Расчет крепления палубного груза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет крепления палубного груза

груз море вода палуба буксир шторм

1.1 Исходные данные

На верхней палубе между грузовым люком и фальшбортом поставлен тяжеловес длинной стороной вдоль борта.

масса ящика W=40 т

размеры l x b x h = 6,5 х 3,0 x 2,2 м

длина судна L=150,7 м

ширина судна В=20,0 м

высота надводного борта у груза hб = 2,0 м

высота надводного борта у форштевня hф = 5,0 м

период боковой качки T1 = 17 с

период килевой качки T2 = 8 с

координаты ц.т. ящика X=+22 м, Y=+7,5 м, Z=+9 м

высота волны hв = 8 м

удельное давление ветра (12 баллов) Рв = 150 кгс/м2

длина полубимса (балка лежит на двух опорах) L1 = 4,5 м

длина шпации L2 = 0,6 м

допустимая нагрузка на 1 м2 площади палубы Рдоп = 2,0 тс/м2

высота прокладочного материала у = 0,3 м

Определить:

1) силы, действующих на груз в продольном, поперечном и вертикальном направлениях;

2) Установить, будет ли достаточной прочность палубы для перевозки данного груза при заданной допустимой нагрузке на 1 м2 площади палубы;

3) Подобрать троса для крепления груза в поперечном направлении пятью самостоятельными шлагами, если груз расположен посередине пролета полубимса, при заданной высоте подкладочного материала, а обухи для крепления тросов расположены на концах полубимсов.

1.2 Определение сил, действующих на груз в продольном, поперечном и вертикальном направлениях

1.2.1 Суммарные силы, действующие по осям ОY и ОZ, при бортовой качке определяются по формулам:

где r- полувысота волны.

r =hв/2=8/2=4 (м)

Максимально возможный угол крена до заливания:

tgИ=2*hб/В=2*2,0/20,0=0,2 И=11,3є=0.2 рад

Сила давления ветра на груз:

F1=l*h*Pв=6,5*2,2*0,15=2,15 тс

Fy=40/9,81*(2*3.14/17)2*(0,2*9+4.0*0.1959)+40*0.1959+2.15=11.42 тс

F1z=40/9,81*(2*3.14/17)2*(0,2*7.5+4.0*0.9806)+40*0.9806=42.23 тс

1.2.2 Определим суммарные силы, действующие по осям ОХ и ОZ при килевой качке по формулам:

Определим максимально возможный угол дифферента:

=0.07 рад

Определим силу давления ветра на груз

1.2.3 Определим, будет ли достаточной прочность палубы:

а) определим площадь палубы S, на которую равномерно распределяется нагрузка от максимальной силы , по формуле

Число шпаций

тогда м2

б) определим нагрузку Р, приходящуюся на 1 м2 палубы от силы по формуле:

Рдоп = 2,0 тс/м2

Прочность палубы не обеспечена.

1.2.4 определим площадь палубы S на которую должна быть равномерно распределена нагрузка от силы , при условии, чтобы она не превышала Рдоп = 2,0 тс/м2

1.2.5 определим число шпаций , на которое должен быть положен груз, по формуле:

тогда

Принимаем n=10 шпаций (11 полубимсов).

При этом подкладочный материал должен быть уложен следующим способом; на каждый полубимс в поперечном направлении помещают брус размером , а сверху этих брусьев кладут два бруса размером в продольном направлении (рис. 1).

Рис.1. Схема застропки палубного груза

1.2.6 выполним проверочный расчет

Определим площадь по формуле:

определим нагрузку , приходящуюся на 1 м2 площади палубы :

Р1 = 1,99 тс/м2

Рдоп = 2,0 тс/м2

Прочность палубы обеспечена.

1.3 Подбор троса для крепления тяжеловеса в поперечном направлении

а) определим усилие , приходящееся на один найтов (шлаг) при
АВ =2,8 м; АС = 0,75;

cos ==0,259

б) определим разрывное усилие троса по формуле:

Рраб = кFраб = (4 ч 6) · 8,82 = 35,3 ч 53,0 тс

По таблицам ГОСТ 3064-80 выбираем трос типа ТК одинарной свивки конструкции 1*37 (1+6+12+18) диаметром 28 мм, разрывное усилие 490 кН или 49,9 тс.

2. По теме: “Буксировка судов морем”

2.1 Исходные данные:

	Буксирующее	Буксируемое
	«Андижан»	«Архангельск»
Водоизмещение Д, т	17400	12740
Длина L, м	147.3	130.3
Ширина B, м	19.7	17.5
Высота борта H, м	8.0
Ср. осадка Tcp, м	7.5	7.83
К-т полноты водоизмещения д	0.78	0.76
К-т полноты миделя в	0.97	0.95
Мощность ГД N, л.с.	9000	6300
Число винтов	1	1
Диаметр винта Dв, м	5.5	4.75
Шаг винта Hв, м	4.6	4.1
Скорость полного хода V, уз.	15.8
Лобовая площадь парусности A, м2	200.0	245
Число оборотов винта n, об/мин	120.0	115
КПД валопровода зв		0.97
КПД передачи зред		0.95
Скорость ветра Vв, м/с	16.0
Высота волны hв, м	7.0
Волнение, баллы	6.0

Необходимо определить:

а) скорость буксировки в условиях тихой погоды, и при действии ветра и волнения;

б) подобрать размеры буксирной линии, исходя из усилий, возникающих в ней, определить допустимую скорость буксировки, исходя из прочности буксирного троса, имеющегося на судне по нормам Регистра России;

в) при каком волнении возможна буксировка для принятой буксирной линии;

г) элементы буксирной линии для заданной высоты волны;

д) какие меры должны быть приняты при прохождении малых глубин.

2.2 Определение сопротивления движению судов на тихой воде

Упор винта на швартовых буксирующего судна

=5*(1,9-4,6/5,5)*0,87*9000/(5,5 *120)=63.1(тс)

где: Nе - эффективная мощность ГД буксирующего судна, л.с.

Ne=0.87Ni где: Ni- индикаторная мощность ГД, л.с.

Hв - шаг винта, м

dв - диаметр винта, м

n - число оборотов в минуту.

Сопротивление воды движению буксирующего и буксируемого судов по приближенным формулам.

Rо =6 *=6*ВТ*, (kN)

где: - площадь погруженной части мидель-шпангоута,

= ВТ

V - скорость буксировки, м/с

Сопротивление застопоренного винта буксируемого судна.

Rзв = 2,24, (kN)

dв - диаметр винта, м

V - скорость буксировки, (узл)

Результаты расчетов сопротивления движению судов при различных скоростях предоставлен в табличной форме. Расчет сопротивлений производится для скоростей до Vmax буксировщика или до суммарного сопротивления движению большего, чем упор винта на швартовых буксирующего судна:

Табл. 1

V уз	V м/с	Rб тс	тс	Rзв тс	4+5	R 3+6
1	2	3	4	5	6	7
0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
1	0.5	0.2	0.2	0.0	0.2	0.4
2	1.0	0.9	0.8	0.1	0.9	1.8
3	1.5	2.0	1.9	0.1	2.0	4.0
4	2.1	3.6	3.3	0.2	3.5	7.2
5	2.6	5.7	5.2	0.3	5.5	11.2
6	3.1	8.2	7.4	0.5	7.9	16.1
7	3.6	11.2	10.1	0.7	10.8	21.9
8	4.1	14.6	13.2	0.9	14.1	28.7
9	4.6	18.4	16.7	1.1	17.8	36.3
10	5.1	22.8	20.7	1.3	22.0	44.8
11	5.7	27.5	25.0	1.6	26.6	54.2
12	4.6	18.4	16.7	1.9	31.7	64.5

На основании табличных данных строим график сопротивлений в зависимости от скорости (Рис. 2) и находим максимальную скорость буксировки на тихой воде V=11,8 уз. При этом сила тяги на гаке буксирующего судна будет равна 32 тс.

2.3 Определение сопротивления движению судов в условиях шторма

При действии ветра и волнения дополнительно учитываются ветровое и волновое сопротивления движению.

Ветровое сопротивление можно определить по формуле

(kN)

где: С - аэродинамический коэффициент, принимаемый равным

0,85 при ветре, направленном вдоль ДП судна.

- массовая плотность воздуха = 0,125 (кгс/м)

Рис.2. График сопротивлений на тихой воде

A - лобовая площадь парусности, ()

Vвет - скорость ветра, (м/c)

V - скорость буксировки (м/c)

Волновое сопротивление можно определить по формуле

м/c

где: K - гидродинамический коэффициент, зависящий от волнения.

1-2 балла = (0,1-0,2)

3-4 балла = (0,3-0,4)

5-6 баллов = (0,5-0,6)

- массовая плотность воды = 104,5 (кгс/м)

V - скорость буксировки, (м/c)

- площадь смоченной поверхности подводной части судна

= 1,05L(1.7T+B)

L - длина судна, (м)

T - осадка, (м)

B - ширина судна, (м)

- коэффициент общей полноты.

Сопротивление движению погруженной части буксирного троса

Rтр=4*lб *dт*V2,

где lб - длина погруженной части буксирного троса, dт-его диаметр.

lб=(R'б*hв)/Kи=32*7/0,38=589 (м)

где R'б=Rг=32 тс - с рис.2, hв-высота волн, Ки -- коэффициент игры троса, зависящий от усилия, возникающего в тросе, выбирается из таблицы:

Табл. 2

Рг ,тс	15	20	25	30	35	40
Ки	0,18	0,24	0,3	0,36	0,42	0,48

Прочность буксирного троса выбирается по Правилам Регистра России. Запас прочности должен быть равным 5 при тяге на гаке: Rг = 100 kN и менее или 3 при Rг = 300 kN и более.

Рраз= k*Rг=3*32=96 (тс) или 942 (кН)

По таблицам ГОСТ 3079-80 выбираем трос типа ТК-О конструкции 6 х 24 (0 + 9 + 15) + 7 о.с диаметром 48,5 мм, разрывное усилие 103,5 тс при временном сопротивлении разрыву 160 кг/мм2. Удельный вес троса q=7,81 кг/м.

Результаты расчетов сопротивления движению судов при различных скоростях в штормовых условиях предоставлен в табл. 3.

Табл. 3
V уз	V м/с	Буксирующее	Буксируемое судно	R 6+12
		Rб тс	Rвет тс	Rвол тс	Rб 3+4+5	тс	Rзв тс	тс	тс	Rтр, тс	7+8+9+10+11
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
0	0.0	0.0	2.7	0.0	2.7	0.0	0.0	3.3	0.0	0.0	3.3	6.1
1	0.5	0.2	2.9	0.0	3.2	0.2	0.0	3.5	0.0	0.0	3.8	7.0
2	1.0	0.9	3.1	0.1	4.1	0.8	0.1	3.8	0.1	0.1	4.9	9.0
3	1.5	2.0	3.3	0.3	5.6	1.9	0.1	4.0	0.2	0.3	6.5	12.1
4	2.1	3.6	3.5	0.5	7.6	3.3	0.2	4.2	0.4	0.5	8.7	16.2
5	2.6	5.7	3.7	0.8	10.1	5.2	0.3	4.5	0.6	0.8	11.4	21.5
6	3.1	8.2	3.9	1.1	13.1	7.4	0.5	4.7	0.9	1.1	14.7	27.8
7	3.6	11.2	4.1	1.5	16.7	10.1	0.7	5.0	1.2	1.5	18.5	35.2
8	4.1	14.6	4.3	1.9	20.8	13.2	0.9	5.3	1.6	1.9	22.9	43.7
9	4.6	18.4	4.5	2.4	25.4	16.7	1.1	5.5	2.0	2.5	27.9	53.2
10	5.1	22.8	4.8	3.0	30.5	20.7	1.3	5.8	2.5	3.0	33.4	63.9

Рис. 3. График сопротивлений в условиях шторма

На основании табличных данных строим график сопротивлений в зависимости от скорости (Рис.3.) и находим максимальную скорость буксировки в штормовых условиях V=9,9 уз. При этом сила тяги на гаке буксирующего судна будет равна 33,0 тс.

2.4 Определение силы волнения для принятой буксирной линии

При правильно выбранной длине троса должно выполняться условие

Дy + Дb ? hи (1)

где: Дy -- упругая игра троса,

Дb -- весовая игра троса

Весовую игру рассчитаем по формуле Крылова:

Дb=1/24* lб3 *q2*(R2доп+ R'2б)/ (R2доп* R'2б),

где Rдоп-допустимая нагрузка на трос; R'б-сопротивление буксируемого судна R'б =Rг =33 тс (с рис. 3)

Rдоп=0,5* Рраз=0,5*103,5=51,8 (тс)

Дb=1/24* 5893 *7,812*(51,82+ 332)/ (51,82* 332)=0,672 (м),

Упругую игру троса находим по закону Гука:

Дy=(Rдоп-R'б)* lб/(E*F),

где Е-модуль Юнга для стального троса 0,8*106 кг/см2; F=рdтр2/4= 18,5 см2-площадь поперечного сечения троса.

Дy=589*(51,8- 33)/(8*105*18,5)=0,748 (м)

Суммарная игра троса:

Дy + Дb=0,672+0,749=1,421 (м),

т.е. буксировка при принятой длине буксировочной линии возможна только при волнении до 1,42 м.

2.5 Определение элементов буксирной линии для заданной высоты волн

Постепенным удлинением буксирной линии с постоянной проверкой «игры» добиваемся выполнения условия

Дy + Дb ? hи=7.0 м

При lб=1188 м

Дy + Дb=7,012>7,0

2.6 Меры безопасности при прохождении мелководья

Определим минимальную допустимую глубину воды для принятой буксирной линии

Нмин=f-hг,

где f- стрелка провиса буксирного троса.

f=1,22*qв* lб/ Rг

где qв =0,87*q=0,87*7,81=6,79 (кгс/м) - вес погонного метра троса в морской воде;

f=1,22*6,79*589/343=15,09 (м)

hг - высота закрепления буксирного троса над поверхностью моря, 7 м Нмин=f-hг=15,09-7,0=8,09 (м),

т.е. буксировка безопасна при глубинах, превышающих 8.1 м. Если глубина будет меньше Нмин,то буксирный трос следует подобрать до такой длины, чтобы он не цеплялся за грунт.

3. По теме: “Снятие судна с мели”

3.1 Исходные данные:

Судно «Архангельск» следуя полным ходом, выскочило на мель. Судно сидит на грунте носовой оконечностью по длине 30 м, под кормой глубина 12 м, постепенно уменьшающаяся к носу. Пробоин нет.

Водоизмещение, т 12740

Длина между перпенд., м 130,3

Ширина судна, м 17,5

Мощность гл. двигателя, л.с. 6300

КПД валопровода 0,97

КПД передачи 0,95

Число оборотов винта об/мин 115

Шаг винта, м 4,1

Диаметр винта, м 4,75

К-т полноты водоизмещения 0,76

К-т полноты миделя 0,95

Продольная мет. высота, м 136

Поперечная мет. высота, м 0.97

Число тонн на 1 см осадки 19.1

Осадка до посадки на мель ТН, м 7,83

Осадка до посадки на мель ТК, м 7,83

Осадка после посадки, ТН, м 7,0

Осадка после посадки ТК, м 8,2

Глубина места отдачи якоря, м 16

Площадь парусности, м2 245

Высота кормы над водой, м 4

Грунт Галька

Якоря становые Холла, вес, кг 2*2650

Якорь запасной Холла, кг 1*5000

Длина якорных цепей, м 2*275

Калибр цепи, мм 60

Длина буксирного троса, м 200

Диаметр троса, мм 47,5

Вес 1 м троса, кг 6,8

Разрывное усилие троса, кгс 69700

Произвести расчет снятия судна с мели следующими способами:

· частичной разгрузки с учетом работы машины на задний ход и завоза якорей

· дифферентовкой;

· разворотом судна;

· работой буксира, в том числе и рывком,

Необходимо определить:

а) давление на банку (потерянное водоизмещение) и величину силы, необходимой для снятия судна с мели;

б) силу тяги заведенных якорей, длину троса и количество якорной цепи, которое следует завести дополнительно, если последние окажутся недостаточной длины,

г) число судов, необходимое для снятия судна с мели, если суда спасатели такие же, как аварийное судно,

д) определить количество груза, которое необходимо отгрузить с судна и переместить по судну, чтобы оно могло самостоятельно сойти с мели; проверить метацентрическую высоту после снятия груза.

3.2 Расчет усилий, необходимых для снятия судна с мели

Сила давления на банку (потерянное водоизмещение)

N1=100*q*(Tср-Тср1),где Tср и Тср1 средние осадки до и после посадки на мель

Tср=(7,83+7,83)/2=7,83 (м)

Tср=(7,00+8,20)/2=7,60 (м)

N1=100*19,1*(7,83-7,6)=439 (тс)

Дополнительное давление на грунт, обусловленное явлением присасывания, можно ориентировочно определить по формуле:

N2=(0,05ч0,25)* N1,

где коэффициенты 0,05 для гальки с песком, 0,25 для вязкой глины. В нашем случае (грунт - галька) принимаем 0,05.

N2=0,05* 439=22 (тс)

Общее давление на грунт N=N1 + N2=439+22=461 (т)

Усилие, которое необходимо создать для стягивания судна с мели, определяется по формуле:

где Fм - усилие для стягивания судна с мели; f1 -коэффициент трения покоя для различных грунтов, задается в табл. 2. [6] и для гальки равен 0,51.

=0,51*461=235,1 (тс)

Усилие, которое может обеспечить главный двигатель при работе на задний ход, определяется по паспортным диаграммам тяги и мощности силовой установки судна. Кроме того, это усилие можно определить по формуле:

Резх = 5,2*Мв/Нв (кгс),

где Нв - шаг винта, м; Мв - вращающий момент винта на швартовах, кг*м.

Мв =716,2 * Ni * зп * зв /п,

где Ni - индикаторная мощность, л.с.; зп п - КПД передачи; зв - КПД валопровода; п - число оборотов винта, об/мин

Мв =716,2*6300*0.97*0.95/115=36155 (кг*м)

Резх = 5,2*36155/4,1=45,9 (тс),

т.е. судно не может сняться с мели собственными силами за счет работы винта на задний ход.

3.3 Расчет держащей силы якорей

Fя=kя*Ря,

где Ря - вес якоря, тс; kя =2,8 - коэффициент держащей силы якоря Холла для каменистого грунта из табл. 4 [2]

Fя ст=2,8*2,65=7,4 (тс) для станового якоря Холла,

Fя зап=2,8*5,00=14,0 (тс) для запасного якоря Холла

Суммарное стягивающее усилие аварийного судна складывается из стягивающих усилия винта на заднем ходу и стягивающего усилия якорей. При этом, как правило, используют два якоря: один становой и один запасной. Окончательно имеем формулу:

Fс =Резх +Fя ст +Fя зап=45,9+7,4+14,0=67,3 (тс) < 235,1 тс,

т.е. судно не может сняться с мели собственными силами за счет работы винта на задний ход и стягивающим усилием якорей. Необходимо дополнительное усилие

Fдоп = Fм -Fс=235,1-67,3=167,8 (тс)

Длина цепного якорного каната должна быть такой, чтобы при приложении тягового усилия не возникала вертикальная составляющая в месте крепления каната к якорю, стремящаяся вывернуть якорь из грунта.

Рассчитаем минимальную длину якорной цепи (при условии, что угол ее наклона к якорю б = 0) по формуле:

,

где kц=1,2 - коэффициент запаса длины цепи; hм - глубина места отдачи якоря, м;

qц - масса одного погонного метра цепи в воде, т/м вычисляется по формуле:

qц=0,1*гст*щц,

где гст= 6,5 кг/см3 - удельный вес стали в воде; щц- площадь сечения якорь-цепи

щц= рd2/4=3,14*62/4=28,3 (см2)

qц=0.1*6.5*28.3=18.4 (кг/м)=0,0184 (т/м)

=188,2 (м)

т.е. запаса цепи достаточно, т.к. по условию длина якорной цепи на судне равна 275 м.

3.4 Расчет числа судов, необходимое для снятия судна с мели

Исходя из того, что суда-спасатели такие же, как и аварийное судно определим необходимое их количество.

Упор, развиваемый аварийным судном на переднем ходу:

Р = 4400*Nе/(Нв*п)=4400*0,87* Ni/(Нв*п)=4400*0.87*6300/(4.1*115)= =51148 (кгс)=51,1 (тс)

Дополнительное усилие для снятия при работе своей машиной составляет Fдоп = 168 тс. Необходимое число судов-спасателей определим из соотношения:

Z= Fдоп /Р=168/51=3,3

т.е. необходимо не менее 4-х судов. Для снятия аварийного судна достаточно и 1 судна такого же типа в данном случае, если применить динамическое воздействие (рывок), что позволяет достичь 4-6 кратного усилия против статически приложенного.

3.5 Расчет количество груза, которое необходимо снять с судна или переместить по судну, чтобы оно могло самостоятельно сойти, с мели

Масса груза, подлежащая снятию:

Ргр= Fдоп/f=168/0.51=329.4 (тс)

Дифферентовка:

Дифферент судна после посадки на мель = Tн1-Tк1=7,0-8,2=-1,2 (м)

Момент, дифферентующий на 1 метр:

М=7*q2/B=7*19.12/17.5=145.9 (тм/м)

Величина дифферентующего момента:

Мдиф =Н*М =136* 145.9 =19842 тм

Количество груза, подлежащее перемещению между пиками:

Р=Мдиф/L = 19842/130,3 = 152 т

Посадка судна после дифферентовки:

Tн2 =Tн1 +d/2=7,0+(-0,6)=6,4 (м)

Tк2 =Tк1 -d/2=8,2-(-0,6)=8,8 (м)

Список литературы

Б.В. Бекенский “Практические расчеты мореходных качеств судна”, изд. Морской транспорт, Л-д-1977 г.

Дунаевский Я.И. Снятие судна с мели. М., “Транспорт”, 1971 г.

В.Д. Казменко “Морская практика для инженера-судоводителя”, изд. Морской транспорт, Москва-1962 г., главы III, IV.

Сборник задач по управлению судами: Учебное пособие (Н.А. Кубачев и др.). - М. “Транспорт”, 1984 г.

Управление судном и его техническая эксплуатация. (Учебник, под общей редакцией А.И. Щетининой). - М., “Транспорт” 1983 г.

Управление судном: (Учебник, под редакцией В.И. Снопкова). - М., “Транспорт” 1991 г.

Размещено на Allbest.ru