Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы проблема производства грузовых операций в открытом море стала особенно актуальной. Это объясняется в первую очередь, значительным развитием флота крупнейших морских держав, что связано с возникновением новых задач, порождаемых неуклонным движением вперед науки и техники. Появилась насущная необходимость в создании специальных судов снабжения, получивших в зарубежной литературе название плавучих складов, оснащенных мощными и совершенными грузовыми устройствами, способными осуществлять передачу грузов в море с судна на судно, а также на необорудованный берег и прочие стационарные и плавучие объекты. Что касается рыбопромыслового флота, то повышение его эффективности, когда многие страны ввели двухсотмильную зону и судам приходится вести промысел при средней удаленности от береговых баз на 400 - 1200 миль, стало возможным только после появления крупных добывающих судов, имеющих большую автономность плавания, значительную скорость хода, единовременную емкость рыбных трюмов и хорошую обитаемость. Однако, даже современные добывающие суда перегонять на такие большие расстояния экономически невыгодно, гораздо целесообразнее доставлять в районы промысла специализированные плавбазы и транспортные рефрижераторы, не прерывая рейсов добывающих судов. В этих условиях, решающим значением в обеспечении эффективности использования добывающего флота является передача добывающими судами рыбопродукции и рыбы-сырца на обрабатывающие и транспортные суда и получение от них необходимого снаряжения.
-4-В настоящее время погрузочно-разгрузочные операции на рыбопромысловом флоте проводятся, в основном, контактным способом. При этом отсутствуют обоснованные рекомендации, определяющие схемы, оборудование, и конструкции грузопере-дающих устройств, которые в полной мере удовлетворяли бы возросшие требования промысловиков. Эти вопросы нередко решаются проектировщиками по каждому судну самостоятельно, без надлежащего анализа и научного обоснования новых проектов.
Между тем способы передачи грузов в море определяют экономическую эффективность промысла. Так, например, если проводить перегрузочные операции в районе Атлантики в январе обычными средствами /грузовыми стрелами/ допускающими их использование на волнении моря максимум до 5 баллов, то процент времени в течении которого можно заниматься перегрузкой составит около 65,5%. Применение специальных устройств, допускающих передачу груза до 7 баллов, позволило бы увеличить время перегрузочных работ до 90% и уменьшить простои промысловых судов под разгрузкой или в ожидании ее.
По мнению отечественных и зарубежных специалистов наиболее перспективным является бесконтактный способ передачи грузов с помощью подвесных канатных дорог, использование которого исключает швартовые операции и, как следствие, навалы судов, позволяет выполнять грузовые операции на ходу судов, создает возможность использовать переходы из одного района промысла в другой, позволяет выполнять передачу грузов, а в необходимых случаях и людей, при повышенном волнении моря.
Объектом исследования в данной работе были грузовые устройства применяемые на судах, дальнейшее развитие мето-
-5-дов их проектирования, повышение научного уровня и качества проектных работ.
На современном этапе в области проектирования и расчета
судовых грузовых устройств с приводом слежения проведены достаточно широкие по своему объему изыскательские работы. Однако, проведенные исследования, несмотря на их глубину, носят пока еще локальный характер, отражающий конкретные условия применения какого-либо одного типа устройства и его па-В то же время правильный выбор типа устройства и его параметров, диктуемых условиями эксплуатации, требованиями техники безопасности, степени автоматизации и т. п., требует в каждом отдельном случае использования результатов анализа большого количества вариантов (обобщенных схем) подобных устройств.
Структурная сложность схем грузовых устройств с приводами слежения, разнообразие типов следященатяжных механизмов, необходимость согласовании методов их расчета и исследования ставят перед проектировщиками задачи, которые при отсутствии прототипов и надлежащих теоретических и практических рекомендаций требуют для своего решения трудоемких предварительных исследований в каждом конкретном случае.
Целью работы является разработка теоретических основ расчета и проектирования судовых устройств с приводами слежения, а также анализ влияния эксплуатационных и конструктивных факторов на динамические процессы в них на базе комплексного исследования грузопередающих систем в условиях качки судов, которое складывается из решения следующих основных задач: - разработки универсальных расчетных схем грузовых устройств,
о позволяющих описать динамику различных типов канатных дорог и различных видов кранов;
- разработки математических моделей, описывающих динами
ческие явления, возникающие в грузовых устройствах при
качке судов;
- анализа поведения судов связанных канатной дорогой при пере-
даче грузов в условиях волнения моря;
разработка методики определения оптимального расстояния между судами связанными канатной дорогой;
разработки теоретических основ экспериментального определения динамических характеристик в судовых грузовых устройствах;
проведение эксперимента по получению динамических характеристик при различных конструктивных и эксплуатационных параметрах;
разработки схем проведения математического эксперимента по определению динамических параметров в грузовых устройствах;
разработки практических инженерных методик расчета и проектирования судовых грузовых устройств.
Методы исследования. Диссертационная работа обобщает многолетние теоретические и экспериментальные исследования автора в области разработки и проектирования судовых грузовых устройств с приводами слежения. В ходе работы широко использовались как теоретические, так и экспериментальные исследования. Теоретические исследования базируются на универсальных методах решения математических задач. Для получения теоретических и практических решений было исполь
-7 -зовано математическое моделирование и эксперимент на ЭЦВМ.
Экспериментальные исследования были проведены на реальной модели грузового устройства с приводом слежения разработанной автором.
В отличие от работ других авторов, в которых отдельно рассматривались вопросы динамики передаваемого груза, передвижной каретки, следяще-натяжного устройства, в данной работе проблема исследуется комплексно, в нелинейной постановке, с глубокой детализацией проработки отдельных вопросов.
Научная новизна работы определяется комплексным подходом к проблеме расчета и проектирования судовых грузовых устройств с приводами слежения.
В процессе исследования впервые получены:
- универсальные расчетные схемы грузовых устройств, позволяю-
щие описать статику и динамику всевозможных типов канатных дорог и различных видов кранов;
единая методика проектного расчета грузовых устройств в статике;
универсальная система дифференциальных уравнений, описывающих динамику несущей системы грузовых устройств различных типов;
математическое описание динамических явлений в судовых грузовых устройствах, возникающих при отсутствии качки судов;
методика определения оптимального расстояния между судами,
связанными канатной дорогой;
- результаты сравнительного анализа (теоретического и экспе
риментального) различных типов грузовых устройств при изме-
нении их конструктивных и эксплуатационных параметров, позволившие обнаружить ранее неизвестные взаимосвязи этих параметров;
решение вопроса о переключении режимов работы грузовых устройств без использования муфт переключения и тормозов, что существенно улучшает динамику приводов;
примеры практической реализации разработанных методов расчета.
Практическая ценность работы состоит в разработке инженерных методов выполнения проектных процедур обоснования и оптимизации характеристик судовых грузовых устройств с приводами слежения. Разработанные методы позволяют проектировщикам предъявлять и реализовывать обоснованные требования к геометрическим, кинематическим и динамическим характеристикам создаваемых ими грузовых устройств.
Проведенные исследования позволили:
полученные теоретические основы расчета грузовых устройств воплотить в методику расчета этих устройств;
в соответствии с указанной методикой разработать алгоритмы и программы решения различных задач, возникающих в процессе проектирования грузовых устройств;
получить ряд графических зависимостей, позволяющих определять некоторые характеристики грузовых устройств непосредственно с графиков (величина максимального провисания грузовой тележки в статике, силовые факторы гидродинамического взаимодействия судов);
- определить коэффициенты динамичности для натяжений в
канатах, обнаружить некоторые закономерности и факторы,
определяющие характер изменения величины коэффициентов
динамичности; разработать новую более совершенную схему следященатяжного
и приводного устройства; разработать методику определения оптимального расстояния
между судами связанными грузовым устройством с учетом сил
их гидродинамического взаимодействия.
Реализация работы. Результаты исследований были использо-аны при проектировании головного образца межсудовой под-есной канатной дороги для управления „Севрыбхолодфлот" Мурманск, 1979), а также при разработке проектной документами и изготовлении экспериментального стенда подвесной канат-;ой дороги (Мурманск, МВИМУ, 1979).
Кроме того, материалы диссертации вошли в справочник [. А. Горшкова и Н. И. Махорина „Передача судов в море" П.; Судостроение, 1977), а также в рабочие учебные программы по урсу „Теория механизмов и машин и детали машин" читаемому тудентам морского факультета (специальности „Промышленное ыболовство" и „Эксплуатация судовых энергетических устано-ок" КМТИ, Керчь, 1992 г.).
Апробация работы. Основные положения работы докладываюсь, обсуждались и получили одобрение: на 5-ой Международ-юй научно-технической конференции по развитию флота рыбной фомышленности и промышленного рыболовства социалисти-іеских стран (Ленинград, 1978 г.); на научно-техническом совеща-ши „Проблемы развития судовых под-ьемно транспортных машин і устройств" при Центральном правлении НТО им. академика К. Н. Крылова (Ленинград, 1978 г.); на научно-технической кон-
ференции по судовым грузопередающим устройствам Николаевского кораблестроительного института (г. Николаев, 1979 г.); на всесоюзном семинаре по обеспечению безопасности при швартовке и перегрузке рыбопродукции в открытом море (г. Севастополь, 1981 г.); на технических совещаниях ВРПО „Севрыба" по проблеме грузовых операций на рыбопромысловых судах в открытом море (г. Мурманск, 1979, 1987-88г.); на научно-технических конференциях Мурманского высшего инженерного морского училища (г. Мурманск, 1974-1988 г.); на расширенном заседании научного семинара кафедры промышленного рыболовства Калининградского технического института рыбной промышленности и хозяйства (Калининград, 1993 г.).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 2-х монографиях (Передача грузов в море" в соавторстве с Н. И. Махори-ным; „Расчет и проектирование судовых грузопередающих устройств") и в 13-ти других печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 59 наименований и приложений; содержит 183 страницы основного машинописного текста, 59 рисунков, 2 таблицы и 53 страницы приложений. Общий объем диссертации с приложениями составляет 276 страниц.
