Расчет найтовов и обеспечение прочности верхней палубы

Прочность верхней палубы обеспечивается путем распределения тяжести груза таким образом, чтобы на 1 м² палубы (крышки люка) приходилось нагрузки не более указанной в судовых документах.

Если же в судовых документах сведений о допустимой нагрузке нет, то безопасную нагрузку на 1 м² в кПа можно рассчитать по формуле Регистра:

Р_д = 0,083L + 13d/D - 4,9 (5)

где

• L - длина судна, м;

• d - осадка судна, м;

• D - высота борта, м.

• (отношение d / D не следует принимать меньше 0,65 или больше 0,80).

• Для наихудших условий плавания допустимая нагрузка на 1 м² палубы должна превышать фактическую:

Рф=(Р_1z+P_2z )/S

Рд >(Р_1z+P_2z )/S (6)

• где S-площадь поверхность груза обращенная к палубе.

При превышении нагрузки на палубу допустимой величины рассматриваются варианты размещения подкладочного материала для увеличения площади груза и соответственно снижения давления на палубу. Нагрузка на палубу должна быть равномерно распределена. Подкладочный материал укладывается вдоль полубимса (бимса) на его центральную ось поперек судна. Допустимая нагрузка на один полубимс, в кн., рассчитывается по формуле

P^/д. = P_д. l₁ l₂ (7)

- где P_д - допустимая нагрузка на 1 м² палубы, кПа,.

l₁ - длина полубимса, м.

l₂ - шпация, м.

Допустимый момент для одного полубимса, в кН.м:

М_д = P^’_д l₁ /8 (8)

Необходимое количество полубимсов, на которое нужно распределить нагрузку, равно:

N = ( P_1z + P_2z ) l₁ /8M_д (9)

Действительное количество полубимсов, воспринимающих нагрузку

N^/= L/l₂

• где L – длина груза.

При N^/< N производится укладка подкладочного материала вдоль судна поверх первого ряда.

В курсовой работе привести схему расположения подкладочного материала и размещения на нем груза.

Расчет найтовов.

Реакция найтовов от усилий, направленных перпендикулярно диаметральной плоскости судна

(10)

Реакция от усилий, направленных параллельно диаметральной плоскости судна,

(11),

где t_1, t₂ - количество найтовов в поперечной и продольной плоскостях;

α - наименьший угол наклона найтовов к вертикали, принимаемый не более 30^о;

R_y, R_x - усилия, действующие вдоль оси ОУ и вдоль оси ОХ.

Значения R_y, R_x являются рабочими нагрузками найтовов, и для получения разрывных усилий их следует умножить на коэффициент запаса прочности, принимаемого равным 3. По найденному разрывному усилию подбирают диаметр троса из Приложения 1. Быть готовым при защите КП к расчету количества найтовов по заданному диаметру троса.

Буксировка судов морем

Перед началом работы над вторым разделом задания необходимо внимательно прочитать следующую литературу:

• Глава 7 учебника «Управление судном», Транспорт, 1991.;

• Глава 27 учебника «Управление судном и его техническая эксплуатация», м. Транспорт, 1983;

• Глава 11 книги г.М.Алексеева «Особые случаи морской практики», Морской транспорт, 1959;

• Раздел «Буксирное устройство», Правила классификации и постройки морских судов, Регистр РФ.

Выбор буксирной линии

При расчете буксирной линии выбор ее элементов бывает возможен, когда подготовка к буксировке проводится в оборудованном порту, и невозможен, когда приходится брать на буксир судно в открытом море или в необорудованном порту. В этом случае используют то, что имеется на борту буксирующего и буксируемого судов.

Если выбор элементов буксирной линии возможен, то в зависимости от условий плавания определяют:

тягу на гаке в нормальных условиях плавания (на тихой воде) и при штормовом ветре;

разрывное усилие элементов буксирной линии умножением тяги на гаке на коэффициент прочности;

элементы буксирной линии, пользуясь справочниками по разрывному усилию;

длину буксирной линии;

изменение расстояния между судами при выбранной буксирной линии для тяги на гаке в нормальных условиях и при нагрузке на гаке в штормовых условиях.

Полученную «игру» буксирной линии сравнивают с высотой волны в районе предстоящего плавания.

Если результаты расчета оказываются неудовлетворительными, выбирают другую буксирную линию. В описанном выше методе расчета буксирной линии за исходную величину принят максимальный упор винта.

Если выбор элементов буксирной линии ограничен, например в случае взятия судна на буксир в открытом море, то:

выбирают длину буксирной линии исходя из длин тросов, имеющихся на буксирующем и буксируемом судах;

определяют случайную нагрузку на буксирную линию делением разрывного усилия буксирного каната на 2 и рабочую нагрузку его делением на принятый коэффициент запаса прочности;

рассчитывают степень расхождения судов и сличают значение расхождение с высотой волн в районе плавания.

Исходной величиной для расчета является в этом случае прочность троса, а не упор винта.

Рассмотренные буксирные линии состоят из троса или цепи. Однако возможны и другие буксирные линии, например однородная буксирная линия с грузом, введенным в какую либо ее точку.

Цель работы – определение пригодности выбранной буксирной линии для проведения безопасной буксировки морем. В ходе расчетов определяется, насколько изменяется расстояние между судами во время волнения. Если высота волны окажется больше величины изменения расстояния, необходимо увеличить стрелку провиса буксирной линии различными возможными способами, расчет повторить снова.

Первый этап расчетов – определение тяговых усилий в буксирной линии при плавании на спокойной воде.

За минимальное усилие принимается тяга на гаке на тихой, глубокой воде, которая равна сопротивлению буксируемого судна при заданной скорости буксировки (сопротивление буксирного троса в воде не учитываем из-за его малости).

Тяга на гаке и скорость буксировки могут быть определены с помощью кривых сопротивлений буксируемого состава и буксировщика, как это показано на рисунке.

Рис.1 Кривые сопротивления движению буксировщика и буксируемого объекта.

На рисунке:

• R_б - сопротивление судна – буксировщика ;

• R_бо - сопротивление буксируемого объекта;

• R_с - общее сопротивление состава;

• V_{б max} - максимальная скорость буксировщика без буксира на глубокой спокойной воде;

• v_c - скорость буксировки;

• T _г - тяга на гаке

В первом приближении задача может быть решена следующим образом. Принимаем упор винта в швартовном режиме равным сопротивлению воды движению судна при максимальной скорости последнего без буксира:

(12)

где упор гребного винта (кН)

-индикаторная мощность, кВт.

Далее определяем сопротивление воды, соответствующее различным скоростям хода

(13)

где R_i, R_i-1 - сопротивление воды движению судна при скоростях v_i и v_i-1.

Сопротивление буксируемого судна определяем по формуле

R_б.с=R¹_i+R_вi (15)

где R¹_i- сопротивление корпуса аварийного судна, определяемое аналогично R_i

R_вi -Сопротивление винтов буксируемого судна находится по эмпирической формуле

(16)

где - коэффициент равный 500 для застопоренного и 150 для проворачиваемого винта;

- дисковое отношение винта;

- диаметр винта, м;

-скорость буксировки, м/с.

Общее сопротивление состава из однотипных судов:

R_{c i}= R_{б i}+R_{б.с i}=R_{б i}+R¹ _i+R_{в i} (17)

Рассчитав значения R_б, R_б.с и R_с для каждой скорости, строят график (см. рисунок) и находят по нему тягу на гаке и скорость буксировки при работе машин буксировщика на полный ход.

За максимальное усилие, могущее возникнуть при волнении в буксирной линии без ее обрыва, принимается так называемая случайная нагрузка, равная половине разрывной прочности троса. Так как рабочая нагрузка буксирного троса в расчетной практике принимается равной тяге на гаке, то в этом случае

Т_раз= К*Т_г, (18)

Т_сл=1/2*Т_раз, (19)

где Т_раз- разрывная прочность буксирного троса,

К – коэффициент запаса прочности, равный:

- 5 при тяге на гаке 98,1 кН и менее,

- 3 – при тяге на гаке 294 кН и более.

Для промежуточных значений Т_г величина К определяется линейной интерполяцией.

Таким образом, «игра» буксирной линии рассчитывается для двух нагрузок; тяги на гаке Т_г и случайной нагрузки Т_сл.

На следующем этапе работы производится расчет «игры» буксирной линии. Для этого сначала определяют вспомогательные параметры

a₁ = Tг /q,

(20-21)

a₂ =T_сл/q,

где а_1,.2 – расстояния от нижней точки провиса буксирной линии до начала координат, м;

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

• q_возд - вес одного метра буксирной линии в воздухе, Н/м (см. приложение №1);

Затем рассчитываем отношения

n₁ = l/a₁ ; n₂ = l/a₂, (22-23)

где l полудлина буксирной линии.

Если l₁<0,25 то возможна замена цепной линии параболой и соответственно использование для расчета буксирной линии приближенных формул, представленных в табл.1.

Таблица 1

1	f1=l2/2a1	f2=l2/2a2
2	l-x1= f1 l/3a1	l-x2= f2 l/3a2
3	Δl1=2Tгl/EтрFтр	Δl2=2Tслl/EтрFтр
4	α1=2(х2-х1)
5	β= Δl2- Δl1
6	hp=α+β

В таблице 1 приняты следующие обозначения:

• f_1, f₂- стрелки провиса буксирной линии соответственно при тяговых усилиях в тросе Т_г и Т_сл ;

• x_1, x₂ - абсциссы рассматриваемых точек (в данном случае расстояния от кормы буксировщика или носа буксируемого судна до оси ординат, проходящей через низшую точку буксирной линии) соответственно при Т_г и Т_сл;

• Δl_{1 ,} Δl₂ - удлинение буксирной линии за счет упругой деформации троса , соответственно при Т_г и Т_сл;

• E модуль упругости троса, при расчетах может быть принят равным 3,63 *10⁶ н/см² _;

• F суммарная площадь сечения всех проволок в тросе, выбирается из ГОСТа, см² ;

• α₁ - изменение расстояния между судами за счет изменения формы буксирной линии;

• β - изменение длины троса, обусловленное его упругой деформацией;

• h _p - общее расхождение судов за счет α₁, β , должно быть больше или равно максимальной высоте волны в районе плавания.

Когда h>0,25, замена цепной линии, по которой располагается буксирная линия, параболой не целесообразна. В этом случае для расчетов используются Таблицы гиперболических функций или специальные «Таблицы для расчета цепных линий» (М., Реклам бюро Мир, 1975), которые построены с использованием известных соотношений цепной линии

Зная l и a, с помощью таблиц (Приложение 2), использование которых не требует специальных пояснений, определяют все остальные параметры буксирной линии.

Увеличение расстояния между судами за счет весовой «игры» троса (изменения формы троса) в данном случае будет определяться выражением

α = 2(х₂ –х₁).

Величины h_p и β находятся в соответствии с таблицей 1. Сравнивая с ожидаемой высотой волны h_в, можно оценить возможность использования данной буксирной линии. Если h_в> h_p, то необходимо увеличить стрелку провиса любым доступным способом:

• снизить скорость буксировки,

• увеличить длину буксирной линии,

• ввести груз в буксирную линию.

В работе необходимо сделать предложения по всем способам увеличения стрелки провиса. Возможно использование эмпирических формул:

l = T_гh_в /10k_i или T_г = 10k_i* l /h_в (24-25)

• где k_i - коэффициент “игры” буксирной линии, выбирается из таблицы:

Tг , кН	ki
250 200 150 100	0,30 0,24 0,18 0,12

По рассчитанной T_г из графика определяется скорость буксировки или рассчитывается длина буксирной линии при возможности ее изменения.

Если буксировщик и буксируемое судно проходят малые глубины (меньше стрелки провиса буксирной линии), необходимо укорачивать

буксирную линию с целью уменьшения провиса. Длину троса, которую требуется выбрать в этом случае, определяют по формуле

Δ l =2(l _фак – l₁), (26)

где l₁< - полудлина троса, обеспечивающая заданную стрелку провиса f₁ равную или меньшую минимальной глубины, м;

l _{фак –} полудлина буксирного троса до начала его укорачивания, м.

В случае необходимости введения якорного каната в буксирную линию с целью ее утяжеления. Требуемая длина якорной цепи в первом приближении рассчитывается следующим образом:

h_в-β=α_тр;

(27-30)

l_ст.тр.=³√(3α_тра₂а₁/ а₂²- а²₁ )

2(l_ст.тр.-l)=l_н;

l_ц= l_н q_ст/ q_ц

Здесь α_{тр –} требуемая весовая «игра» буксирной линии, м;

• l_ст.тр – общая полудлина буксирного троса с имеющимися параметрами, которая может обеспечить α_тр;

• l - имеющаяся полудлина троса;

• l_н - недостающая длина троса

• l_{ц -} требуемая длина якорного каната, м;

• q_ст,q_ц - соответственно вес одного метра имеющегося на судне стального троса и якорной цепи.

• где а_1,.2 – расстояния от нижней точки провиса буксирной линии до начала координат, м;