Курсовая работа по управлению судном
2 чел. помогло. | скачать МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ СУДОВОДИТЕЛЬСКИЙ ФАКУЛЬТЕНТ КУРСОВАЯ РАБОТА ПО УПРАВЛЕНИЮ СУДНОМ ВАРИАНТ №25 ИСПОЛНИТЕЛЬ: РУКОВОДИТЕЛЬ: Санкт-Петербург 2004 Введение Данная курсовая работа выполняется с целью закрепления теоретических знаний, полученных при изучении курса «Управление судном» и привитие навыков выполнения инженерных расчетов, связанных с эксплуатацией судна. Она состоит из 3 разделов:
В первом разделе рассчитываются силы, действующие на груз, и параметры найтовов, а также чертятся схемы действия сил, размещение груза, подкладочного материала и найтовов. Во втором разделе рассчитываются скорость буксировки и тяга на гаке в условиях отсутствия волнения, высота волны, при которой возможна буксировка заданным буксирным тросом, а также строятся кривые сопротивления буксировщика и буксируемого судна, приводится схема определения скорости буксировки и тяги на гаке. В третьем разделе определяется сила, необходимая для снятия судна с мели с приведением соответствующих схем. Исходные данные Расчет крепления груза
расчет буксировки судна морем
снятие судна с мели
Раздел №1. Расчет крепления палубного груза.
Суммарные силы Ру и Р1z, действующие соответственно по осям ОУ и ОZ при бортовой качке рассчитываются по формулам: Ру = mg sinθ + m 4π2/T12(z+r)sinθ + Pb Py = 80∙0,5 + 8,17∙4∙3,142/81∙(3,5+5)∙0,5 + 0 = 51 кН r = 0,5 ∙ hb = 0,5 ∙ 4 = 2м P1z= mg cosθ + my 4π2/T12 sinθ + mr 4π2/T12 cosθ P1z=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 Px и P2z, действующие соответственно по осям ОХ и ОZ при килевой качке, определяются выражениями Рх= mg sinψ + m4π2/T22zsinψ + m4π2/ T22 r ∙ sinψ Рх = 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 Р2z = mg cosψ + mx 4π2/T22sinψ + mr4π2/T22cosψ P2z = 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 hв, где hв ожидаемая высота волн в районе плавания, м Рв – сила ветра, Рв - 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 1.3.Расчет найтовов реакция найтовов от усилий, направленных перпендикулярно диаметральной плоскости судна рассчитывается по формуле: Ry = Py/(t1∙sinά2) = 51 кН/(3sin30o) = 34 кН Реакция найтовов от усилий, направленных параллельно диаметральной плоскости судна рассчитывается по формуле: Rx = Px/(t2∙sinά3) = 13,6кН/(2sin30o) = 13,6 кН Где t1, t2 – количество найтовов в поперечной и продольной плоскостях ά – наименьший угол наклона найтовов к вертикали, принимаемый равным 30о Py, Px – усилия действующие вдоль оси OY и вдоль оси ОХ Значения Ry и Rx являются рабочими нагрузками найтовов, и для получения разрывных усилий их следует умножить на коэффициент запаса прочности, принимаемый равным 3 Траз = 3∙34 = 102 кН По найденному разрывному усилию подобрали трос диаметром d=17мм ^ 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: Тш = 0,136∙N = 0,136∙1300л.с.∙0,735Вт/л.с. = 130кН Принимаем упор винта в швартовом режиме равным сопротивлению воды движению судна Ri при максимальной скорости последнего без буксира: Тш = 130 кН = Rб1 Далее определяем сопротивление, соответствующее различным скоростям хода: Ri-1= Ri∙(Vi-12/Vi2) Где Ri, Ri-1 – сопротивление воды движению судна при скоростях Vi и Vi-1 Сопротивление винтов буксируемого судна определяем по эмпирической формуле: Rв = К1∙Q1∙dв2∙V2= 500∙0,6∙1,52∙V2 = 675∙V2 Где Q1 – дисковое отношение винта dв – 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: Rб.о. = R′i-1+Rвi-1, где R′i-1 – сопротивление корпуса аварийного судна, оределяемое аналогично Ri-1 Общее сопротивление состава равно: Rсi-1= Rбi-1+ Rб.о.i-1= Rбi-1+R′i-1+ Rвi-1 Данные вычислений представлены в виде таблицы
По результатам таблицы построен график с помощью которого можно найти тягу на гаке и скорость буксировки. Из графика видно, что: Тr = 70 кН V = 7,5 узла ^ 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: Траз = Кх∙Тr = 5∙70кН = 350кН Тсл =1/2Траз = 350/2 = 175кН Где Траз – разрывная прочность буксирного троса Кх – 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 = Тr/q = 70 кН/0,87∙25,9Н/м = 3,1∙103м a2 = Тсл/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∙qвозд – вес одного метра буксирной линии в воде, Н/м qвозд - 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.
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 Tr и Тсл
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 Тг и Тсл
l2=(2Tcлl)/(Eтр∙ Fтр)= (2∙175∙120)/(3,63∙6,15) = 1,88м где l1, l2 – удлинение буксирной линии за счет упругой деформации троса соответственно при Тг и Тсл Етр – модуль упругости троса, при расчетах принимаем равным 3,63 Fтр – суммарная площадь сечения всех проволок в тросе, выбирается из ГОСТа и равна 6,15 см2
ά1 – изменение расстояния между судами за счет изменения формы буксирной линии
β – изменение длины троса, обусловленное его упругой деформацией
hp – общее расхождение судов за счет ά1, β должно быть больше или равно максимальной высоте волны в районе плавания Так как hp=1,155м<4,0= hв, то необходимо увеличить стрелку провеса путем введения в буксирную линию якорной цепи Рассчитываем требуемую длину якорной цепи: άтр = hвβ = 4-1,155= 2,845 м 3∙άтр∙а22∙а12 3∙2,8∙3,12∙7,82∙1012 lcт.тр.= --------------- = ------------------------ = 457,7 м а22-а12 (7,82-3,12)106 lн = 2(lcт.тр – l) = 2(457,7 – 120) = 675,4 м lц = (lн∙qст.тр.)/qn = (675,4 ∙ 25,9)/(25∙9,81) = 71,3 м цепи 3,7 смычки где άтр – требуемая весовая «игра» буксирной линии, м lcт.тр – общая полудлина буксирного троса с имеющимися параметрами, которая может обеспечить άтр l – имеющаяся полудлина троса lн – недостающая длина троса lц – требуемая длина якорного каната qст, qn – соответственно вес одного метра имеющегося на судне стального троса и якорной цепи. ^ 1.Определение потерянного водоизмещения Определение потерянного водоизмещения производится по формуле: Q=100q1((Tн+Тк)/2) + γ∙Voi = 100∙10(0,1+0,2)/2 + 1,025∙80,7 = 233т= 2285,7 кН Где Tн и Тк – изменение осадки носом и кормой после посадки на мель, м γ – удельный вес забортной воды, кН/м3 Voi – объем воды, попавшей внутрь судна через пробоину, м3, рассчитывается по формуле: Voi = К1∙К2∙l∙b∙ho = 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 ho – 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: Тш.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. Fгин = Fлеб∙(n+1)/(1+0,1n) = 27 (6+1)/(1+0,1∙1,6) = 118,1 кН Где Fлеб – 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=Fгин/ηя∙Ря∙9,81 = 118,1/1,7∙1900∙9,81 = 4 якоря Где Ря – вес якоря, кН ηя – коэффициент держащей силы якоря, который равен 1,7 разрывная прочность закрепляемого за якорь троса: Rраз = 5∙ Fгин = 5∙118,1 = 590,5 кН Где 5 – коэффициент запаса прочности троса По Rраз 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∙Fгин 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 Fгин+ Тш.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/Tr = 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. Тсл>F = 1142,9 кН Рраз= 2Тсл= 2∙1142,9 = 2285,8 кН Троса с таким Траз 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 – (Tш.з.х.+ Тг) = 1142,9 – (95,6 + 70) = 977,3 кН Q1 = F1/f = 977,3/0,5 = 1954,6 кН М1 = Q1/g = 199,3 т
|
средне
3отлично
4 Разместите кнопку на своём сайте или блоге: