Понятие о плавучести лесоматериалов и лесотранспортных единиц

Плавучестью лесотранспортных единиц ЛТЕ - отдельное бревно или совокупность бревен, а также совокупность хлыстов или других сплоточных единиц - называется их способность определенное время находиться в заданном относительно водной поверхности положении.
Период времени, в течение которого ЛТЕ находятся в заданном относительно водной поверхности положении, определяется запасом плавучести и интенсивностью его изменения.
Запасом плавучести (ЗП) лесотранспортной единицы называется ее способность, впитав определенное количество влаги или приняв на себя груз, равный ей по массе, сохранять допустимое для лесосплава положение относительно водной поверхности. Уменьшение запаса плавучести лесотранспортной единицы ведет к нарушению положения ее относительно водной поверхности, и она тонет. Это явление носит название утопа, который иногда ведет к невозвратимым потерям лесоматериалов.
Запас плавучести зависит, прежде всего, от плотности древесины. Величина плотности древесины лесотранспортной единицы, при которой она не сохраняет заданного положения относительно водной поверхности и начинает тонуть, называется критической плотностью ρкр - пределом плавучести.
Запас плавучести определяется как разность между плотностью критической и начальной:

В зависимости от характера распределения плотности по длине ЛТЕ процесс погружения (утопа) может происходить горизонтально или наклонно (рис. 23).
При существенной разнице в плотности концов лесотранспортной единицы (ρпд - плотность подводной части и ρнд - плотность надводной части), что возможно при наличии градиента плотности по длине лесотранспортной единицы, она погружается при средней критической плотности ρкр < ρв первоначально одним концом. Если же градиент плотности отсутствует ΔρL = 0, то ЛТЕ погружается горизонтально.
Лесотранспортные единицы, погрузившиеся одним концом - «голованы», могут длительный период времени находиться в наклонном положении, а погружаясь одним концом на дно, они отстают от общей массы плывущих единиц и могут находиться в таком положении длительный период времени. При этом плотность надводной части ρнд может уменьшаться за счет испарения, а плотность подводной части увеличиваться, при этом средняя плотность ЛТЕ остается меньше плотности воды.
Установлено, что преобладающее количество одиночных бревен проходит стадию «голованов», то есть погружается первоначально одним концом. При этом комлевые бревна погружаются комлевым концом, вершинные - вершинным, а серединные - либо горизонтально, либо тем концом, к которому бревно ближе расположено, т.е. вершинным или комлевым.
Значения критической плотности, установленной экспериментально, приведены в табл. 9.

Плотность древесины отдельных деревьев в свежесрубленном состоянии (рис. 24), как и отдельных бревен, перед сброской в воду различна и колеблется в широких пределах, определяемых размахом колебания:

В любой большой партии лесоматериалов, характеризуемой средней величиной плотности в пределах размаха колебаний, имеется вполне определенное количество единиц, плотность древесины которых отличается от ее среднего значения в партии, как в меньшую, так и в большую стороны. Это свидетельствует о том, что распределение плотности древесины подчиняется закону распределения случайных величин, а научные исследования утверждают, что закон близок к нормальному распределению.
В интересах лесосплава без потерь от утопа необходимо знать вероятность появления в партии тех бревен - лесотранспортных единиц, которые не имеют запаса плавучести, а также учесть процентное содержание от общего их количества в партии с тем, чтобы исключить временно из обращения.
Отклонение плотности Δρ таких бревен (лесотранспортных единиц) от среднего их значения ρср составит

Древесина лиственных пород, лиственницы, хвойных тонкомерных сортиментов обладает высокой плотностью. В партиях леса этих пород (рис. 25) в отдельные месяцы заготовки содержится значительное количество бревен, не обладающих плавучестью, то есть имеющих плотность, превышающую критическую, которые утонут при пуске.
Такие партии леса обладают недостаточным запасом плавучести, а их лесосплав сопровождается большими потерями.
С целью организации водной доставки такой древесины рекомендуется производить подготовку ее перед пуском.

Виды и природа потерь. При проведении лесосплава потери круглых лесоматериалов вызываются нарушением технических требований по организации лесосплавных работ и действующих «Правил подготовки и приемки древесины к сплаву», а также способностью древесины как капиллярно-пористого тела впитывать воду, увеличивая при этом плотность до величины, превышающей предел плавучести. Исходя из физической сущности и анализа причин, потери можно разделить на три основные вида.
Потери от утопа - потери, обусловленные такими физическими свойствами древесины, как плотность и водопоглощаемость (интенсивность изменение плотности в процессе нахождения в воде); потери от утопа происходят при сброске, в пути, в передерживающих и лесозадерживающих запанях, при роспуске пучков.
Потери от утопа при сброске зависят от количества бревен с плотностью, превышающей критическое значение (предел плавучести) в сбрасываемой партии. Эти потери являются следствием плохой подготовки к сплаву леса с необеспеченной плавучестью.
Потери в пути и в запанях зависят от плотности, размаха колебания плотности бревен, пущенных в сплав, сроков нахождения их в воде. Эти потери являются следствием высокой плотности бревен и их водопоглощаемости при нахождении в воде.
Потери от утопа при роспуске пучков в пунктах приплава, при аварии пучков в пути зависят от количества бревен в пучке с плотностью, превышающей предел плавучести, и количества размолевавшихся пучков.
Технологические потери - потери, вызываемые недостатками технологии лесосплава и нарушением технических требований по его проведению. Эти потери возникают на складе, лесосплавных путях и в запанях.
К потерям на береговом складе или плотбище относятся: поломка бревен при производстве работ по штабелевке и сброске круглых лесоматериалов тракторами (до 5,8 %), лебедками (до 2,5 %), переруб бревен при производстве вспомогательных работ (0,6 %).
Кроме того, потери на складе часто вызываются несоответствием конструкции штабелей приемам работы и способам использования механизмов при сброске, когда необходимость полного сохранения древесины в процессе сброски не учитывается.
После сброски часть древесины (до 0,1 %) из-за неполной зачистки остается на складах.
Технологические потери в пути и на рейдах вызываются неустроенностью лесосплавных путей и нарушением технических условий на сплотку пучков и формирование плотов. Вследствие неустроенности сплавных путей происходят разнос бревен по поймам, обсушка в труднодоступных местах. По данным исследований, в русле после лесосплава остается до 0,5 % бревен, в том числе 0,4 % - в не доступных для освоения местах. К технологическим потерям на рейдах относят подныривание бревен под наплавные сооружения и вынос их за пределы дистанции, обслуживаемой лесосплавляющей организацией.
Эти потери возникают вследствие применения конструкций лесозадерживающих и лесонаправляющих сооружений, не соответствующих скоростному или волновому режимам водоема, а также вследствие несоблюдения правил их эксплуатации.
Технологические потери при авариях с плотами. Исследования, проведенные бывшим СибТИ, показали, что из 175 подвергнутых анализу плотов (объемом свыше 1,0 млн. м3) потери древесины при авариях плотов на р. Ангаре за 9 навигаций составили 14,5 %, в том числе потеряно по вине транспортной организации 11,8 %; по вине лесосплавляющей организации - 1,7 % и по стихийным причинам - 1,0 %.
Аварии по вине транспортной организации возникают вследствие нарушения Устава командами на судах, низкой квалификации комсостава, незнания плотового хода по трассе и отсутствия достаточного опыта в плотовождении.
Аварии по вине лесосплавляющих организаций возникают вследствие нарушения рейдами отправления технических условий сплотки пучков и формирования плотов.
В табл. 10 приведены данные по видам потерь.
Таким образом, основная масса потерь связана с естественной способностью древесины как капиллярно-пористого тела впитывать влагу и, увеличивая плотность, тонуть. Этот вид потерь может быть ликвидирован за счет подготовки древесины перед сплавом.

Технологические потери могут существенно снижаться в результате устройства лесосплавных путей и совершенствования технологии проведения лесосплавных работ.