Исследование влияния характеристик средств транспортирования на перегрузки при морской перевозке

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 681.518.3

Исследование влияния характеристик средств транспортирования на перегрузки при морской перевозке

С.В. Широков

ГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»

Проводится исследование влияния характеристик средств транспортирования на величину перегрузок в местах опирания перевозимого морским транспортом изделия с помощью формирования структурной схемы динамических звеньев и определения их передаточных функций.

Ключевые слова: схема транспортирования, динамическое звено, передаточная функция, морское волнение, амплитудно-частотная характеристика, перегрузка. транспортирование перегрузка морской

Realize researching jf a influence of vehicle characteristics on a overloading in places of supporting of equipments transporting sea ships. For this task using structural schemes dynamics links and definition them transfer function.

Keywords: transporting scheme, dynamic link, transfer function, sea roughness, gain-frequency characteristic, overloading.

При транспортировании изделий морским транспортом одним из внешних воздействий, определяющих состояние изделия после транспортировки и готовность его к дальнейшей эксплуатации, является величина перенесенных им перегрузок в процессе транспортировки. В случае превышения заданных значений перегрузок в процессе транспортировки возникнет необходимость проведения дополнительных мероприятий для дальнейшей его эксплуатации, вплоть до полной замены дорогостоящего изделия. В связи с этим возникает задача предварительного определения возможных перегрузок, а в случае прогнозирования их превышения допустимых значений - осуществления оптимизации характеристик средств транспортирования.

Для решения задачи определения возможных перегрузок конкретного изделия возникает необходимость создания индивидуальных упрощенных методов расчета, позволяющих оперативно оценить выбранные конструктивные особенности объекта транспортирования и принять при необходимости меры их улучшению.

При морском волнении судно испытывает следующие виды колебаний: бортовую, килевую и вертикальную качку, а также поперечно-горизонтальные, бортовые колебания и рыскания [1]. Для решения поставленной задачи будем рассматривать нижеприведенные движения судна (рис. 1), а остальными пренебрежем из-за малого влияния на объект транспортирования.

При рассмотрении судна и объекта транспортирования как динамических звеньев можно разработать математические модели для каждого вида качки [2].

Расчетная схема для бортовой качки и структурная схема моделей, включающая передаточные функции выделенных динамических звеньев, показана на рис. 2.

Передаточные функции W₁(р) и W₂(р) устанавливают взаимосвязь между исследуемыми переменными:

.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Расчетная и структурная схемы моделей:

б_в - угол наклона волны; е_с - угол наклона судна; s_и - перемещение изделия;

r - расстояние между осью вращения судна и центром тяжести изделия; m_с - масса судна;

m_и - масса изделия

Здесь для W₁(р) входной величиной является угол наклона волны б_в, а выходной величиной - угол наклона судна е_с. Для W₂(р) входной величиной является угол наклона судна е_с, а выходной величиной - перемещение изделия s_и.

После анализа и преобразований динамическая модель рассматриваемого выше объекта, связывающая перемещение изделия s_и с возмущением е_В, может быть представлена в виде передаточной функции

.

Учитывая, что силовое воздействие на изделие определяется величиной ускорений , получим дополнительно передаточную функцию объекта, приняв за выходную величину ускорение .

Используя преобразование Лапласа, можно записать

.

Тогда искомая передаточная функция будет

. (1)

В формуле (1) коэффициенты Т и о зависят от упругих и демпфирующих свойств звеньев [3]:

- средств крепления изделия к судну;

- непосредственно самого судна для бортовой и килевой качки.

Параметры зависят от следующих характеристик судна [4]:

- относительный коэффициент затухания;

- частота свободных незатухающих колебаний судна;

- коэффициент пропорциональности.

На основе полученной выше передаточной функции (1) с помощью типовых программ построена амплитудно-частотная характеристика. В качестве объекта выбран случай транспортирования блоков РН «Союз-СТ» на судне типа «Тукан» с длиной наибольшей - 115,5 м, шириной - 20,38 м, осадкой - 5 м, водоизмещением брутто - 9125 тонн.

Рис.3. Амплитудно-частотная характеристика при бортовой качке

Величины коэффициентов будут следующие:

T₀ = 0,22, о₀ = 0,9, T₁ = 1,3, о₁ = 0,2, k₁ = 0,34, r₁ = 5.

Амплитудно-частотная характеристика для данного случая представлена на рис. 3.

Рис.4. Изменение максимальных значений амплитуд при различных Т₀ и постоянном о₀ = 0,9

Рис.5. Изменение максимальных значений амплитуд при различных о₀ и постоянном Т₀ = 0,2

В случае изменения характеристик средств крепления изделия к судну, то есть коэффициентов второго динамического звена, вид амплитудно-частотной характеристики в целом не изменится, при этом максимальные значения амплитуд для различных величин коэффициентов будут отличаться. Величины максимальных значений амплитуд для различных значений представлены на рис. 4, 5.

Из показанной на рис. 3 характеристики следует [5], что при бортовой качке максимальная перегрузка n на изделии возникает при частоте 0,8 рад/сек. Это соответствует высоте волн от 4 до 6 м, и для T₀ = 0,22, о₀ = 0,9 она составляет около 0,38 м/с².

Для различных коэффициентов величины перегрузок приведены в таблице.

Величины перегрузок для различных характеристик средств крепления

Предлагаемая методика позволяет оценить перегрузки, воздействующие на изделие при морской транспортировке, а также изучить влияние изменения характеристик средств крепления на перегрузки, возникающие в точках закрепления объекта. Для условий, приведенных выше в качестве примера, они не превышают допустимых для блоков РН типа «Союз» при транспортировании. В статье проанализирован только режим установившихся колебаний для бортовой качки, однако полученные модели позволяют рассмотреть также переходные процессы и получить оценки перегрузок при случайном характере воздействий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Басин А.М. Качка судов. - М.: Машиностроение, 1969. - 278 с.

2. Гальперин М.В. Автоматическое управление. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004. - 224 с.

3. Вагущенко Л.Л. Бортовые автоматизированные системы контроля мореходности. - Одесса: Фенiкс, 2005. - 274 с.

4. Пановко Я.Г. Устойчивость и колебания упругих систем. - М.: Наука, 1987. - 352 с.

5. Семенов-Тянь-Шанский В.В. Качка корабля. - Л.: Судостроение, 1969. - 324 с.

Размещено на Allbest.ru