5.Расчет

1. Расчет усилий в якорном канате

Когда судно стоит на якоре, на него действуют силы ветра F_В и течения F_Т. Их равнодействующая F относит судно от места заложения якоряи вызывает натяжение якорной цепи. Так как сила F равна горизонтальной составляющей натяжения цепи N, то

, где - длина свободно провисающей цепи от клюза до грунта.

Если направления сил ветра течения совпадает, то равнодействующую F определяют по формуле:

F = F_T + F_B

Силу течения находим из формулы Фруда:

F_Т = f_тр S_см V₀^1,83

Здесь f_тр =0,14 –коэфициент трения судна о воду;

V₀^1,83 = 0,1÷0,3 м/сек – скорость движения воды относительно судна;

S_см = (2T+1,37(δ_п – 0,274)B)L

, где L, B, T – габариты судна, м;

δ_п = V/LBT = 23000/145*19*4= 2,087 – коэфициент полноты водоизмещения;

V – водоизмещение судна, м³.

F_Т = f_тр S_см V₀^1,83 = 0,14*(2*14+1,37(2,087-0,274)*9)*145)*0,3^1,83= 116,53 кГ или 1165 Н

Сила ветра:

F_В = k_вS_парV_в²

Здесь k_в = 0,02 кГ/м² – коэфициент удельного давления ветра;

V_в² = 5÷12 м/сек – скорость ветра;

S_пар =0,27В(Н-Т)+bh – парусящая поверхность судна;

bh – ширина и высота надстроек.

F_В = k_вS_парV_в² = 0,02*(0,27*19(7 - 4) + 88)*100 = 206,78 кГ или 2068 Н

F = F_T + F_B = 116,53 + 206,78 =323,31 кГ или 1165+2068 =3233 Н.

При съемке судна с якоря электропривод должен преодолеть силу сопротивления воды и ветра, причем на различных стадиях съемки с якоря усилия у клюза бывают различными.

Весь процесс укладывается в 5 стадии:

1-я стадия – выбирание лежащей на грунте цепи с подтягиванием судна к якорю или приведение судна на канат при постоянном тяговом усилии;

2-я стадия – выбирание висящей в воде цепи до спрямления цепной линии и подъема веретена якоря или приведение судна на канат при переменном тяговом усилии;

3-я стадия – отрыв якоря от грунта;

4-я стадия – подъем цепи и свободно висящего якоря после отрыва от его грунта;

5-я стадия – втягивание якоря в клюз.

Рис. 4. Стадии съемки судна с якоря

Определяем усилия у клюза на различных стадиях съемки судна с якоря.

Вес 1 пог.метра якорной цепи:

р= 97,86

Вес одного погонного метра якорной цепи погруженной в воду

Где – удельный вес якорной стали т/м³;

– удельнй вес морской воды т/м³;

= 85,1

Длина не смачиваемого участка цепи в соответствии с высотой борта и расстоянием от якорной лебедки до клюза L_HC = 10 м.

Вводим следующие обозначения:

L_ц – общая длина цепи;

L_нс – несмачиваемый участок цепи от жвакагалса до клюза; L_нс=10 м;

L₀ – длина вытравленной цепи (длина на клюзе), L₀= L_ц = 245 м;

L_св – длина свободно провисающей цепи от клюза до грунта;

Длина свободно провисающей цепи равна:

= 103,73

L₁, L₂, L₃, L₄ – участки цепи, выбираемые на соответствующих стадиях съемки судна с якоря.

L₀ = L_ц - L_нс= 245 – 10 = 235 м;

L₁ – длина цепи лежащая на грунте

L₁ = L₀ - L_св = 235 – 103,73 = 131,27 м;

L₂ – длина цепи выбираемая до спрямления

L₂ = L_св – h₀ =103,73 – 100 = 3,73 м.

= 8837,3кГ = 88373Н

На второй стадии съемки судна с якоря натяжение у клюза изменяется от F₁ до F₃. Для упрощения расчета примем, что это изменение происходит по линейному закону.

На третьей стадии полагаем F₃=const и считаем, что двигатель находится в режиме короткого замыкания. Следовательно, L₃=0. Усилие в момент отрыва якоря от грунта, сильно зависящее от характера грунта и других трудно учитываемых условий, поддается лишь ориентировочному определению:

= 20650,32кГ= 206503Н

После отрыва якоря от грунта усилие у клюза резко уменьшается. В начале четвертой стадии оно определяется весом якоря и свободно висящего участка цепи:

= 12559кГ = 125593Н

По мере уменьшения этого участка цепи усилик на клюзе линейно уменьшается до его значения в конце периода:

= 4650кГ = 46500Н

На протяжении рассмотренных стадий съемки судна с якоря аналогично усилиям у клюза изменяются и моменты на валу исполнительного двигателя:

Где D_зв – диаметр цепной звездочки;

i – передаточное число, равное для брашпилей 105-250;

η_кл – КПД клюза, обычно равный 0,77;

η_пер – КПД передаточного механизма, равный 0,4-0,82.