Теория и практика управления судном

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. Буксировка судов морем

2. Снятие судна с мели

3. Расчет крепления палубных грузов

Литература



1. БУКСИРОВКА СУДОВ МОРЕМ

1. Буксирная линия состоит из скрепленных между собой буксировочных тросов буксирующего и буксируемого судов.

2. Для крепления буксира используются браги, поэтому длину буксирной линии необходимо принимать равной сумме длин тросов обоих судов.

3. Буксировка производится с застопоренным винтом буксируемого судна.

4. Водоизмещение буксирующего судна принимать равным водоизмещению по исходным данным таблицы минус (№ -1) * 20 т, где № - номер по журналу или последняя цифра шифра зачетной книжки.

Номер буксирующего судна, согласно варианта (0) - 1;

Номер буксируемого судна - 3.

Необходимо определить:

1. Допустимую скорость буксировки на тихой воде -Vдоп.

2. При какой высоте волны возможна буксировка со скоростью - Vдоп.

3. При какой высоте волны возможна буксировка со скоростью V=1м/с.

Определение буксирного снабжения по правилам Морского Регистра Судоходства

Выбор размеров буксирных канатов морских транспортных (сухогрузных, наливных, пассажирских) и рыболовных судов производится в зависимости от характеристики снабжения

Nc = Д^2/3 + 2Bh_p+ 0,1Aw,

где Д - водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, т;

B - ширина судна, м;

h_p - условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки палубы у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более чем 0,25 B, м.

При определении величины h_p седловатость и дифферент не учитываются т.е. h_p следует вычислять как сумму надводного борта и высоту бортов всех ярусов надстроек, а также рубок, имеющих ширину свыше 0,25 В. Если рубка шириной более 0,25В располагается над рубкой шириной 0,25 В или менее, то высота последней в величину h_p не включается;

A_w - площадь парусности в пределах длины судна L, считая от летней грузовой ватерлинии, м².

Все морские суда длиной до 180 м должны быть снабжены буксирным канатом, который считается частью аварийного снабжения и используется соответственно только в аварийной ситуации. Суда длиной более 180м могут не иметь буксирного каната.

Длина буксирного каната l, м, вычисляется по формуле:

L = 160 + 0,035 N_c .



Результат вычисления округляется в обе стороны до ближайших 20м. Минимальная длина каната должна быть равна 180м, однако нет необходимости принимать её более 300м, даже если по, расчету она получается большей.

Поперечное сечение (диаметр) каната выбирают согласно его разрывному усилию Р_раз, кН, из условия

P _paз. = 0,59 N_c .

P _paз = 0, 59*1220 = 719,8 кН

Р _раз = 0,59 *800 = 472 кН

He следует выбирать канат с разрывным усилием менее 98 кН или более 1470 кН.

Ограничение разрывного усилия каната вызвано стремлением облегчить операции по передаче каната на буксирующее судно. Ограничение длины каната обусловлено тем, что в морской практике при буксировках на волнении в дополнение к буксирному канату используются якорные цепи.

ГОСТ 5.2333-80 рекомендует в качестве буксирных тросов, при использовании их без автоматических буксирных лебедок, стальные оцинкованные канаты двойной свивки типа ЛК (линейное касание), имеющие 6 х 30 = 180 проволочек и 7 органических сердечников (канат двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6 х 30 (0+15+15) + 7 о.с. (ГОСТ 3083-80)).

Для обеспечения гибкости каната предел прочности проволоки принимают не более 1175 - 1370 Н/мм².

Расчет максимальной и допустимой скорости буксировки на тихой воде.

Максимальная скорость буксировки V_max определяется силой тяги винта буксировщика, которая должна быть равна суммарной силе сопротивления буксируемого и буксирующего судов. Эта скорость определяется из паспортной диаграммы буксировки - графика зависимостей тяги винта буксировщика, сопротивления буксировщика и суммарного сопротивления буксировщика и буксируемого судна от скорости буксировки. Данные для построения диаграммы могут быть взяты из паспортнойдиаграммы буксирующего и буксируемого судов или получены расчетным способом в следующем порядке:

1. Определить сопротивление буксировщика на различных скоростях от нуля до полного хода V₀:

2. рассчитывается сопротивление на полном ходу:

R_o = N_e*з*з_в*з_p/V_o,

R_o = 4600*(0,885 - 0,00115*12*11,4)*0,98*0,99/7,4=439 -буксирующее судно

R_o = 2100*(0,885 - 0,00115*18*9,5)*0,98*0,99/7 = 200 - Буксируемое судно

где N_e - мощность двигателя, кВт; = 4600/2100

з_в= 0,98; з_p = 0,99 - коэффициенты полезного действия валопровода и редуктора; з - пропульсивный коэффициент, определяемой по формуле Лаппа:

з = 0,885 - 0,00115nv L;

где n- частота оборотов двигателя, L- длина судна.

- рассчитываются промежуточные значения сопротивления R для любой скорости хода по формуле:

R = AV²,



где А = R_o/V_o²

А = 439/54,8 = 8,01 - Буксирующее судно

А = (200 + 158,8)/49 = 7,3 - Буксируемое судно

R = 8,01*1² = 8,01

R = 8,01*2² = 32

R = 8,01*3² = 72,1

R = 8,01*4² = 128,1 Буксирующее судно

R = 8,01*5² = 200,3

R = 8,01*6² = 288,4

R = 8,01*7,4² = 439

R = 7,3 *1² = 7,3

R = 7,3 *2² = 29,2

R = 7,3 *3² = 65,7

R = 7,3 *4² = 116,8 Буксируемое судно

R = 7,3 *5² = 182,5

R = 7,3 *6² = 262,8

R = 7,3 *7² = 358

- определяется сопротивление буксируемого судна для тех же скоростей хода, что и буксировщика. Расчет производится аналогично предыдущему расчету для буксирующего судна, только к сопротивлению на полном ходу R_o добавляется сопротивление винтов буксируемого судна:

для застопоренного винта

R_зв = 0,25D² _вV_о²,

R_зв = 0,25*3,6²*7² = 158,8 - Буксируемое судно

где D_в - диаметр винта;



2. Составляем таблицу сопротивлений согласно приведенному образцу:

R_букс - сопротивление буксировщика;

R_бс - сопротивление буксируемого судна;

R? - суммарное сопротивление буксировщика и буксируемого судна.

3. Определяем силу тяги винта Р_е:

- при скорости полного хода V₀ она принимается равной сопротивлению R_o;

Сила тяги винта буксировщика Р_e, кН, равна его. сопротивлению на полном ходу. Во избежание грубых просчетов необходимо силу тяги винта Р_е рассчитать по контрольной формуле

P_e = 0,1N_e

P_e = 0,1*4600 = 460 кН

где^; P_e - сила тяги винта буксирующего судна, кН;

N_e - мощность силовой установки буксирующего судна, кВт.

- в швартовном режиме (при V=0) сила тяги Р_e0 , кН, вычисляется по формуле:

Р_e0 = 0,136N_e.

Р_e0 = 0,136*4600 = 625,6 кН

4. По данным таблиц сопротивлений и определенным двум значениям силы тяги винта построить паспортную диаграмму буксировки (рис. 1).



Рис. 1 Паспортная диаграмма буксировки

Точка а на диаграмме определяет равенство сил тяги винта и суммарного сопротивления буксировщика и буксируемого судна, поэтому ее абсцисса - это максимальная скорость буксировки на тихой воде.

Допустимая скорость буксировки V_доп рассчитывается из диаграммы, исходя из прочности (разрывной нагрузки) буксирной линии:

- отрезок аb соответствует сопротивлению буксируемого судна и равен в масштабе диаграммы натяжению буксирной линии, или тяге на гаке F_г при максимальной скорости буксировки. Й=41мм, что соответствует 170кН.

Контрольная формула:

V _доп = vP_e / A_Б + А_БС

V _доп = v460 / 8.01+7.3 = 3.8

где Р_е - сила тяги винта буксировщика на полном ходу, кН;

А_Б - коэффициент сопротивления буксировщика, определяемый как отношение силы сопротивления буксировщика на полном ходу, кН, к квадрату скорости полного хода, м/с. = 439/7,4² = 8.01

А_БС - коэффициент сопротивления буксируемого судна, определяемый аналогично А_Б, но с учетом сопротивления винта А_бс= 358/7² = 7.3

- для получения допустимой тяги на гаке F_{r доп} известное значение разрывной нагрузки троса Р_раз, из которого состоит однородная буксирная линия, или наименее прочного ее участка (при неоднородной буксирной линии. В данном случае это Р_раз буксируемого судна Р_раз =472) необходимо разделить на коэффициент запаса прочности k. Значение k определяется исходя из величины F_r:

-пpи F_r < 100кH - k =5;

-при F_r > 300кH - k = 3;

- при 100 < F_r< 300 кН значение k определяется интерполяцией.

F_r < 200

Получаем н=4.3

F_доп=Р_раз/н= 109.8 кН

Контрольная формула:

k = 3 + v 9 - 0,01Р_раз

k = 3 + v9 - 0,01*472 = 4,34

где Р_раз - разрывная нагрузка троса, кН.

- полученное значение F_{г доп} сравнивается с F_г:

- при F_{г доп} > F_г - V_доп = V _max

- при F_{r доп} < F_r значение F_{r доп} в масштабе диаграммы ставится между кривыми суммарного сопротивления и сопротивления буксировщика, как показано на рис. 1. Абсцисса отрезка cd определяет значение допустимой скорости буксировки на тихой воде. V_доп= 3.8. Контрольная формула:

V _доп =v F_г / А_БС

V _доп =v (472/4,34)/ 7.3 = 3.8



где А_БС - размерный коэффициент сопротивления буксируемого судна, определяемый как отношение величины сопротивления буксируемого судна с учетом сопротивления винта, кН, при скорости буксировки К_Б к квадрату этой скорости:

А_БС = R_БС / V_б²

А_БС = 358/7² = 7.3

3. Расчет Буксирной линии

Определение высоты волны, при которой возможна буксировка со скоростью V_доп = 3,8 м/с.

При буксировке на волнении из-за периодического изменении расстояния между судами, происходящего под действием волн, возникает динамические нагрузки в буксирном тросе. Доказано, что вследствие орбитального движения максимальное смещение каждого из судов а от равновесного положения не превышает половины высоты волны. При этом силы, смещающие судно, достигают такой величины, что воспрепятствовать им невозможно.

Буксир должен быть рассчитан так, чтобы он это смещение не ограничивал, т.е. чтобы расстояние между судами могло изменяться на величину 2а=h, ( h- высота волны) без того, чтобы в буксире возникали натяжения, превышающие его прочность, в противном случае буксир на волнении лопнет.

Как правило, за опасное натяжение принимают половину разрывного усилия троса. Весовая игра от изменения формы буксирной линии Дв=A'B'-AB, где АВ - расстояние между судами при Т₀=0,5 Р_раз.

Упругое удлинение при изменении нагрузки от F_г до 0,5Р_раз определяется по формуле:



Д_у= * L, где

d - диаметр троса, мм; L- длина троса; е = 37 кН/мм²- упругость троса.

Суммарная игра Д=Д_в+Д_у. Если Д›h, то усилие в буксирном тросе из-за орбитального движения на волне высотой h не превышает половины разрывного, т.е. буксировка возможна с расчетной скоростью и длиной буксирного конца.

Если Д<h, необходимо удлинить буксирный трос или уменьшить скорость.

По условию задачи линия состоит из двух разных тросов, т.е. неоднородна. Длина троса судна №1 =200м, вес одного погонного метра в воздухе 6,2 кг.

Длина троса судна №2 =180 м, вес одного погонного метра в воздухе 4,3 кг.

Вес одного погонного метра троса в воздухе: р₁=р*0,87.

Вес первого троса в воде равен 6.2* 0,87= 5,394* 9,81 = 52,9 Н.

Вес второго троса в воде равен 4,3* 0,87= 3,741* 9,81 = 36,7 Н.

Условно делим буксирную линию на четыре участка: АЕ,DE,DM и ВМ.

Участок DM - дополняющий фиктивный участок цепной линии ВМ. Точка М - вершина цепной линии ВМ, от которой отсчитывается величина Х для данной цепной линии. Две цепные линии МВ и DА соединяются в точке D без какого либо перегиба, т.е. одна цепная линия плавно переходит в другую.

Длина участка DE определяется по формуле:

?_m² - ?_ц² * 200²-180-²*

DE =?_x= 2 (?_m+ ?_ц)=2(200+180) = 14,4м.

DM=?_ф= ?_x* =14,4* = 20,7 м.

ВМ= ?_m+ ?_ф=200+20,7=220,7 м.

АЕ= ?_ц-?_х=180-14,4=165,6 м.

Расстояние между судами АВ=ВМ+АЕ=220,7+165,6= 386,3 м.

Усилие в тросах достигает опасной величины, равной половине разрывной нагрузки более слабого троса, т.е. Р_оп=Р_раз/2=472/2=236 кН.

Рассчитываем упругое удлинение тросов при увеличении нагрузки до 170кН.

Д_у¹= *L= *200= 0,17m.

Д_у²= *L= *180= 0,22m.

Общее удлинение Д_у=0.17+0.22=0,39м.

Высота волны, при которой возможна безопасная буксировка со скоростью Vдоп = 3,8 м/с.

h=Д_в+ Д_у =0.39+ 0.22= 0.61 м.

Определение высоты волны, при которой возможна буксировка со скоростью V=1м/с.

По таблице сопротивлений или по паспортной диаграмме буксировки определяем усилие на гаке при скорости 1 м/с.Fг= 14,0 кН=14000Н.

Параметры буксирной линии:

а₁ = = = 264,5; а₂= = = 381,5;

=ln + = ln ++1 =0,68

=ln + = ln ++1 =0,45

Х₁=0.68 * 264.5= 179.8 м.

Х₂= 0.45 * 381.5= 171.6 м.

А₁В₁= Х₁ + Х₂ = 179.8+171.6= 351.4 м.

Д_В = АВ - А₁В₁ = 386.3 - 351.4= 34.9

Упругое удлинение тросов при увеличении нагрузки от 14,0 кН до 236 кН будет:

= *200 = 0.56 м.

= *180 = 0.75 м.

Высота волны, при которой возможна безопасная буксировка со скоростью 1м\с:

h = Д_В + Д_У =34.9 + ( 0.56+0.75) = 36.2

Такая волна в океане встречается крайне редко, поэтому можно считать, что буксировка со скорость 1 м\с (1,94 узла) возможна практически при любой высоте волны, с условием сохранения осторожности.



2. СНЯТИЕ СУДНА С МЕЛИ

Исходные данные к расчетам по снятию судна с мели

Примечания: 1. Судно, аналогичное буксирующему судну из разд. 1 "Буксировка судов морем". 2. Пробоин и крена нет.

Задание к разд. 2 контрольной работы:

Оценить возможности снятия судна с мели.

Силы, действующие на судно, сидящее на мели

Реакция грунта (сила давления судна на грунт). При посадке на мель уменьшается осадка судна, т.е. происходит как бы потеря его водоизмещения, которая приводит к нарушению равновесия между весом судна и силами поддержания воды.

Величина потерянного водоизмещения ДD определяется по формуле :

ДD = q(T _cp - T _cp)= 20(7,8 -7,65) = 20т\см * 15 см = 300 т.

где q - число тонн на 1 см осадки (определяется по грузовой шкале с учетом плотности воды), по условию задания = 20т на 1см осадки.

Средняя осадка до посадки на мель рассчитывается по формуле

Т _ср = (Т _н + Т _к ) / 2 = (7,75 +7,85) / 2 = 7,8 м.

где Т_н, Т_к - соответственно осадки носом и кормой до посадки на мель.

Средняя осадка после посадки на мель рассчитывается по формуле.

Т' _ср = (Т' _н + Т' _к) / 2 = (7,10+8,20) / 2 = 7,65 м.

где Т'_н, Т'_к - осадки носом и кормой, снятые после посадки на мель.

Реакция грунта R, кН, рассчитывается по формуле

R=g*ДD R = 9,8 * 300 = 2940 кН.

где g - ускорение свободного падения.

При повреждении корпуса и поступлении воды внутрь судна сила реакции грунта увеличивается на величину веса влившейся воды.

Сила присасывания грунта - прилипание к корпусу частиц грунта, создающих тем больший эффект присасывания, чем большей вязкостью обладает грунт. Наибольшее присасывание наблюдается у вязкой глины.

Сила ударов волн при длительном воздействии приводит к разрушению корпуса. При снятии с мели, как правило, оказывает положительное влияние, раскачивая корпус и тем самым уменьшая силу присасывания и силу трения корпуса о грунт.

Сила давления ветра в зависимости от направления ветра увеличивает или уменьшает тяговое усилие, необходимое для снятия судна с мели.

Снятие с мели работой машины на задний ход

Прежде всего необходимо определить:

* стягивающее усилие F, необходимое для снятия с мели,

F = f R, F = 0.5*2940 = 1470 кН

где f - коэффициент трения корпуса о грунт (зависит от характера грунта и выбирается из специальной литературы). Если характер грунта неизвестен, то f принимается равным 0,5; силу тяги винта на задний ход Р_зх (из паспортной диаграммы тяги или расчетными методами).Р_Е = 0.136 * N _Е =0.136 * 4600= 625,6 кН, где N _Е мощность силовой установки.

При работе на задний ход Р_зх = 0.7*Р_Е = 0.7 * 625.6 = 437.9кН.

F> Р_зх (1471.5>437.9), означает, что работой на задний ход судно с мели сняться не может. Необходимы другие применить дополнительные способы снятия с мели: дифферентование, кренование и др.

Снятие с мели дифферентованием

Дифферентование используется при посадке судна на отдельную банку небольших размеров, когда место касания грунта расположено в оконечностях судна, а под остальной частью киля имеется достаточный запас глубин. Наиболее простым способом изменения дифферента является перекачка балласта или топлива из района посадки в противоположную оконечность.

Первоначально определяется величина потери осадки АБ в месте соприкосновения с грунтом (рис. 2.1):



Рис. 2.1. Схема посадки судна на мель

АБ = ДТ_к+(ДТ_н - ДТ_к)(1/2 +Х_А/L)

где ДТ_н = Т_н - = 7.75 м - 7.10 м = 0.65 м.

ДТ_к = Т_К - = 7.5 м - 8.2 м = 0.35 м.

Ха - абсцисса внешней кромки банки: Ха= 44м.

L -- длина судна между перпендикулярами: L=130м.

Т_н,Т_н1 -- осадка носом до и после посадки на мель;

Т_к,Т _к1 -- осадка кормой до и после посадки на мель.

АВ = - 0.35 + ( 0.65+0.35)* (1\2 + 44\130) = 0.49 м.

Перекачка балласта из форпика в ахтерпика.

У судна, находящемуся на плаву с осадками Тн и Тк, в результате продольной прокачки балласта весом Р_Б, центр тяжести которого расположен в точке с абсциссой Х₁ в точку с абциссой Х₂ изменение осадок носом Д и кормой Д составят:

Д = Р_Б * ( Х2-Х1) * L \2DH =40*(-60-60)*130\2 *12700 *136 =-0.18m.

Д = 40*(60+60)*130\ 2* 12700 * 136 = + 0.18m.

C учетом полученных значений Д и Д определяем величину уменьшения осадки в месте касания грунта аб:



аб = Д + (Д Д( 1\2 + Ха\L) = 0.18 +(-0.18-0.18)*(1\2 + 44\130) = 0.12m.

Т.К. ab < AB(0.12<0.49), судно останется на мели, но реакция грунта станет меньше. Реакция грунта после перекачки балласта определяется по формуле:

R_Б = R *(АВ -ав\ АВ) = 2943*(0.49-0.12)\0.49=2222кН

И усилие, необходимое для снятия судна с мели будет:

F= R_Б*f=2222*0.5=1111 кН

Машина развивает усилие на задний ход 437.9 кН, что меньше 1111кН, т.е. судно после перекачки балласта, и работой машины на задний ход, не сможет сняться с мели.

Перекачка топлива из носовой цистерны в кормовую.

Расчет полностью аналогичен предыдущему .

Изменение осадок носом и кормой будет:

Д = Рт*(Х2-Х1)*L \2*D*H =30*(-30-30)*130\2 *12700 *136 = -0.09 m.

Д =+ 0.9 м.

Уменьшение осадок на банке будет

ab" = Д+( Д Д *(0.5+ Xa\L) = 0.09+(-0.09-0.09)*(0.5+44\130)=-0.06m.

Уменьшение осади на банке после перекачки балласта и топлива будет:



ab = ab'+ab"=0.12+ 0.06=0.18 m.

Реакция грунта :

R"= 2943*(0.49-0.18)\0.49=1862 kH

Усилие, необходимое для снятия с мели будет:

F= 0.5*1862=931kH >437.9kH, т.е.после перекачки топлива судно не сможет сняться с мели.

Перемещение груза из носового трюма в кормовой

Расчет аналогичен предыдущем двум расчетам по перекачке балласта и топлива.

Д = Ргр*(Х2-Х1)*L \2*D*H =40*(-40-50)*130\2 *12700 *136 = -0.14 m.

Д = + 0,14 м.

Уменьшение осадки в месте посадки на банку:

ab''' = 0,14 + ( -0,14 - 0,14 ) * ( 0,5 + 44\130) = - 0,09 m.

Полное уменьшение осадки:

ab = 0,12m + 0,06m + 0,09 = 0,27m.

Реакция грунта R''' = R*( AB-ab)\AB = 2943 * (0,49 - 0,27)\0,49 = 1321,3 kH

Стягивающие усилие F''' = 0,5 * R''' = 0,50 * 1321,3= 660,65kH >437,9 kH

Судно не может самостоятельно сняться с мели, работая машиной на задний ход. Перекачивая балласт или топливо.

Необходимо отметить, что все перечисленные способы снятия судна с мели в сложных случаях посадки используются комплексно. Например, производят дифферентовку и частичную разгрузку судна, затем для увеличения стягивающего усилия заводят якоря. Буксировке судна для снятия с мели другими судами или спасателями обычно предшествуют все перечисленные ранее способы уменьшения силы реакции грунта, и в самых неблагоприятных случаях производится образование канала размывом грунта, если в направлении стягивания имеются недостаточные глубины. При наличии водотечности корпуса до начала работ по снятию с мели производится заделка пробоин и откачка воды из затопленных отсеков.

3. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ ПАЛУБНЫХ ГРУЗОВ

Таблица 3.1 Исходные данные для расчетов крепления палубных грузов



Задания к разделу 3 контрольной работы:

1. Подобрать найтовы для крепления груза.

2. Проверить, является ли достаточной прочность палубы при перевозке груза во время качки.

Расчет крепления палубного груза выполняется в соответствии с рекомендациями ИМО

В приложении ИМО Кодекса безопасной практики размещения и крепления груза - "Методы оценки эффективности устройств крепления нестандартных грузов" - определен следующий порядок расчета сил, действующих на груз.

Подбор найтовых для крепления грузов

При бортовой качке на груз действуют силы инерции и тяжести, максимальную составляющую можно определить по формуле:

судно буксир мель груз

P_Y = m * g * sinИ_max + (2р\T₀)² * (И_max* Z+r₀ * sinИ_max )

И_max = 35⁰ = 35\ 57,3= 0,611

r₀ = h_B \ 2 = 3,0 m.

P_Y = 30 * 9,1 * sin35⁰ + (2* 3,14\18)² * (0,611* 10+3,0* sin35⁰) = 197,4 kH

Динамическое давление ветра на палубный груз определяется по формуле:

= 2S_Y * cos² И_max ,

где S_Y- площадь парусности груза: S_Y = ? * (h-h_фб), где h_фб 1.6 м - высота фальшборта.

= 2*5*(2-1.6) cos²35⁰ =3.3 кН



Расчет силы ударов определяется из выражения: = р *

Величину р выбираем при высоте заливания а= 0.6м; р=7.4кН

Площадь заливания , перпендикулярная оси У, равна

3.0 м²

тогда =р * =7.4 * 3.0 = 22.2 кН.

Суммарная сила, действующая на груз в поперечном направлении

F_Y = P_Y + + = 197,4 + 3,3 + 22,2 = 222,9 kH

Максимальная суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси OZ, определяется по выражению:

P_Z1= m * g * cosИ_max + (2р\T₀)² * (И_max* Y+r₀ * cosИ_max )=

P_Z1 = 30 * 9,1 * sos35⁰ + (2* 3,14\18)² * (0,611* 7+3,0* cos35⁰) = 216,5 kH

Определение сил, действующих на груз при килевой качке.

Максимальная суммарная составляющая сил инерции и тяжести определяется по выражению:

P_x= m * g*sinШ_max + ( 2р\T_Ш)² * (Ш_max *Z + r₀ * sinШ) =

P_x= 30* 9,81*sin9⁰+ ( 2*3,14\30)² * (0,157*10 + 3,0 * sin9⁰) = 48,7 kH

Динамическое давление ветра на груз:

= cos ²Шmax = 2* b * h * cos² Шmax = 2*3*2*cos²9⁰= 11,9 kH



Сила ударов волн: = =7.4 *b* h_зал = 7.4*3*0.6 = 13.3 кН

Суммарная сила, действующая на груз в продольном направлении, будет :

F_х= P_х + + = 48.7 +11.9 + 13.3 к= 73.9 кН

Максимальная суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси Z определяется по формуле:

P_z= m * g*cosШ_max + ( 2р\T_Ш)² * (Ш_max *Z + r₀ * cosШ_max) =

P_x= 30* 9,81*cos9⁰+ ( 2*3,14\30)² * (0,157*25 + 3,0 * cos9⁰) = 281,6kH

Расчет усилий, возникающих в найтовых при бортовой качке.

P_Y = 197,4 kH -поперечная составляющая сил инерции и тяжести;

= 3,3 kH- поперечная составляющая ветрового давления;

= 22,2 kH -поперечная сила ударов волн;

P_Z1 = 216,5 kH- Сила инерции и тяжести по оси Z при бортовой качке;

P_Z2 = 281,6 kH -Сила инерции и тяжести по оси Z при килевой качке;

Размеры груза : длина ? =5 м; ширина b =3; высота h= 2м;

Расстояние от палубы до:

Ц.Т. груза h_g = 1,0 m;

Центра парусности h_п = 1.8 м;

Центра заливаемой площади h₃ = 0.3м;

Точки крепления найтова h_к = h = 2 м;

Угол крепления найтова а =60⁰.

Силу трения не учитывается, т.к. груз установлен на палубе, заливаемой волной, а смоченная палуба теряет свои фрикционные свойства, т.е коэффициент трения f=0.



Уравнение опрокидывающих моментов относительно точки N

-P_yh_g -h_п -h₃ + P_Z * a\b + F_Hhcosa + F_H sina = 0, откуда

F_H = (P_yh_g +h_п +h₃ + 0.5P_Zь) \ (h cos a + b sin a) = (197,4*1 +3,3*1,8 + 22,2 * 0,3 - 0,5 *498,1 *1,5) \ ( 2 cos 60 + 3sin60)= -45,5

опрокидывание грузу не грозит, т.к. восстанавливающий момент превышает опрокидывающий.

P_Z = P_Z1 + P_Z2 = 216.5 + 281.6 = 498.1кН

Уравнение сил сдвигающих груз:

F_у = P_Y + +; P_Z + sin a - N = 0

F_у cosa - F_тр = 0 F_тр =f N , где

N - реакция опоры (палубы); f - коэффициент трения.

Зная, что коэффициент трения равен 0, из этих уравнений получим значение усилия, возникающего в найтовых при бортовой качке.

= (F_у - f P_Z) \ (cosa + f sin а) = F_у \ cos a =222.9 \ cos60⁰ = 445.6 кН.



Найтовы для крепления груза при бортовой качке надо выбирать, исходя из этого усилия, т.е. из расчета 445,8 кН.

Расчет усилий, возникающий в найтовых при килевой качке.

Учитывая не большую по сравнению с бортовой амплитуду килевой качки, уравнения опрокидывающих моментов можно не составлять.

Расчет уравнений, смещающих груз в продольном направлении.

F_x - cos - F_TP = 0; P_Z + sin - = 0; F_TP = fN, откуда при f=0

получается:

= F_x \ cos. Допустим, угол наклона продольных найтовых будет в= 50⁰,

Тогда:

= 73,9\ сos50⁰ =115,0 кН.

Исходя из этого усилия, необходимо подбирать найтовы для крепления груза при килевой качке.

Расчет крепления груза, подбор найтовых.

Поперечные и продольные найтовы для крепления груза выбираются в соответствии с ГОСТ 7679 - 69 по разрывному усилию F_раз, которое определяется по формуле:

F_раз = F_H * k \ n, где

k - коэффициент запаса прочности, для крепления палубного груза он принимается равным k =3, n - количество найтовых, используемых для крепления с одного борта.

Разрывное усилие в бортовых найтовых: F_раз =3*445.8 = 1337,4 кН.

Груз с одного из бортов может быть закреплен любым из следующих способом:

- тремя найтовыми с разрывной нагрузкой около 445 кН;

- четырьмя найтовыми с разрывной нагрузкой около 334 кН .

При выборе второго варианта - 4 найтовых с каждого борта.

Из ГОСТ 3079-0 выбирается подходящий трос, у которого разрывное усилие равно 355кН, а диаметр равен 27мм. Еще одним важным обстоятельством является количество палубных рымов, к которым крепятся тросы.

Для крепления груза в продольных направлении нужен трос с разрывной нагрузкой: F_раз = 3*115 -=345 кН.

Из ГОСТ 3079-80 выбирается тросов по два троса с носа и кормы, разрывное усилие каждого 180 кН и диаметр равен 19.5 мм.

Расчет дополнительной нагрузки на палубу и проверка достаточной прочности палубы при перевозке груза во время качки.

Восемь стальных найтовых диаметром 27мм и четыре 19.5 мм при натяжении создадут дополнительную нагрузку на палубу, которую при расчетах принимают равной 1\10 -1\12 части разрывной нагрузки троса. Она равна:

ДP_z = 1\12 *(8*355 + 4 *180) = 297 kH

Расчетное давление p_г, кПа, на перекрытие грузовой палубы от штучного груза определяется по формуле:

p_г = h*pг*g * (1+ a_z\g), где h-высота груза, равная 2м, p_{г -} плотность груза, т\м³.; a_z расчетное ускорение при качке на волнении, м\с².

p_г = ?bh \P = 5*3*2\30 = 1т\м³



Расчетное ускорение a_z при качке на волнении определяется по фомуле:

a_z =kz +0,4a² _бz

где a_cz проекция ускорения Ц.Т. судна на направление оси Z;

a_cz = 0,2* (100\L)^1\3 * g *ц_г, где ц_г = 1 ( неограниченный район плавания)

a_cz = 0,2* (100\100) ^1\3 *9,81*1 = 1,90 m\c

а_kz - проекция ускорения Ц.Т. груза при килевой качке нa направление Z.

a_kz = (2р² \ ТШ)² *Ш*Х = (6.28/30)² *0,157*25 = 0.17 м\с²

a_бz - проекция ускорения Ц.Т. груза при бортовой качке нa направление Z.

а_kz = (2р² \ ТИ)² *И*Y= (6.28/18)² *0,611*7= 0.52 м\с²

Расчетное ускорение при качке на волнении:

a_z= = 1,94 m\c²

Расчетное давление на грузовую палубу во время качки составит:

р_г = 2*1*9.81* (1+ 1.94\9.81) = 23,5 кН\м²

Давление на палубу от найтовых:



р_н =Д Рz \ ?b = 297\5*3 = 19.8 kH\m²

общая нагрузка на палубу:

р = р_г+ р_н =23.5 + 19.8 = 43.3 кН\м²

По условия задачи нагрузка на палубу составляет 45 кН\м²

43.3 кН\м² < 45 кН\м²

Нагрузка на палубу не превышает номинальную.



ЛИТЕРАТУРА

1. Кубачев Н.А. и др. Сборник задач по управлению судном.- М. Транспорт,1984.

2. Управление судном. Учебник для высших учебных инженерных морских училищ / Под редакцией В.И. Снопкова - М. Транспорт 1991.

3. Методика определения стягивающих усислий при снятии судна с мели. ММФ - М. Мортехинформреклама,1983.

4. Дунаевский Я.И. Снятие судна с мели.- М. Транспорт,1984.

5. Лесков М.М. и др. Таблицы для расчета цепной линии. - М. Рекламинформбюро ММФ, 1975.

Размещено на Allbest.ru