Основы КСУ (Бормотов А) / Основы конструирования

ки от борта с должно быть минимальным, но достаточным для безопасного хранения шлюпок при швартовке судна. Для этого на эскизе проверяют, чтобы шлюпка не выходила за линию, отклоненную на 30 от вертикали на кромке палубы.

Рис. 5.37. Уточнение конфигурации и размещения шлюпбалок:

а – склоняющаяся; б – гравитационная

Конфигурацию шлюпбалки намечают как можно проще, тщательно отслеживая очертания ее корпуса и надстройки.

5.5.2. Нагрузки шлюпочного устройства

Исходной расчетной нагрузкой шлюпочного устройства служит сила веса спускаемой (поднимаемой) шлюпки. Если обслуживание шлюпки осуществляется одной шлюпбалкой, то нагрузка на шлюпбалку равна силе веса шлюпки со снабжением и людьми (Q=F). Если в устройстве предусмотрены две шлюпбалки (рис. 5.38), то расчетная нагрузка Q на каждую шлюпбалку назначается вдвое меньше.

Более того, необходимо учесть неравномерность нагрузки вдоль шлюпки:

181

где А – расстояние между шлюпбалками; – отстояние центра тяжести шлюпки от середины расстояния А; Pш– сила веса шлюпки; Pс – сила веса снабжения шлюпки; Pт – сила веса шлюпочных талей; q=981H – сила веса одного человека; n – число людей в шлюпке.

Рис. 5.38. Схема нагружения шлюпбалок

Количество людей в шлюпке различается при разных операциях со шлюпкой: при спуске шлюпки принимают n nmax , т.е. полная вместимость шлюпки; а при подъеме шлюпки и при вываливании-заваливании шлюпбалки n 2...5чел. (спусковая команда). Исключение из этого правила применяют к пассажирским судам, на которых вываливание шлюпбалок производят при полной вместимости шлюпки, а также к шлюпбалкам для дежурных шлюпок, когда все операции со шлюпкой проводятся при полной вместимости шлюпки.

Речной Регистр рекомендует учесть возможную неравномерность нагрузки завышением расчетного усилия на 25%:

Q 1,25 Pш Pc qn .

При расчете гравитационных шлюпбалок, обеспечивающих более высокие скорости спуска шлюпки, иногда расчетное усилие увеличивают для учета динамических нагрузок Qгр 1,15Q .

182

Кроме силы веса шлюпки F, необходимо учесть силу веса самой шлюпбалки P. Поскольку в начале проектирования эта сила неизвестна, ее назначают приближенно, ориентируясь на близкие шлюпбалки (по «прототипу»). Если этого не сделать, то надо будет вести расчет в два приближения: сначала определяют нагрузки и конструируют шлюпбалку без учета силы веса Р, а затем, подобрав размеры сечений шлюпбалки и ее деталей, вычисляют силу веса шлюпбалки Р и повторяют расчет с учетом этой силы. На рис. 5.39 приведены графические зависимости [25] веса шлюпбалок от их грузоподъемности.

Рис. 5.39. Зависимость веса шлюпбалок P от их грузоподъемности D:

1 – радиальные; 2 – склоняющиеся типа Иолко; 3 – склоняющиеся серповидные; 4 – гравитационные скатывающиеся

5.5.3. Расчет усилий, нагружающих детали шлюпбалок

Усилия, необходимые для расчетов прочности деталей шлюпбалок определяют методами теоретической механики, рассматривая равновесие шлюпбалки. Расчет повторяют многократно – для ряда последовательных положений шлюпбалки в пространстве от начала ее склонения до конца и обратно – для заваливания шлюпбалки. В каждой из этих операций принимают разную исходную нагрузку Q, как указано выше. В расчетах определяют усилия как при прямой посадке судна, так и с учетом крена на любой борт и дифферента судна.

183

Врасчетах устройств для спасательных шлюпок принимают [13, 17]:

200 и 100 – при вываливании и спуске шлюпок морских судов и судов смешанного плавания классов М-СП»;

80 и 50 – при подъеме и заваливании шлюпок морских судов;

150 и 50 – для всех операций со шлюпкой речных судов классов М и О;

00 и 00 – для прочих (не спасательных шлюпок).

Наиболее удобно вести расчет графоаналитическим способом, используя эскиз шлюпбалки со шлюпкой в определенном масштабе. С эскиза, предпочтительно выполненного на кальке или на экране компьютера (упрощается «перенос» изображения), можно легко снять углы и плечи, необходимые для составления уравнений равновесия шлюпбалки.

Расчет усилий радиальных шлюпбалок сравнительно несложен. С помощью эскиза (рис. 5.40) определяются необходимые плечи для составления уравнения моментов (a, b, z).

Внешней нагрузкой в задаче выступают: расчетная сила веса шлюпки Q, сила веса шлюпбалки P. Требуется определить реакции опор R1 R2 и N.

Рис. 5.40. Схема расчета усилий радиальной шлюпбалки:

а– прямая посадка судна; б – посадка судна с креном;

в– к расчету момента поворота шлюпбалки

184

Условие равновесия шлюпбалки определяется двумя уравнениями:

Уравнения (5.1) составляются и решаются дважды – при прямой посадке судна (а) и при посадке судна с креном и дифферентом . Наибольшие значения реакций будут при наибольшей силе Q, которая соответствует весу шлюпки со снабжением и полным количеством людей (спуск шлюпки).

Рис. 5.40, в поясняет влияние крена и дифферента судна на величину момента поворота шлюпбалки. Полный момент Mпов складывается от трения

мент от сил веса Q при крене судна ; M Qsin a cos – момент от сил веса Q при дифференте судна ; f – коэффициент трения каждой из опор шлюпбалки; d – диаметр втулки подшипника опоры; R – сила реакции каждой из опор; Sшл – площадь поперечного сечения шлюпки; – угол поворота шлюпбалки.

Расчет момента Mпов проводят для нескольких углов поворота шлюп-

балки от 00 до 900 , чтобы найти максимальное значение этого момента. По величине момента судят, можно ли осуществить поворот шлюпбалки вручную (с помощью оттяжек) или потребуется использовать механический привод.

Следует обратить внимание на то, что первое слагаемое – момент от сил трения M тр - можно определить, если размеры опор уже известны. В

связи с этим вначале ведут расчет прочности шлюпбалки, как это рассматривается ниже, конструируют опоры, используя рекомендации дисциплины «Детали машин», а лишь после этого определяют величину момента M тр .

185

Если необходима установка механизированного привода, то конструируется редуктор, чаще всего, червячная пара и уточняется тип привода для поворота шлюпбалки – ручной или механический.

Возможность использования ручного привода зависит от величины усилия на рукоятке привода или силы тяги, возникающей в тросе-оттяжке. При кратковременной работе (не более 5 мин) эти усилия должны быть не более 200 Н на рукоятке привода радиусом не более 400 мм и не более 300 – 400 Н в тросе-оттяжке.

Для примера на рис. 5.41 показана схема ручного механизма поворота с червячно-цилиндрическим редуктором.

Расчетный момент на входном валу редуктора будет (5.3)

186

где Mпов 0,756 кНм взят из примера расчета.

Таблица 5.4. Параметры двухступенчатого редуктора

Если использовать для вращения входного вала рукоятку радиусом R=300 мм, то расчетное усилие на рукоятке будет

T M вх 3,0 10 2 0,10 кН. R 0,30

Полученное значение вполне допустимо для механизма с ручным приводом. Примерно так же выполняется расчет и для склоняющихся шлюпбалок

(рис. 5.42). Исходной нагрузкой являются силы веса шлюпки Q и шлюпбалки Р. Определить: S – силу сжатия или растяжения механизма склонения, R – реакцию опоры шлюпбалки, T – натяжение лопаря, покидающего шлюпбалку. Сила натяжения T определяется в начале расчета и становится одной из исходных нагрузок.

Методика расчета силы натяжения будет изложена далее.

187

В расчетах механизма склонения проверяют ходовой винт и определяют усилия на рукоятках привода. Наибольшие нагрузки действуют в начале склонения шлюп-

балки и при крайнем вы-

Рис. 5.43. Графическое решение уравнения сил валенном положении

шлюпки.

Пример расчета механизма склонени

Рассматриваются склоняющиеся шлюпбалки для спасательной шлюпки на 12 чел. [26]. Расчетная нагрузка Q = 18,2 кН; сила веса шлюпбалки P =

2,94 кН.

В первом положении (рис. 5.42) винт испытывает сжатие силой S1 :

Наибольшие напряжения (растяжения) в сечении винта будут

р Sf2 28,36,2 4,56 смкН2 =45,6 МПа.

Винт изготовлен из стали Ст 5 (RеH = 280 МПа), для которой0,4ReH 112 МПа, что заметно выше расчетных напряжений.

189