывущий вдоль него лес
Расчетная скорость ветра, м/сек |
6 |
10 |
12 |
16 |
Значение VB |
0,0011 |
0,008 |
0,00075 |
0,0006 |
b - ширина бона, м
b = (0,8 - l,0)*n*db
где n - число бревен по ширине бона, шт;
db - средний диаметр бревна бона, м.
рв, - плотность воздуха, рв = 1,3 кг/м;
VВ — расчетная скорость ветра, м/сек.
b=0,9*4*0,28=1,008 м.
11,60 Н
где lл - расчетный коэффициент сопротивления трения леса о бон в зависимости от конструкции бона;
вл - расчетная ширина полосы леса, проплывающего вдоль бона, м;
L -длина бона, м. ,
Для дальнейшего расчета направление ветра и силу его воздействия выбирают наихудшее перпендикулярное бону или
Н
2. Продольные (параллельные) составляющие силы, действующих на бон.
2.1.От воздействия потока воды
где lб- расчетный коэффициент трения воды о бон, равный для однородных
по высоте бонов без козырька lб =0,9
тоже, для бонов с козырьками - lб =1 ,25 - 1,50.
170350,37 Н
2.2.0т воздействия проплывающего вдоль бона леса.
где μ - коэффициент трения плывущего леса о бон, μ=0,3-0,7
*(13919,36+11,60)=13930,96 Н
3. Нормальная составляющая действия потока на рею:
где Eр - коэффициент сопротивления давления на рею в зависимости от конструкции бона, осадки реи и угла у , Eр = l(у,t) принимаются по табл. (1,стр.84),
tp -осадки реи, м,
1Р- длина реи, м ;
γ - угол атаки реи потоком, град.
γ=β-α=52,5-15=37,5°
β=0,5(90+15)=52,5°
где β- угол между боном и реей, оптимальное значение угла по условию наивыгоднейшей работы реи равно
Н
4. Определение количества рей.
Требуемое количество рей (i) , размещенных на равных расстояниях по длине бона, при заданных или принятых размерах их, необходимое для удержания бона под утлом а к направлению потока воды, определяется по формуле:
lр - длина реи, м;
h - длина бона, м
28,61
Расстояние между реями равно:
м
> 4,19<4,5
5. Расчет нагрузки на головную опору и подбор лежня.
Нагрузка на головную опору определяется из уравнения проекции всех сил, действующих на продольную ось бона, и рассчитывается по формуле
13930,96+170350,37+4,19*2218,94*sin52,5=191657 Н
Н
Диаметр каналов лежня подбирается по разрывному усилию по соответствующим ГОСТ 2688-69, ГОСТ 3070-66, ГОСТ 3071-66.
Примем по таблице
Разрывное усилие, кН – 440,9
Диаметр, мм – 31,5
Масса, кг – 3,34
II. Статический расчет реевых бонов.
Цель расчета - определение размеров бона, обеспечивающих их прочность под действием сил, вычисленных гидродинамическим расчетом.
2.1 Поперечное сечение бревен бона проверяется по расчетному сопро-тивлению на изгиб по формуле:
где Мmах - максимально изгибающий момент, кгс М
а) при действии на лесонаправляющее сооружение (бон) равномерно-распределенной нагрузки
где интенсивность равномерно-распределенной нагрузки от деиствия потока воды, силы ветра и проплывающего леса,
l - расчетный пролет между опорами (реями)
0,21 Н*м
б) при действии сосредоточенных сил (удар сплоточных единиц)
где γдp - объемный вес древесины, кг/м3;
w - объем сплоточной единицы, м3 ;
V - поверхностная скорость течения потока, м/сек;
g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек2;
ϕ - величина возможного перемещения реевого бона в момент удара;
при W > 10 M3 и V > 1,5 м/сек ϕ = 1,5 м
Н
Н
в) при совместном действии равномерно-распределенной и сосредоточенной нагрузок
W – момент сопротивления
здесь:
n- число бревен в поперечном сечении;
Wбр = 0,1d3 =0,1* где d - диаметр бревна бона;
kw - опытный коэффициент, учитывающий влияние на прочность бона стыков бревен и элементов связи (1, стр. 85)
RИЗГ- расчетное сопротивление древесины изгибу вдоль волокон, принимается по СниП-П, 25-80 «Деревянные конструкции. Нормы проектирования».
W=0,84*4*0,0022=0,0074 м3
2.2 расчет прочности бонов при действии продольных нагрузок.
Под действием продольных нагрузок, вызывающих деформацию растяжения, боны обычно разрушаются от разрыва элементов связей (болтов, нагелей и т.д.).
-опытный коэффициент =0,8
- средний диаметр бревна, болта
Rсм - расчетные сопротивления древесины вдоль, поперек волокон и изгибу по СниП-П.25-80;
2.3. Расчет бонов при совместном действии продольных и поперечных нагру-зок производится по формуле:
где Σ- суммарная продольная нагрузка на бон, равная
=13930,96+170350,37=184281,33 H
FУСЛ- условная площадь поперечного сечения бона при растяжении
РДОП - допускаемая продольная нагрузка в зависимости от вида соединения (связей);
Rp - расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон, кгс/см2 по СниП-П.25-80.
=1,36/0,0074+184281,33/1=184465