Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ и причины аварийности судов. анализ положений, регламентирующих планирование и выполнение рейса. состояние проблемы безопасности мореплавания судов при перевозке палубных пакетированных грузов
1.1 Причины аварийности судов и их анализ 10
1.1.2 Анализ положений, регламентирующих планирование и выполнение рейса
1.1.3 Анализ причин потери каравана т/х «Высокогорск» 15
1.1.4 Анализ причин потери каравана т/х «Синегорск» в Ла-Манше 17
1.1.5 Анализ гибели сухогруза «Ice Prince» 19
1.1.6 Комплексные исследования нормирования остойчивости судов с лесным грузом на палубе
1.1.7 Влияние человеческого фактора на безопасность мореплавания
1.2 Состояние проблемы обеспечения безопасной перевозки палубньгх пакетированных лесных грузов
1.2.1 Анализ действующих международных и национальных нормативных документов
1.2.2 Анализ существующих методик расчета крепления палубных лесных грузов
ГЛАВА 2 Теоретические основы формирования и крепления штабеля палубных пакетированных лесных грузов с использованием фиксирующих башмаков
2.1 Увеличение кренящего момента от неплотной укладки палубного пакетированного лесного груза
2.2 Исследование поперечной устойчивости палубного пакетированного груза
2.3 Разработка математической модели динамической системы: судно - укрупненная грузовая единица - штабель пиломатериала
2.3.1 Методология исследования динамической системы: суднорегулятор - груз
2.4 Анализ численных результатов исследования 74
ГЛАВА 3 Разработка способа формирования и крепления штабеля пакетированных материалов с прямоугольным основанием на транспортном средстве
3.1 Способ формирования пакетов и блок-пакетов пиломатериалов с использованием фиксирующих башмаков
3.2 Способ формирования палубного каравана пакетированных пиломатериалов с использованием фиксирующих башмаков
3.3 Расчет прочности элементов крепления штабеля пиломатериалов, сформированного с использованием фиксирующих башмаков
3.4 Расчет крепления палубного груза по данным судов типа 101
«Игорь Ильинский»
ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования статической, динамической устойчивости штабеля палубных пакетированных пиломатериалов, закрепленных с использованием фиксирующих башмаков
4.1 Экспериментальные исследования 105
4.2 Расчет экономической эффективности крепления палубного пакетированного груза с использованием фиксирующих башмаков
4.2.1 Расчет экономического эффекта на примере крепления пакетов пиломатериалов для судна типа «Игорь Ильинский»
Заключение 127
Библиографический список
- Анализ причин потери каравана т/х «Синегорск» в Ла-Манше
- Разработка математической модели динамической системы: судно - укрупненная грузовая единица - штабель пиломатериала
- Способ формирования палубного каравана пакетированных пиломатериалов с использованием фиксирующих башмаков
- Расчет экономической эффективности крепления палубного пакетированного груза с использованием фиксирующих башмаков
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из актуальных проблем морского транспорта является обеспечение безопасности плавания судов с палубными лесными грузами. Аварии из-за смещения каравана происходят на судах многих стран, о чем свидетельствуют статистические данные страховых обществ.
С 2003 по 2012 год на 90 судах произошли аварии, связанные со смещением палубных лесных грузов. Убытки составили свыше 35% от всех убытков. Существенную долю убытков составляют последствия смещения и потери грузов, особенно навалочных и лесных, во время их транспортировки морем.
Как показывает анализ работ Н.В. Барабанов, М.В. Борисов, Н.Т. Гончаренко, В.И. Игнатов, Е.Б. Карповича, О.Е. Карпович, А.И. Лешкевич, С.С. Малахов, А.Д. Москаленко, В.И. Снопкова, Ю.М. Реутов, Ю.Г. Рыбалкина и др. смещение палубного лесного груза нередко происходит из-за нарушений технологии транспортировки лесных грузов морем и под действием динамических нагрузок при плавании судна в штормовых условиях.
В существующих нормативных документах по укладке и креплению лесных грузов на судне и методиках их расчетов не полностью учтены транспортные характеристики и свойства пакетированных лесных грузов, как грузовых мест, так и штабелей, оказывающие существенное влияние на безопасность их транспортировки. Действующая методика крепления леса на палубе не в полной мере учитывает их многоэлементность, взаимодействие между собой отдельных пакетов и т.д. Это приводит к завышенным расходам на крепление и увеличению трудоемкости монтажа крепления, увеличению времени погрузо-разгрузочных работ. Необходимо совершенствовать конструкции и методики крепления палубных лесных пакетированных грузов для сохранной перевозки их морем.
Ставится задача создания новой технологии разработки конструкций и способов размещения и крепления пакетированных грузов на основе фиксирующих башмаков, обеспечивающих безопасность мореплавания, оптимальное расходование материалов для крепления с учетом инерционных воздействий на грузы в штормовых условиях.
«Правила безопасности морской перевозки лесных грузов» РД 31.11.21.01-97 нуждаются в дополнении по перевозке пакетированных лесных грузов, что отмечено в работах М.И. Суслина, О.Е. Карповича, Е.Б. Карповича, Ю.Г. Рыбалкина, а также других авторов.
Совершенствование технологии крепления при перевозке лесных палубных пакетированных грузов на основе использования фиксирующих башмаков как элементов крепления при их совместном использовании является актуальной задачей, имеющей важное значение для обеспечения безопасности мореплавания и безопасной перевозки пакетированных лесных грузов.
Цель диссертационной работы - целью диссертационной работы является совершенствование технологии крепления грузов на базе применения принципиально новых средств крепления.
Область исследования - разработка технологии, методов и конструктивных средств обеспечения безопасности плавания при перевозке пакетированных пиломатериалов на палубе.
Объект исследования - совокупность методов и средств обеспечения безопасной перевозки пакетированных лесных грузов морем.
Предмет исследования - разработка технологии крепления штабеля палубного пакетированного лесного груза, сформированного с использованием фиксирующих башмаков. Пакеты и блок-пакеты пиломатериалов сформированные с помощью фиксирующих башмаков, гибкие элементы крепления (крепежные ленты, найтовы), взаимодействие гибких элементов крепления с упорными элементами крепления (фиксирующими башмаками) при их совместной работе.
Для достижения указанной цели поставлены следующие научные задачи:
изучение условий транспортировки пакетированных лесных грузов;
анализ способов и средств крепления грузов в пакетах на палубе судна;
разработка расчетных моделей пакетированных лесных грузов (ПЛГ);
разработка технологии крепления ПЛГ;
разработка конструкции фиксирующего башмака для формирования пакетов, блок - пакетов и массива яруса палубного пакетированного груза;
экспериментальное исследование на судах надежности крепления и эффективности предлагаемой технологии укладки и крепления ПЛГ с использованием фиксирующих башмаков.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на теории качки, теории вероятности и математической статистики, сопротивления материалов. Исследования выполнялись с использованием вычислительных средств на базе современных программных продуктов. При решении поставленных научных задач использовались методы теории графов, дифференциальных уравнений и элементы численных методов линейной алгебры и комплекс экспериментально - теоретических исследований.
В ходе исследования проводился анализ и обобщение разработок, средств и способов крепления пакетированных лесных грузов на палубе. Экспериментальные данные обрабатывались статистическими методами. Для решения задач использовался теоретический и экспериментальный метод с последующим сопоставлением полученных результатов.
Научная новизна исследований состоит в том, что:
выведен коэффициент геометрического аналога устойчивости массива
яруса палубного пакетированного груза;
разработаны расчетные схемы новых средств и способов крепления лес-
ных палубных пакетированных грузов;
разработано специальное устройство для формирования пакетов, блок-
пакетов и массива груза в ярусе;
решена задача численной реализации динамической системы «судно -
спецустройство - штабель пиломатериалов»; Практическая значимость исследований:
разработана технология крепления пакетированных лесных грузов на палубе морского судна;
разработана конструкция фиксирующего башмака для формирования пакетов и блок - пакетов;
разработаны схемы и метод крепления палубных лесных пакетированных грузов, предложена модель штабеля, состоящего из отдельных ярусов грузовых мест;
выявлены причины смещения штабеля лесного груза на верхней палубе судна в зимних условиях - соскальзывание в результате оттаивания льда над люковыми крышками;
разработан способ формирования и крепления штабеля пакетированных материалов с прямоугольным основанием.
Обоснованность и достоверность результатов достигнуты корректностью применения хорошо апробированного математического аппарата и совпадением результатов теоретических исследований с данными лабораторных экспериментов, имитационного моделирования и натурной эксплуатацией статической и динамической устойчивости штабеля пиломатериалов.
Реализация результатов работы. Результаты работы непосредственно использованы при выполнении госбюджетных НИР в рамках темы «Исследование и выработка научно-обоснованных предложений по совершенствованию нормативно-правовой базы Российской Федерации в области обеспечения перевозки лесных грузов морским транспортом» (2008-2009 г. УДК 656.614.3:629.124.34) в соответствии с планами НИР вуза в рамках раздела «Особенности работы судов в Дальневосточном регионе». Изготовлены и испытаны экспериментальные образцы фиксирующих башмаков.
Выводы и рекомендации, полученные при разработке диссертации, были внедрены в заявки на изобретение средств и способа формирования и крепления штабеля пакетированных пиломатериалов с прямоугольным основанием на транспортном средстве с использованием фиксирующих башмаков и в процесс обучения курсантов и студентов ФБГОУ ВПО МГУ им. адм. Г. И. Невельского, а так же для повышения квалификации судоводителей, углубления их теоретических знаний и совершенствования практических навыков по размещению, креплению палубных лесных грузов (лекции, курсовое и дипломное проектирование). На судах, перевозящих пакетированные пиломатериалы на палубе, успешно испытана технология, схемы крепления на основе фиксирующих башмаков.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации подтверждены экспериментально при лабораторных и натурных испытаниях.
Материалы работы были доложены на: 57-й международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь-наука-инновации», 2009 г.; 58-й международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь-наука-инновации», 2010 г.; на международных научно-практических конференциях «Проблемы транспорта Дальнего Востока», в 2009, 2011, 2012, 2013 г.; на 60-ой международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь-наука-инновации» в 2012 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ, из них 4 - в изданиях рекомендованных ВАК РФ и 4 без соавторства.
Структура и объем работы. Диссертация представлена на 182 листах машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и одного приложения. Работа содержит 53 рисунка, 48 фотографий, 14 таблиц и список использованных источников из 205 наименований.
Анализ причин потери каравана т/х «Синегорск» в Ла-Манше
Аварии судов в порту, как правило, происходят в стадии завершения формирования палубного каравана, когда, вне зависимости от влажности и породы загружаемой на борт древесины, пытаются принять максимальное количество груза в ущерб балластировке и начальной остойчивости судна.
В комплексных исследованиях проведенных Ю.Г. Рыбалкиным [9], дается анализ аварийных ситуаций, связанных со смещением и потерей палубного лесного груза. Характерным для аварий в порту является возникновение, а затем постепенное возрастание крена, который пытаются устранить либо приемом балласта, либо переукладкой (догрузкой) груза на противоположный накрененному борт судна. Первоначальной причиной возникновения крена является неравномерное распределение по ширине судна однородных пород древесины (плотность различных пород древесины, одновременно загружаемых на судно, может отличаться на 25-30%). Кренящий момент, обусловленный неоднородной укладкой груза, по мере завершения формирования палубного каравана и снижения начальной остойчивости постепенно увеличивает крен судна. Наличие свободных поверхностей в топливных и балластных танках, а также перекачка балласта или догрузка груза на противоположный накрененному борт судна лишь усугубляют ситуацию. Увеличение крена вызывает смещение незакрепленного палубного груза, разрушение конструкций его крепления и проникновение воды внутрь корпуса судна через открытые иллюминаторы и двери, незагерметизированные люковые закрытия и вентиляционные каналы, а также отверстия, возникающие при разрушении конструкций крепления.
Остойчивость лесовозов, потерпевших аварии в портах, характеризуется крайне низкими, соизмеримыми с погрешностью определения значениями начальной метацентрической высоты и малыми углами заката диаграммы плеч статической остойчивости, поэтому проникновение воды неизбежно ведет к резкому увеличению крена, сбросу палубного груза, а иногда и опрокидыванию судна [9,60,61].
В подавляющем большинстве случаев аварии лесовозов в портах возникают в результате потери остойчивости, вызванной как объективными, так и субъективными причинами.
К объективным причинам следует отнести высокую погрешность существующих методов оценки и контроля остойчивости. Действительно, при расчетном методе оценки остойчивости погрешность в определении положения центра тяжести груза по высоте из-за разнопородности загружаемой древесины достигает 6-8%, что соответствует погрешности в определении начальной метацентрической высоты в 0,15-0,20 метра [9,23]. Контроль начальной остойчивости судна, стоящего у причала под грузовыми операциями, может быть произведен по периоду бортовой качки или углу крена, вызванного действием крен-балласта. Эти методы имеют не меньшую погрешность вследствие невозможности обеспечения свободных колебаний пришвартованного судна на ограниченной по глубине и ширине акватории, влияние ветра, волнения соответственно в первом, и неточностей в определении величин кренящего момента и малых значений вызываемого им крена во втором методе.
К субъективным причинам аварийности следует отнести: - отсутствие должного контроля со стороны экипажа за исполнением грузового плана в процессе погрузки судна; - отсутствие контроля над качеством, плотностью и последовательностью укладки разнородного по сортам, размерам и породам древесины пакетированного лесного груза; - нарушение схемы балластировки и отсутствие должного контроля за поверхностью жидкостей в отпрессованных танках (рис. 1.7); - наличие самопроизвольных перетоков жидкости между танками; - перекачка балласта или топлива с целью устранения возникшего крена в стадии завершения загрузки судна. Анализ аварийности показал, что большие партии груза, как правило, состоят из различных пород древесины, пакетов разного размера.
Размер стандартного пакета древесины, согласно ГОСТов [38, 39] по ширине и высоте варьируется от 0,6 до 1,6 метра. Длина пакета составляет от 1 до 6 метров и выравнивается с обоих торцов. Такой размер пакета был типовым в течение многих лет, пока в стандартах не стали появляться изменения, которые привели к трудностям в процессе погрузки, в связи с увеличением числа плохо обернутых и сформированных в пакеты блоков пиломатериала с неровными концами, отличающихся по ширине и высоте. Так же часто у паке тов выравнивается только один торец (рис. 1.8), что не позволяет произвести плотную укладку палубного груза.
Согласно требованиям «Международного Кодекса безопасной перевозки палубных лесных грузов» и «Правил перевозки лесных грузов» [127,129] такие пакеты должны грузиться в трюма, что так же не позволит произвести плотную укладку груза в трюме, а следовательно, чем меньше груза будет погружено в трюм, тем меньше на палубу. Но вышеуказанные условия возможны, только тогда, когда весь груз находится на причале и есть возможность выбора. А что делать если погрузка идет с «колес» (с вагонов или автомобилей)? Тогда приходится грузить такие пакеты на палубу и уже не будет «монолитности» каравана, а следовательно и его устойчивости.
Разработка математической модели динамической системы: судно - укрупненная грузовая единица - штабель пиломатериала
На основе материалов расследования [78] авторы полагают, что крепление палубного груза пиломатериалов основано на трении между грузом и поверхностью палубы. Пакеты укладывают поярусно, при этом создаются различные поверхности трения, наибольшей из которых является поверхность люковой крышки. В действительности все поверхности трения между пакетами состояли из нескольких зон и зависели от следующих факторов (рис. 1.15.): - на синтетических стропах были следующие пары трения: строп-дерево, ниже строп-пленка или строп-сталь; - по причине прогиба пакетов контакт материалов в парах дерево-пленка или дерево-сталь образовывался на больших площадях. Из-за этого давление в местах контактов было неравномерным; Рис. 1.15. Схема структуры палубного штабеля груза 1 - каждый продольный пакет, уложен над стыком двух пакетов нижележащего яруса; 2 - пакеты уложены вдоль судна поверх пакетов, уложенных поперек, 3 - пакеты уложены поперек поверх пакетов, уложенных вдоль; 4 - пакеты уложены вдоль судна на поверхности люковой крышки; 5 - вдоль бортов продольные пакеты уложены стопой друг на друга; 6 - вдоль бортов самые нижние продольно уложенные пакеты установлены на деревянные прокладки. - габаритные размеры пакетов пиломатериалов различались, что привило к появлению выступов и впадин в контактных поверхностях штабеля; - в штабеле присутствовали: пары трения между стропами, пары трения между внутренней поверхностью пленки и древесиной, а также пары трения между наружной поверхностью пленки и древесиной, структура применявшихся накидок (пленок) была различна. Они сами состояли из нескольких слоев, имеющих внутри различные поверхности трения [67]; - заснеженные, обледенелые, покрытые изморозью поверхности образовались уже в процессе погрузки. В дополнение к этому колотый лед между пакетами образовывался во время рейса, когда пластины льда между пакетами разрушались.
При этом поверхности были сухими в одних местах, замороженные или заиндевелые в других местах, пропитанные водой в третьих, и в отдельных местах могли быть смерзшимися.
Таким образом, штабель груза фактически представлял собой далеко не «монолит», а некую структуру, состоящую из нескольких ярусов пакетов пиломатериалов, между которыми присутствовали различные материалы (пленки, стропы и т.д.) и вещества (вода, лед и др.), характеризующиеся разными коэффициентами трения и различным агрегатным состоянием, изменяющимся в течение рейса. То есть, фактическое состояние предъявляемого в настоящее время к морской перевозке груза пиломатериалов в пакетах (характеризуемое наличием на пакетах различных синтетических накидок и канатов), существенно отличается от прежних транспортных характеристик и свойств груза, позволявших удовлетвориться моделью «монолита», которая принималась к учету при разработке всех ныне действующих национальных и международных нормативных документов [67].
Следовательно, дальнейшее исследование должно базироваться на модели структуры штабеля, состоящей из нескольких ярусов пакетов пиломатериалов, между которыми присутствуют материалы и вещества с зачастую неизвестными коэффициентами трения.
Результаты исследований, проведенных Карповичем О. Е.[61], устойчивости структуры пакета пиломатериалов, а также штабеля - стопы из пакетов,
установленных друг на друга в несколько ярусов как вдоль судна так и поперек выполнялись как с пакетами, не обернутыми накидками, но с деревянными прокладками между ярусами, исключающими из работы и увязывающие пакеты стальные ленты и подъемные стропы из стальных или синтетических канатов, так и без деревянных прокладок, но с пакетами, обернутыми накидками и снабженными синтетическими стропами. Исследования показывают, что стандартные пакеты пиломатериалов обладают достаточно высокой устойчивостью, т.е. сохраняют свою форму до углов наклона, соизмеримых с углами трения досок внутри пакетов. Разрушение структуры штабеля - стопы, составленной из нескольких пакетов, всегда происходит в виде опрокидывания стопы с последующим соскальзыванием прокладок или стропов под верхним пакетом по основанию.
Кроме того, приведенные результаты исследований [61,] показывают, что полученные значения коэффициентов трения хорошо корреспондируются со значениями коэффициентов трения, принимавшимися к учету при разработке отраслевых стандартов [33, 57], национальных правил [67] и судовых наставлений по креплению грузов. Все ныне действующие нормативные документы относятся к штабелям, структура которых основана на трении древесины по древесине.
Требования нормативных документов направленные на обеспечение безопасности морской перевозки лесного груза на палубе, содержат положения о его укладке и креплении. Приведенные далее выдержки из мировых и отечественных нормативных документов подтверждают актуальность темы и служат основанием для постановки задачи исследования. Эти выдержки непосредственно указывают на тот материал, который требует дальнейшего изучения для научного обоснования необходимости внесения дополнений и изменений в действующие нормативные документы.
При перевозке пакетированных лесных грузов основным международным документом является Кодекс безопасной практики для судов, перевозя щих палубные лесные грузы [67]. Кодекс содержит подробные сведения о размещении и креплении различных видов лесных грузов и рекомендации для обеспечения соответствующей остойчивости судна в течении всего рейса.
Цель Кодекса рекомендовать способы укладки, крепления и другие эксплуатационные меры для обеспечения безопасной перевозки палубных лесных грузов. Кодекс подчеркивает, что основной принцип безопасной перевозки лесных палубных грузов — это плотная укладка груза на всех стадиях погрузки, так как наличие пустот в штабеле может привести к ослаблению крепления, возникновению дополнительных моментов, а, следовательно, и к возможности смещения груза.
В дополнении А, пункте 2 «Кодекса безопасной практики для судов, перевозящих палубные лесные грузы» отмечается, что пакеты пиломатериалов обычно связываются лентами, механически затягиваемые (жесткая связка) или затягиваемые в ручную (мягкая связка). Но мягкая связка очень часто приводит к разрушению пакетов во время погрузо-разгрузочных операций (рис. 1.16.).
Брусья обычно связаны лентами, но неоднородность, вызываемая различной толщиной и кривизной поверхностей, приводит к большим трудностям в достижении плотной связки. Из-за этих факторов встречается большое количество разбитых пакетов. Наблюдается тенденция пакетов принимать округлое поперечное сечение из-за округленных сторон отдельных брусов. Меняющаяся длина леса в пакетах создает проблему укладки груза (рис. 1.17).
Способ формирования палубного каравана пакетированных пиломатериалов с использованием фиксирующих башмаков
В существующих физических и математических моделях крепления груза обычно используют два различных коэффициента трения скольжения: статический, когда соприкасающиеся тела находятся в состоянии покоя, и динамический, когда тела скользят поверхностями друг по другу. Кроме того, существует и коэффициент трения качения, который почти на порядок ниже трения скольжения, его в дальнейшем не учитываем. В принципе, статические и динамические коэффициенты трения скольжения одинаковы.
Факторы, объясняющие явление трения, базируются на результатах экспериментов [6, 60], которые показали, что: коэффициент трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей, если только такая площадь не слишком мала — настолько, что одно тело начинает проникать в другое, или другими словами давление становится слишком большим; коэффициент трения не зависит от давления одного тела на другое при достаточной площади соприкосновения; коэффициент трения не зависит от скорости взаимного перемещения поверхностей в широком диапазоне скоростей.
Таким образом, в опытах статический коэффициент трения обычно больше, чем динамический. Сила трения зависит от состояния контактирующих поверхностей и от вида материалов. Если между трущимися поверхностями появляются жидкие вещества, играющие роль смазки, такое трение называется вязким трением. Коэффициент трения может быть определен для различных состояний поверхностей: влажной, грязной, засаленной и т.д. [60,61].
Математические исследования определения зависимости усилий, возникающих в найтовых при перевозке пакетированных пиломатериалов, в зависимости от коэффициента трения между грузом (его упаковкой) и палубой при различных способах укладки груза (рис. 2,10. и 2.11) показали: что, для компенсации дополнительных кренящих моментов от неплотной укладки груза при уменьшении силы трения, необходимо увеличение количества найтовах, что, в свою очередь, приведет к чрезмерным и неоправданным расходам по креплению палубного груза.
Следовательно, предотвращение разрушения палубного каравана необходимо решать за счет совершенствования технологии укладки и крепления груза. Новые технологии позволят свести к минимуму влияние кренящего момента от неплотной укладки палубного каравана, при намокании и обледенения, и тем самым они обеспечат безопасность перевозки, сохранность груза и более полное использование грузоподъемности судна. Разработка принципиально новой технологии крепления штабеля пиломатериалов, состоящего из разных по размерам пакетов, путем создания из них укрупненных грузовых единиц, с использованием фиксирующих башмаков обеспечивает монолитность каравана пиломатериалов при морских и речных перевозках, снижает затраты физического труда при погрузо-разгрузочных работах.
У большинства известных способов крепления лесных грузов на судах имеется ряд недостатков [60,61,69,70,120,121]. Самые важные из них - это невозможность обеспечения монолитности палубного каравана и трудоемкость его крепления, что значительно увеличивает время погрузки судна в порту, и необходимость проверки креплений во время рейса.
Проектирование новых средств и способов для крепления смещающихся грузов - сложный многоступенчатый творческий процесс. В процессе создания новых технологий крепления смещающихся грузов выполнялись научные исследования, связанные с разработкой математических моделей. Математическое моделирование и численный эксперимент, заменяя натурный эксперимент, позволили ускорить процесс создания новых технологий [ПО].
При рассмотрении физической модели и структуры автоматического управления системами использовались методы матричной алгебры и топологические методы [33,34,110,111]. Матричные уравнения равновесия системы выражают лишь количественные соотношения между ее переменными, тогда как топология показывает фундаментальные связи в системе и позволяет произвести ряд упрощений эквивалентной системы.
При составлении любой физической системы образуются зависимость между характеристиками компонент, составляющих систему, и характеристиками системы в целом при воздействии на систему некоторого комплекса возмущений. Как характеристика системы в целом, так и характеристика компонент представляют собой функциональные зависимости некоторого количества переменных величин, их производных и интегралов. Эти переменные могут иметь различную физическую природу и отражать проявления разнообразных физических законов. Поэтому анализ физической системы распадается на два этапа: получение математической связи характеристик системы с характеристиками отдельных компонент и способом их (компонент) сочетания, т. е. вывод уравнений системы; решение полученных уравнений.
Наиболее распространёнными способами решения поставленной задачи являются три метода:
1. Метод получения уравнений электромеханических систем основан на непосредственном применении законов механики, электротехники, гидравлики. Этот метод требует детального знакомства с физической природой различных процессов и явлений, имеющих место в системах и их элементах, и не позволяет обнаружить особенности системы, связанные с ее структурой. Отсутствие единого аппарата для получения уравнений существенно затрудняет использование указанного метода при анализе сложных систем, состоящих из физически разнородных компонент.
2. Метод математического описания электромеханических систем основан на вариационных принципах, первоначально развитых в механике. Наибольшее распространение получил принцип Гамильтона - Остроградского, приводящий к уравнениям Лагранжа или Гамильтона. Систематическое применение этого принципа позволяет получить формальный метод для строгого математического описания процессов в электромеханических системах [111]. Основная трудность в использовании метода связана с отсутствием систематизированной методики выбора обобщенных координат.
3. Третий метод основан на использовании теории линейных графов для получения уравнений состояния электромеханических систем [34]. За основу разработки математической модели принят третий метод. Процедура получения уравнений сложной системы как судно - спецустрой-ство - штабель пиломатериалов универсальна, не зависит от физической природы и сложности системы, и состоит из ряда операций: 1. разделение системы на компоненты с известным полюсным представлением; 2. объединение компонентов в блоки; 3. получение полюсного представления блоков; 4. получение уравнений системы.
В приложениях различают два вида графов: графы распространения сигнала и линейные (структурные) графы [34, 111]. Так как «геометрия» эквивалентных схем легко выражается графом распространения сигнала, то основой анализа схем с помощью теории графов служат ряд правил по преобразованию графов. Правила упрощения графа распространения сигнала, разработанные Мейсоном применительно к изучению свойств цепей и получившие развитие в ряде других работ, позволяют существенно упростить расчет сложных цепей и достигнуть большой экономии времени.
Под механической цепью или схемой принимается совокупность активных и пассивных элементов, составляющих динамическую систему и условно связанных между собой линиями взаимного влияния сил и скоростей, возникающих в результате внешнего воздействия. Звеном называется соединение двух и более одноименных или разноименных пассивных элементов. Для математического описания состава и структуры физической системы используются два типа соотношений: полюсные уравнения, характеризующие индивидуальные свойства каждой компоненты безотносительно к возможным соединениям с другими компонентами; уравнения связей, отражающие характер соединения различных компонент в схеме безотносительно к их индивидуальным свойствам [111].
Расчет экономической эффективности крепления палубного пакетированного груза с использованием фиксирующих башмаков
Как показали результаты эксперимента, при статических и динамических нагрузках штабель массивов пакетов закрепленные предложенным методом не был подвержен деформации даже при оттаивании нижнего слоя льда при амплитуды качки 35.
На основании результатов экспериментальных исследований установлена следующая закономерность деформации палубного каравана: деформация основания штабеля (первый ярус пакетов) влечет за собой разрушение внешнего (бортового) ряда пакетов пиломатериалов - смещение груза - образование крена - разрыв найтовых - уход каравана за борт.
Произведен расчет крепления штабеля палубных пакетированных пиломатериалов на судне «Фрост Олимпос» судоходной компании ООО «Владкри-сталл» и проведены натурные испытания транспортировки пиломатериалов из порта Владивосток в порт Петропавловск Камчатский в ноябре 2011 г.
Во время рейса найтовы регулярно осматривались и производилось обтягивание крепления штабеля палубного груза. Осмотр системы крепления палубного груза показал, что штабель закрепленный новым способом практически не требовал регулировки, в то время, как штабель закрепленный обычным способом необходимо было обтягивать найтовы в течение всего рейса.
В феврале 2013 г. проведены натурные испытания транспортировки паллетов с рыбой в трюме № 1 из порта Петропавловск Камчатский в порт Владивосток. Во время транспортировки в рейсе смещение и разрушение штабеля паллетов не зафиксировано. Груз при транспортировке повреждений не получил. Натурным экспериментом подтверждена эффективность разработанной технологии и средств крепления пакетированных грузов на палубе морского судна.
Сравнительный анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований показал достаточную точность аналитических зависимостей и их пригодность для инженерных расчетов.
Жесткое крепление пакетов с помощью дополнительного оборудования (башмаки, стопора) (рис. 3.6), несмотря на первоначальное увеличение стоимости перевозки, в конечном итоге оказывается более эффективным и, что наиболее важно, безопасным, так как обеспечивает монолитность каравана и несмещаемость груза при перевозке. Данный вид крепления позволяет; прочно и надежно сформировать пакет пиломатериала; сформировать блок -пакет, основываясь на данных о массе пакета, грузоподъемности транспортного средства и перегрузочного оборудования; мобильно сформировывать и расформировывать блок пакеты; широко использовать в схеме смешанной (мультимодальной) перевозки; сократить время на проведение погрузо - раз-гузочных операций; ускорить процедуру крепления груза на судне; может быть использовано для крепления других штучных грузов.
Основной целью оптимизации перевозки пакетированных лесных грузов, вне зависимости от вариантов и методов оптимизации является увеличение скорости обработки грузов и рациональное использование финансовых средств.
Использование предлагаемой системы формирования пакетов и крепления палубного груза предполагает увеличение скорости обработки груза и пропускной способности причала примерно в 2 раза. Среднесуточная пропускная способность причала считается по формуле я , 24.иу ю ЕР где WkyK - грузовместимость судна, куб. м. ( WkyK= 10745 м3.); кук - коэффициент укладки груза в трюме; Р — суммарная средневзвешенная производительность технологических линий на одном причале, м3./ч; tecn — время затрачиваемое на выполнение вспомогательных операций обработки судна, ч; kCM = tJ24 - коэффициент сменности (здесь tc = 21 - число часов работы порт-пункта в сутки).
Расчет обработка пакетированных лесных грузов производился на примере п. Восточном. Среднесуточная пропускная способность одного причала п. Восточный при обработке пакетированных пиломатериалов:
Таким образом, скорость обработки увеличивается почти в два раза, что экономически целесообразно. Следует отметить, что экономическая эффективность транспортировки грузов напрямую зависит от технической оснащенности мест погрузки и квалификации работников порта и транспортных компаний.
Предлагаемый метод крепления благодаря совокупности работы найто-вых и блокирующих стопоров исключает смещение пакетов в штабеле и его разрушение, и способствует сохранению устойчивого состояния каравана палубного пакетированного груза в течении всего рейса. В предложенном способе используется новый подход к решению задачи крепления каравана, повышение надежности и безопасности закрепленного палубного груза, снижение затрат при формировании, креплении палубных пакетированных пиломатериалов на верхней палубе за счет увеличения скорости погрузоразгрузочных работ.
Характеристики материалов используемых для крепления грузов. В качестве средств крепления применяются гибкие, полужесткие и жесткие изделия как промышленного производства, указанные в каталоге «Средства крепления многооборотные для крепления грузов на морских судах», так и изготовленные согласно проекту морской перевозки (упоры, кницы, раскосы, деревянные брусья, клинья и пр.).
Схемы размещения и прочные размеры стационарных и съемных средств крепления должны выбираться с использованием расчетных методик. Допускается использование других крепежных средств при наличии соответствующих актов испытаний и сертификатов.
