НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КОРАБЛЕСТРОЕНИЯ

имени адмирала Макарова

Кафедра морских технологий

ОБЩЕСУДОВЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ

Лабораторная работа №3

ЯКОРНОЕ УСТРОЙСТВО СУДНА.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА уравнения цепной линии

2007

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 3

Тема: Якорное устройство судна. Экспериментальная

оценка уравнения цепной линии.

Цель работы: Ознакомление с характеристиками и физическим явлением, используемом в якорном устройстве.

Задача: Определить основные параметры формы тяжелой гибкой нити (усилия натяжения Т и углы провисания α якорной цепи от собственного веса Q в точках ее крепления: клюзовой К и якорной Я) и сравнить их с теоретическим решением, полученным на основе уравнения цепной линии.

Краткая теория:

Якорное устройство состоит из якоря, якорной цепи, приводного механизма (шпиля или брашпиля), якорного клюза, прсипособлений для крепления (стопор) и аварийной отдачи (жвакагалс с глаголь-гаком и т.п.) и служащие для закрепления судна за донный грунт водоема как при рабочих так и аваприйных его стоянках на открытых акваториях, защищенных и не защищенных береговыми сосоружениями.

Одним из основных конструктивных элементов якорного устройства, передающего усилие держащей силы от якоря, закрепленного на грунте, через якорный клюз на судно является якорная цепь, - металлическая тяжелая гибкая нить, состоящая из отдельных, шарнирно соединенных между собой, овальных элементов Т(Q) (звеньев), способная воспринимать только растягивающее усилие, возникающие под действием её собственных сил веса Q , внешних сил натяжения Т(Q) (сопротивления судна R ) и Т(R_волн) от рывков R_волн (при волнении).

При стоянке судна на якоре вытравленная за борт и закрепленная в точках подвеса (клюзовой К и якорной Я) якорь-цепь провисает по сложной кривой в виде параболы не симметричной относительно этих точек, форму которой можно описать уравнением цепной линии.

При свободном провисании без касания о грунт якорь-цепь подвержена только усилиям растяжения Т(Q) от собственного веса Q в характерных точках цепной линии – клюзовой К и якорной Я точках крепления цепи (соответственно на клюзе и якоре) и самой низшей точки цепи, точке М. (см. рис 3.2). При этом указанные усилия (их взаимное перераспределение) существенно зависят от угла α провисания якорь-цепи в точках К и Я.

Усилия Т(Q) должны учитываться при расчете суммарных усилий в якорь-цепи (Т_Σ= Т(Q)+ Т(R)+Т(R_волн) ) при стоянке судна на якоре, а также всего якорного устройства в целом, так как от данных параметров зависит надежность якорного устройства (держащая сила якоря и якорь-цепи, Т_як+Т_як.ц.=Т_∑ потребная мощность приводных механизмов N, достаточная прочность узлов крепления и т.п.) и надежность самой якорной стоянки судна [1].

Примечание: для увеличения держащей силы системы якорь – якорь-цепь на практике вытравливается дополнительная длина якорь-цепи, которая образует горизонтальный участок в нижней точке её провисания (лежащий на грунте), тем самым значительно увеличивая держащую силу системы за счет силы трения покоя цепи о грунт (и её веса Q). Кроме того, горизонтальный участок якорь-цепи играет основную и главную роль в «игре» (амортизации усилия Т(R_волн) её рывков) при стоянке судна на волнении.

Таким образом, в основе работы якорного устройства, как устройства крепления судна за донный грунт водоема, используются общеизвестные физические явления, такие как:

1 -гибкость (шарнирность) тяжелой нити (якорь-цепи), воспринимающей только растягивающие усилия, описываемые уравнением цепной линии;

2 -сила сцепления якоря с грунтом, обусловленная глубиной зарывания лап якоря в грунт;

3 -сила трения покоя - сила сцепления тяжелой нити с грунтом под действием собственной силы тяжести Q нити (якорь-цепи).

Примечание: в данной лабораторной работе рассматривается только первое физическое явление.

Взаимозависимость усилий Т и углов α описывается уравнением цепной линии в виде [2]:

где

α	- угол провисания якорь цепи в данной характерной точке (М, К, Я), град;
q = Q/l	– погонная масса (погонный вес) якорь-цепи, кг/м;
Q	– масса (вес) якорь-цепи, кг;
l	– длина якорь-цепи, м;
Z	– аппликата точек (К и Я) подвеса якорь-цепи относительно самой низшей её точки М, м;
T(Q)	– усилие натяжения якорь-цепи от её собственного веса Q, кг.

Ход работы:

Оборудование (см.рис.3.1 и 3.2):

• стенд, моделирующий стоянку судна на якоре при свободном (без касания о грунт) провисании якорь-цепи и нагруженной только растягивающими усилиями Т(Q) от её собственного веса Q;

• исследуемая якорь-цепь калибром К, массой (весом) Q и длиной l;

• штангенциркуль для замера калибра К якорь-цепи;

• динамометры типа ДПУ – 002-2 для замера усилий Т(Q) в якорь-цепи;

• линейка для замера длины участков а, в, Z_прав , Z_лев , l_прав , l_лев якорь-цепи;

• транспортир для замера углов α_прав , α_лев провисания якорь-цепи в точках её крепления;

• мелок для отметки самой низшей точки М якорь-цепи.

1 2 3 4 5 6 7 8

12 11 10 9

Рис.3.1 Схема экспериментальной установки

1-линейка; 2-транспортир; 3-рукояка фиксации штанги; 4-струбцина крепления штанги; 5-подвижная регулируемая штанга с крючками 6, 12 для подвески нижней (якорной) ветви якорь-цепи; 7-узел крепления верхний (клюзовой) ветви якорь-цепи; 8 – клюзовый динамометр; 9 – полотно стенда с координатной сеткой; 10 – исследуемая якорь-цепь; 11 – якорный динамометр; К – клюзовая точка подвеса якорь-цепи; Я – якорная точка крепления якорь-цепи; М – низшая точка провисания якорь-цепи; а – расстояние между точками К и Я по горизонтали; в – расстояние между точками К и Я по вертикали; Ζ_прав, Ζ_лев – аппликаты точек К и Я относительно точки М.

Рис. 3.2 Расчетная схема эксперимента

Точка К –клюзовая (правя верхняя) точка подвеса якорь-цепи; Точка Я – якорная (левая нижняя) точка крепления якорь-цепи; Точка М – низшая точка провисания якорь-цепи; а, м – расстояние между точками К и Я по горизонатли; в , м – расстояние между точками К и Я по вертикали; Z_прав , Z_лев , м – аппликаты точек К и Я относительно точки М; Z_прав= Z_лев+в, м; α_прав , α_лев, град – углы провисания (углы между касательными к якорь-цепи в точках К и Я и горизонталью) соотвотственно правой (клюзовой) и левой (якорной) ветвей якорь-цепи; Q, кг – масса (вес) якорь-цепи; Т_М(прав), Т_М(лев), Т _прав (Q), Т_лев(Q), кг – растягивающие усилия в соответствующих точках М, К и Я якорь-цепи от её собственной силы веса Q.

Техника выполнения эксперимента

1. Выбрать якорь-цепь для исследования согласно варианту табл.3.1.

Задаваемые параметры якорь-цепи Табл.3.1

№ варианта	Якорь-цепь
	№1		№2		№3
	Расстояния между клюзовой К и якорной Я точками подвески якорь-цепи
	По горизонтали а,м	По вертикали в,м	По горизонтали а,м	По вертикали в,м	По горизонтали а,м	По вертикали в,м
1	0,850	0,400	0,600	0,100	0,850	0,800
2	0,850	0,350	0,600	0,200	0,850	0,700
3	0,850	0,300	0,600	0,250	0,850	0,600
4	0,850	0,250	0,600	0,300	0,850	0,500
5	0,850	0,200	0,700	0,100	0,850	0,400
6	0,850	0,150	0,700	0,150	0,850	0,300
7	0,850	0,100	0,700	0,200	0,850	0,200
8	0,850	0,050	0,700	0,250	0,850	0,100
9	0,800	0,350	0,700	0,300	0,800	0,700
10	0,800	0,300	0,700	0,350	0,800	0,600
11	0,800	0,250	0,800	0,050	0,800	0,500
12	0,800	0,200	0,800	0,100	0,800	0,400
13	0,800	0,150	0,800	0,150	0,800	0,300
14	0,800	0,100	0,800	0,200	0,800	0,200
15	0,800	0,050	0,800	0,250	0,800	0,100
16	0,700	0,350	0,800	0,300	0,700	0,700
17	0,700	0,300	0,800	0,350	0,700	0,600
18	0,700	0,250	0,850	0,050	0,700	0,500
19	0,700	0,200	0,850	0,100	0,700	0,400
20	0,700	0,150	0,850	0,150	0,700	0,300
21	0,700	0,100	0,850	0,200	0,700	0,200
22	0,600	0,300	0,850	0,250	0,600	0,600
23	0,600	0,250	0,850	0,300	0,600	0,500
24	0,600	0,200	0,850	0,350	0,600	0,400
25	0,600	0,100	0,850	0,400	0,600	0,100

Примечание: в табл.3.1 задано 25х3=75 вариантов исследования, из них 3 варианта якорь-цепи и 25 вариантов координат а и в каждой из них. Например, вариант 1.23 означает: первая цифра 1 – № якорь-цепи, вторая цифра после точки, 23 – № варианта расстояний (№ по списку): а = 0.600 м, в = 0.250 м.