Определение тяговых усилий в буксирной линии при плавании на спокойной воде

Расчет найтовов

Обеспечение прочности верхней палубы

Расчет сил действующих на груз

Суммарные силы Р_у и Р₁z, действующие соответственно по осям ОУ и ОZ при бортовой качке рассчитываются по формулам:

Р_у = mg sinθ + m 4π²/T₁²(z+r)sinθ + P_b

P_y = 80∙0,5 + 8,17∙4∙3,14²/81∙(3,5+5)∙0,5 + 0 = 51 кН

r = 0,5 ∙ h_b = 0,5 ∙ 4 = 2м

P_1z= mg cosθ + my 4π²/T₁² sinθ + mr 4π²/T₁² cosθ

P_1z=80∙0,87 + 8,17∙3∙4∙3,14²/81∙0,5 + 8,17∙2∙4∙3,14²/81∙0,87 = 82,8кН

Суммарные силы P_x и P_2z, действующие соответственно по осям ОХ и ОZ при килевой качке, определяются выражениями

Р_х= mg sinψ + m4π²/T₂²zsinψ + m4π²/ T₂² r ∙ sinψ

Р_х = 80∙0,09 + 8,17∙4∙3,14²/25∙3,5∙0,09 + 8,17∙4∙3,14²/25∙2∙0,09 = 13, 6 кН

Р_2z = mg cosψ + mx 4π²/T₂²sinψ + mr 4π²/T₂²cosψ

P_2z = 80∙1 + 8,17∙2,6∙4∙3,14²/25∙0,09 + 8,17∙2∙4∙3,14²/25∙1 = 109,2 кН

В формулах приняты следующие обозначения:

m – масса груза, кг

g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²

Т₁, Т₂ – соответственно периоды бортовой и килевой качки, с

Θ, ψ – соответственно углы крена и дифферента, рад

х, у, z – координаты центра массы груза, м

r – радиус вращения центра массы груза при волнении, равный 0,5 h_в, где h_в ожидаемая высота волн в районе плавания, м

Р_в – сила ветра, Р_в - S∙Р, где Р – давление ветра при заданной его скорости на 1 м², при расчетах может быть принято равным 500 Па. Силу удара волны в данной работе не учитываем, так как на судах смешанного плавания с этим явлением практически не сталкиваются.

Обеспечение прочности верхней палубы достигается путем распределения тяжести груза таким образом, чтобы на 1 м² палубы приходилось нагрузки не более указанной в судовых документах. Если же в судовых документах этих сведений нет, то безопасную нагрузку на 1 м² можно в кПа рассчитать по формуле Регистра:

Р = 0,083∙L+d/Д-4,9

Где L – длина судна, м

d – осадка судна, м

Д – высота борта, м

Р = 0,083∙96 + 13∙(3,4/5,4)-4,9 = 11,5 кН/м²

Отношение d/Д не следует принимать менее 0,65 или 0,80. В данном случае это отношение принимается равным 0,65

Р = W/S = 80/ 4∙2 = 10 < 11,5

реакция найтовов от усилий, направленных перпендикулярно диаметральной плоскости судна рассчитывается по формуле:

R_y = P_y/(t₁∙sinά₂) = 51 кН/(3sin30^o) = 34 кН

Реакция найтовов от усилий, направленных параллельно диаметральной плоскости судна рассчитывается по формуле:

R_x = P_x/(t₂∙sinά₃) = 13,6кН/(2sin30^o) = 13,6 кН

Где t₁, t₂ – количество найтовов в поперечной и продольной плоскостях

ά – наименьший угол наклона найтовов к вертикали, принимаемый равным 30^о

P_y, P_x – усилия действующие вдоль оси OY и вдоль оси ОХ

Значения R_y и R_x являются рабочими нагрузками найтовов, и для получения разрывных усилий их следует умножить на коэффициент запаса прочности, принимаемый равным 3

Т_раз = 3∙34 = 102 кН

По найденному разрывному усилию подобрали трос диаметром d=17мм

Раздел №2. Буксировка судов морем

Цель работы – определение пригодности выбранной буксирной линии для проведения безопасной буксировки морем, в ходе расчетов определяется насколько изменяется расстояние между судами во время волнения.

упор винта в швартовом режиме равен:

Т_ш = 0,136∙N = 0,136∙1300л.с.∙0,735Вт/л.с. = 130кН

Принимаем упор винта в швартовом режиме равным сопротивлению воды движению судна R_i при максимальной скорости последнего без буксира:

Т_ш = 130 кН = R_б1

Далее определяем сопротивление, соответствующее различным скоростям хода:

R_i-1= R_i∙(V_i-1²/V_i²)

Где R_i, R_i-1 – сопротивление воды движению судна при скоростях V_i и V_i-1

Сопротивление винтов буксируемого судна определяем по эмпирической формуле:

R_в = К₁∙Q₁∙d_в²∙V²= 500∙0,6∙1,5²∙V² = 675∙V²

Где Q₁ – дисковое отношение винта

d_в – диаметр винта, м

V – скорость буксировки, м/с

К₁ – коэффициент равный 500 для застопоренного и 150 для проворачиваемого винта

Сопротивление буксируемого судна находим по формуле:

R_б.о. = R^′_i-1+R_вi-1, где R^′_i-1 – сопротивление корпуса аварийного судна, оределяемое аналогично R_i-1

Общее сопротивление состава равно:

R_сi-1= R_бi-1+ R_б.о.i-1= R_бi-1+R^′_i-1+ R_вi-1

Данные вычислений представлены в виде таблицы

V,узлы	Rб, кН	Rв, кН	Rб.о., кН	Rс, кН
		21,2	151,2	281,2
	107,4	17,6	125,0	232,4
	87,0	14,5	101,5	188,5
	68,7	11,5	80,2	148,9
	52,6	8,8	61,4	114,0
	38,7	6,4	45,1	83,9
	26,9	4,5	31,4	58,3
	17,2	2,9	20,1	37,3
	9,7	1,6	11,3	21,0
	4,3	0,7	5,0	9,3
	1,07	0,18	1,25	2,32

По результатам таблицы построен график с помощью которого можно найти тягу на гаке и скорость буксировки.

Из графика видно, что:

Т_r = 70 кН

V = 7,5 узла

2.2.Расчет «игры» буксирной линии

за максимальное усилие, могущее возникнуть при волнении в буксирной линии, принимается так называемая случайная нагрузка, принимаемая равной половине разрывной прочности троса. Так как рабочая нагрузка буксирного троса в расчетной практике принимается равной тяги, то в этом случае:

Т_раз = К_х∙Т_r = 5∙70кН = 350кН

Т_сл =1/2Т_раз = 350/2 = 175кН

Где Т_раз – разрывная прочность буксирного троса

К_х – коэффициент запаса прочности равный 5 – при тяге на гаке 98,1 кН и менее, 3 – при тяге на гаке 294 кН и более. Для данного значения тяги – 70 кН коэффициент запаса прочности – 5. Диаметр троса = 28 мм. Масса одного метра каната из приложения 1 будет равна 25,9 Н/м.

Далее для расчета «игры» буксирной линии определяем вспомогательные параметры:

а₁ = Т_r/q = 70 кН/0,87∙25,9Н/м = 3,1∙10³м

a₂ = Т_сл/q = 175 кН/ 0,87∙25,9Н/м = 7,8∙10³м

где а1, а2 – расстояние от нижней точки провиса буксирной линии до начала координат, м

q= 0,87∙q_возд – вес одного метра буксирной линии в воде, Н/м

q_возд - вес одного метра буксирной линии в воздухе, Н/м

Далее рассчитываем отношение:

n₁ = l/a₁ = 120м/3,1∙10³м = 0,039

n₂ = l/a₂ = 120м/7,8∙10³м = 0,015

где l – длина буксирной линии

Так как 0,039<0,25, то возможна замена буксирной линии параболой.

1. Рассчитываем стрелки провиса буксирной линии

f₁ = l²/2a₁ = 120²/2∙3,1∙10³ = 2,32м

f₂ = l²/2a₂ = 120²/2∙7,8∙10³ = 0,92м

f1,f2 – стрелки провиса буксирной линии соответственно при тяговых усилиях в тросе T_r и Т_сл

2.1-x₁ = f₁∙1/3a₁ = 2,32∙120/3∙3,1∙10³= 0,03м

1-x₂ = f₂∙1/3a₂ = 0,92∙120/3∙7,8∙10³= 0,005м

x1,x2 – абсциссы рассматриваемых точек (в данном случае расстояние от кормы буксировщика или носа буксируемого судна до оси ординат, проходящей через низшую точку буксирной линии) соответственно при Т_г и Т_сл

3.l₁=(2T_rl)/(E_тр∙ F_тр)= (2∙70∙120)/(3,63∙6,15) = 0,75м

l₂=(2T_cлl)/(E_тр∙ F_тр)= (2∙175∙120)/(3,63∙6,15) = 1,88м

где l₁, l₂ – удлинение буксирной линии за счет упругой деформации троса соответственно при Т_г и Т_сл

Е_тр – модуль упругости троса, при расчетах принимаем равным 3,63

F_тр – суммарная площадь сечения всех проволок в тросе, выбирается из ГОСТа и равна 6,15 см²

4. ά₁ = 2∙((l-x₁)-(l-x₂)) = 2∙(0,03-0,005) = 0,025м

ά₁ – изменение расстояния между судами за счет изменения формы буксирной линии

5.β=l₂-l₁= 1,88-0,75 = 1,13м

β – изменение длины троса, обусловленное его упругой деформацией

6.h_p= ά₁+β = 0,025+1,13 = 1,155м

h_p – общее расхождение судов за счет ά_1, β должно быть больше или равно максимальной высоте волны в районе плавания

Так как h_p=1,155м<4,0= h_в, то необходимо увеличить стрелку провеса путем введения в буксирную линию якорной цепи

Рассчитываем требуемую длину якорной цепи:

ά_тр = h_вβ = 4-1,155= 2,845 м

3∙ά_тр∙а₂²∙а₁² 3∙2,8∙3,1²∙7,8²∙10¹²

l_cт.тр.= --------------- = ------------------------ = 457,7 м

а₂²-а₁² (7,8²-3,1²)10⁶

l_н = 2(l_cт.тр – l) = 2(457,7 – 120) = 675,4 м

l_ц = (l_н∙q_ст.тр.)/q_n = (675,4 ∙ 25,9)/(25∙9,81) = 71,3 м цепи 3,7 смычки

где ά_тр – требуемая весовая «игра» буксирной линии, м

l_cт.тр – общая полудлина буксирного троса с имеющимися параметрами, которая может обеспечить ά_тр

l – имеющаяся полудлина троса

l_н – недостающая длина троса

l_ц – требуемая длина якорного каната

q_ст, q_n – соответственно вес одного метра имеющегося на судне стального троса и якорной цепи.

Раздел №3. Снятие судна с мели

1.Определение потерянного водоизмещения

Определение потерянного водоизмещения производится по формуле:

Q=100q₁((T_н+Т_к)/2) + γ∙V_oi = 100∙10(0,1+0,2)/2 + 1,025∙80,7 = 233т= 2285,7 кН

Где T_н и Т_к – изменение осадки носом и кормой после посадки на мель, м

γ – удельный вес забортной воды, кН/м³

V_oi – объем воды, попавшей внутрь судна через пробоину, м³, рассчитывается по формуле:

V_oi = К₁∙К₂∙l∙b∙h_o = 0,7∙0,97∙18∙11∙0,6=80,7 м³

К₁ – коэффициент полноты затопленного отсека

К₂ - коэффициент проницаемости затопленного отсека

l, b – длина и ширина затопленного отсека, м

h_o – высота уровня воды в затопленном отсеке, м

q₁ – вес груза, изменяющий осадку на 1 см, кН/см

2. Усилие необходимое для снятия судна с мели

Усилие необходимое для снятия судна с мели, находится из выражения:

F= T∙Q= 0,5∙2285,7= 1142,9 кН

T – коэффициент трения корпуса судна о грунт, равный 0,50 так как грунт – крупный песок и машина на судне находится в положении СТОП.

Упор винта собственного судна на заднем ходу, определяется по формуле:

Т_ш.з.х.= 0,1 N= 0,1 ∙ 1300 ∙ 0,7355 = 95,6 кН

Где N – индикатор мощности главного двигателя

Так как 95,6 кН<1142,9кН, то от этого способа придется отказаться

Для расчета снятия судна с мели с помощью якорей определим тяговое усилие, которое может быть создано с помощью гиней.

F_гин = F_леб∙(n+1)/(1+0,1n) = 27 (6+1)/(1+0,1∙1,6) = 118,1 кН

Где F_{леб –} усилие развиваемое лебедкой, кН

n – количество шкивов, шт

Число якорей, которое необходимо завести, чтобы полностью использовать мощность, развиваемую палубным механизмами и гинями, находим из выражения:

N=F_гин/η_я∙Р_я∙9,81 = 118,1/1,7∙1900∙9,81 = 4 якоря

Где Р_я – вес якоря, кН

η_я – коэффициент держащей силы якоря, который равен 1,7

разрывная прочность закрепляемого за якорь троса:

R_раз = 5∙ F_гин = 5∙118,1 = 590,5 кН

Где 5 – коэффициент запаса прочности троса

По R_раз из ГОСТа находим диаметр и массу метра троса, диаметр равен 37,5 мм, диаметр проволоки равен 2,0мм, а масса метра троса равна 46,2 кг

Расстояние х, на которое необходимо завести якоря, находится из выражения:

2f∙F_гин 2∙4∙118,1

х> ----------- = -------------- = 49,1 м

q 0,87∙0,45

где f – стрелка провиса троса равная глубине места подкладки якоря, м

q – вес метра троса в воде, кН/м

требуемая длина троса:

l = (х²+Н²) = 49,1²+4² = 49,3 м

где Н – глубина места подкладки якоря, м

F_гин+ Т_ш.з.х. = 118,1 + 95,6 = 213,7 кН

Так как 213,7<1142,9, то от этого способа тоже придется отказаться и необходимо вызвать на помощь другие суда. Рассчитаем количество судов требуемых для снятия с мели.

В нашем случае считаем, что судно буксировщик однотипное с нашим судном.

N = F/T_r = 1142,9/70 = 16 cудов

От этого способа тоже необходимо отказаться, потому что такое количество судов невозможно разместить.

Иногда требуется применять рывок для снятия судна с мели. Для этого необходимо подобрать трос.

Т_сл>F = 1142,9 кН

Р_раз= 2Т_сл= 2∙1142,9 = 2285,8 кН

Троса с таким Т_раз нет, поэтому необходимо для снятия с мели снять часть груза, чтобы уменьшить давление судна на грунт.

Усилие требуемое для снятия судна с мели с учетом действия собственных движителей и с помощью буксира:

F₁=F – (T_ш.з.х.+ Т_г) = 1142,9 – (95,6 + 70) = 977,3 кН

Q₁ = F₁/f = 977,3/0,5 = 1954,6 кН

М₁ = Q₁/g = 199,3 т

Дата добавления: 2015-04-29