УДК 639.2:347
УДАРНЫЕ НАГРУЗКИ КАНАТНО-ТРОСОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОРУДИЙ ПРОМЫШЛЕННОГО РЫБОЛОВСТВА
*
*МУП «Оргпроект», г. Калининград, пер. Северный, 6-3
E-mail: *****@***ru
Описано действие ударных нагрузок канатно-тросовых конструкций орудий промышленного рыболовства.
ударные нагрузки, промышленное рыболовство, ваер
Стационарные тяговые усилия буксирующих орудия лова судов (рис. 1), лебедок оказываются многократно превышенными при зацепах донного трала, намотке сетного полотна на винт, попадании судна внутрь пространства, обметанного кошельковым неводом. При этом возникает динамический рывок судна, который передает энергию, накопленную в период разбега, орудию рыболовства в момент натяжения троса. Усилие, создаваемое рывком, может быть во много раз больше того, которое судно создает при стационарной буксировке. Это усилие может превысить прочность ваера и устройств, к которым он прикреплен. Количество энергии, накопленной судном, зависит от скорости, которую оно получит к моменту предельного натяжения ваера. Поэтому в расчетах, связанных с возникновением рывка, учитывается в первую очередь прочность троса и надежность конструкций, к которым он крепится.
При выборе ваера учитывают его основные характеристики: прочность, жесткость и относительную массу [1-3].
Рис. 1. Работа промыслового судна с орудием лова: 1 – ваер; орудие лова не показано
Промысловое судно представим материальной точкой массой m; ваер - тросом, длина которого в натянутом состоянии L.
Приближения: 1) абсолютно жесткий трос; 2) траулер – материальная точка (рис. 2).
На рис. 3 приведена расчетная схема для рассмотрения ударных явлений в тросе.
Пусть скорость материальной точки перед ударом V1, после удара V2. В тросе возникает ударный импульс S, перпендикулярный вектору V2. Трос считается абсолютно жестким [4-5].
Рис. 2. Схема момента зацепки трала: 1 – траулер; 2 – ваер; 3 – трал
Рис. 3. Расчетная схема для рассмотрения ударных явлений в тросе:
1 – траулер; 2 – ваер; 3 – трал
При рассмотрении явления удара неударными силами можно пренебречь.
Применим теорему об изменении количества движения материальной точки при ударе, которая имеет вид
mV2- mV1 = S, S = ∫ F(t) dt, (1)
где F(t) – сила натяжения во время удара, достигающая больших величин; t – время, изменяющееся при ударе от 0 до τ, τ является малой величиной.
Импульс S является величиной конечной. Проецируя уравнение (1) на ось x (см. рис. 3), получим
mV2- mV1 cos β=0 . (2)
Из уравнения (2) выразим скорость V2
V2 = V1 cos β= V1 sin α = (H/L) V1. (3)
Проекция уравнения (1) на ось y (см. рис. 3) позволяет вычислить величину ударного импульса
S = mV1 cos α = mV1 (1 -(H/L)2)0,5. (4)
Уменьшение кинетической энергии материальной точки за время удара (с учетом выражений (1)-(4))
ΔT = 0,5m(V2 )2 - 0,5m(V1 )2 = - 0,5mV1 (V2 - V1)2. (5)
Это та энергия, которую воспринимает трос в результате удара. Из выражений (3), (4) абсолютное значение изменения кинетической энергии равно
|ΔT |= 0,5m(H/L V1 – V2)2 = 0,5m(V1 )2 (1 - H/L)2. (6)
Величина ΔT в (6) совпадает с работой, произведенной ударными нагрузками.
При исследовании поведения ваеров удобнее пользоваться безразмерными соотношениями. Перейдем в выражениях (4), (6) к безразмерной глубине h = H/L.
Получим
ΔT отн = (|ΔT |) / (0,5m(V1 )2)= (1 - h)2, (7)
S отн = S / (m V1)= (1 - h)0,5. (8)
В орудиях промышленного рыболовства канаты и тросы являются упругими, что, несомненно, имеет значение при описании действия ударных нагрузок.
Обычно под ваером понимают стальной канат для буксировки трала. Одним концом ваер соединен с траловой доской, а другим – с барабаном ваерной или траловой лебедки. Диаметр ваера в зависимости от буксировочного сопротивления трала и тягового усилия траулера составляет 6-34 мм. Однако в настоящее время все активнее идут работы по замене стальных тросов синтетическими. Примером является волокно "Дайнима", производимое голландской компанией "DSM".
В Европе широко используются ваера «Дайнекс». Они производятся со свинцовой нитью внутри термически запечатанного пластикового сердечника, придающего стабильную форму канату. Для защиты от истирания «Дайнекс» оплетён тонкой нитью из «Дайнимы».
Эти особенности придают ваеру «Дайнекс» необходимую жесткость конструкции и небольшую отрицательную плавучесть за счёт сердечника, оплётка обеспечивает защиту от стирания, что необходимо при постоянном использовании.
Это позволяет заменить стальной трос на синтетический канат.
Если имеется возможность выбора троса для буксира при снятии судна с мели рывком, необходимо иметь в виду требования к их прочности и жесткости. Разрывное усилие таких тросов должно составлять 95-100 % для стальных и 200-250 % для синтетических от допустимой нагрузки на кнехт, битенг или другую конструкцию, за которую крепится буксирный трос. Каждый из этих двух видов тросов имеет свои преимущества и недостатки при использовании их для рывка. Стальной трос вследствие большой жесткости (удлинение перед разрывом 2-3 %) создает резкий кратковременный рывок. Предельное относительное удлинение синтетических канатов достигает 45-50 %, что позволяет не так резко передавать накопленную энергию судна для создания усиленного натяжения.
Кинетическая энергия судна при рывке аккумулируется упругим канатом и частично переходит в работу упругих сил. Величина энергоемкости каната зависит не только от его упругих свойств, но и от длины. Низкая энергоемкость характерна для стальных тросов. Поэтому при рывке при приложении упругих сил в течение 2-3 с увеличивается вероятность обрыва троса или разрушения конструкций, к которым прикреплен трос. Степень использования кинетической энергии судна при рывке синтетическим тросом во много раз выше, чем при рывке равнопрочным стальным. Среди капроновых отечественных тросов наибольшими демпфирующими свойствами обладают плетеные восьмипрядные, которые в сравнении с трехпрядными кручеными тросами такой же толщины имеют демпфирующие свойства на 20 % больше.
Чаще всего в промышленном рыболовстве применяются стальные канаты, скрученные из особо прочной стальной проволоки. Проволока бывает оцинкованная, т. е. покрытая сверху антикоррозионным составом, и светлая – без покрытия. Соответственно и канаты называются оцинкованными и светлыми, или простыми.
Обычно проволоки бывают круглого сечения, но в особых случаях, чтобы придать поверхности каната плотный гладкий вид, применяют проволоки фигурного сечения, плотно примыкающие друг к другу в верхнем облицовочном ряду. Такие канаты называют замкнутыми.
По конструкции различаются стальные канаты одинарной свивки, или спиральные, двойной свивки, или тросы, и тройной свивки. В отдельных случаях изготовляют особые канаты многократной свивки.
Спиральными называются канаты, скрученные из пучка проволок. Они бывают однослойными или многослойными. Однослойные канаты получаются путем свивания сразу всех проволок за один прием. Двухслойные свивают за два приема: вначале свивают однослойный канат, а затем накладывают на него еще один слой проволок и свивают второй раз. Для получения трехслойного каната двухслойный покрывают третьим слоем проволоки.
Спиральные канаты очень прочные, но жесткие и плохо работают при прохождении через блоки или наматывании на барабаны промысловых машин.
В большинстве случаев анализ сложных ударных и вибрационных процессов необходимо начинать с определения временной зависимости величин, характеризующих движение, т. е. перемещения, скорости и ускорения. Метод обработки данных зависит от цели их применения. При необходимости исследования ударной вибрации, проектирования ударостойкого оборудования или постановки лабораторных экспериментов для моделирования реальных процессов весьма часто используется характеристический спектр.
Обычно понятие характеристического спектра применяется для системы с одной степенью свободы, линейной и не имеющей трения, хотя в отдельных случаях полезная информация может быть получена и при наличии нелинейности или демпфирования. Систему с одной степенью свободы подвергают воздействиям ударов или переходных вибраций и определяют ее реакцию на эти возбуждения.
Характеристический спектр – это графическое представление относительной величины реакции системы (перемещение, скорость, ускорение) на действие возмущения в зависимости от соотношения периода свободных колебаний системы и времени действия возмущения. Как возмущение может определяться различными физическими величинами, так и характеристический спектр может отражать различные реакции системы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Розенштейн орудий рыболовства. - Калининград: Изд-во КГТУ, 2000. - 364 с.
2. Розенштейн орудий рыболовства. – М.: Колос, 2009. - 400 с.
3. Фридман и проектирование орудий промышленного рыболовства. - М.: Легк. и пищ. пром-ть, 1981. - 327 с.
4. Наумов подхода к описанию удара сферического тела о шероховатую стенку // Прикладная механика. – 1989. – Т. 25. - №5. - С.116-119.
5. , , и др. Расчетные схемы и технология ударного разрушения зданий и сооружений / // Механизация строительства. - 2009. - № 2. - С. 14-15.
IMPACT LOADS OF ROPE CONSTRUCTIONS OF IMPLEMENTS
OF INDUSTRIAL FISHERY
D. A. Tarasov
Act of impact loads of rope constructions of implements of industrial fishery is presented.
impact loads, industrial fishery, dragrope
