Расчетно-графическая работа

По дисциплине: «Лесосплавной флот»

На тему: «Расчет элементов плавучести и остойчивости судов и плавучих оснований»

Выполнила: студента ЛИ2-092-ОС

Зоиров Б.Ш.

Проверил: проф. Мануковский А.Ю.

Воронеж 2013

Введение

Разнообразие и спецификация природно-производственных условий на водном транспорте леса предопределили необходимость создания специализированного лесосплавного флота, в состав которого входят транспортные, технические, вспомогательные, служебно – разъездные Ии некоторые другие судна. Лесосплавной флот является одним из основных видов технического оснащения лесосплавных предприятий, применение которого в производственном процессе водного лесотранспорта позволяет осуществлять комплексную механизацию основных и вспомогательных работ, повысить производительность труда, снизить стоимость лесопродукции и ускорить доставку лесоматериалов потребителям. Проектирование, строительство и эксплуатация лесосплавных судов основаны на «теории корабля», которая применима для всех судов и кораблей.

Целью работы является закрепление теоретического материала по дисциплине, овладение методами расчета элементов плавучести и остойчивости судов и плавучих оснований лесосплавных машин.

В работе проводятся общие сведении о проектируемом судне (главные размерения, коэффициент полноты, объем водоизмещения, метацентрические высота и радиус), полученные в результате выполнения РГР.

Построение теоретического чертежа корпуса судна

Построение теоретического чертежа корпуса судна необходимо для

дальнейших расчетов, с него будут сниматься величины размерных характеристик.

Корпус судна представляет собой сложную криволинейную поверхность,

которая рассматривается относительно трех взаимно перпендикулярных главных плоскостей: диаметральной (ДП), основной (ОП), плоскостью мидельшпангоута О.

Горизонтальная продольная плоскость, параллельная ОП, совпадающая с

поверхностью спокойной воды при расчетной осадке судна, называется плоскостью конструктивной ватерлинии (КВЛ).

Подробнее изложено в литературе [1, 2].

Линии ДП, ОП и О образуют судовые координатные оси: ось абсцисс

ОХ - линия пересечения ДП и ОП:, ось ординат ОУ - линия пересечения ОП и О ось аппликат - линия пересечения ДП и О.

Главные плоскости сечения корпуса судна изображены на рис.1.

Для изображения поверхности корпуса вычерчивают его теоретический

чертеж, состоящий из трех проекций: ≪бока≫, на котором показаны проекции обводов корпуса судна на ДП: ≪полушироты≫, на которой изображены проекции обводов корпуса судна на плоскость КВЛ: ≪корпуса≫, на котором даны проекции обводов корпуса судна на плоскость О [1, 2].

Для построения теоретического чертежа корпус судна мысленно рассекают рядом плоскостей, проведенных параллельно главным плоскостям. Проекции

линий пересечения судовой поверхности с секущими плоскостями и составляют теоретический чертеж судна.

Линии пересечения корпуса судна с плоскостями, параллельными ДП, на-

зываются батоксами. На ≪боку≫ батоксы изображаются в своем истинном виде, на ≪полушироте≫- в виде горизонтальных прямых линий, на ≪корпусе≫- в виде вертикальных прямых линий.

Линии пересечения корпуса судна с плоскостями, параллельными плос-

кости ОП или КВЛ, называются ватерлиниями. На ≪полушироте≫ ватерлинии изображаются в своем истинном виде, на ≪боку≫ и ≪корпусе≫- в виде горизонтальных прямых линий. Так как корпус судна симметричен относительно ДП, ватерлинии вычерчивают только на один борт от ДП.

Линии пересечения корпуса судна с плоскостями, параллельными плос-

кости О, называются шпангоутами. На ≪корпусе≫ шпангоуты изображаются в своем истинном виде, а на ≪боку≫ и ≪полушироте≫ - в виде вертикальных прямых линий. Так как корпус судна симметричен относительно ДП, каждый из шпангоутов вычерчивают только на один борт: при этом справа от ДП обычно изображают носовые, а слева - кормовые шпангоуты.

Для практической работы число секущих плоскостей (шпангоутов и ва-

терлиний) задано. Количество их определяется по выданной в задании проек-

ции ≪корпуса≫, где они изображены и пронумерованы. По ≪корпусу≫ с учетом заданного масштаба определяются и расстояния, через которые проведены секущие плоскости.

Расстояние (_Т) между соседними ватерлиниями снимается измерителем

с чертежа проекции ≪ корпус≫ и по масштабу изображения переводится в метры.

Расстояние (_L) между соседними шпангоутами определяется либо как

отношение заданной длины судна L в метрах к числу шпангоутов, подсчитанных по заданной проекции, либо оно задано.

Далее в методических указаниях в формах таблиц и на рисунках рас-

смотрен пример для подводной части корпуса, поделенного четырьмя ватерлиниями и двадцатью шпангоутами. Количество секущих плоскостей ватерлиний и шпангоутов может быть различным, и заданно на проекции ≪корпус≫. Числовые примеры основных расчётов рассмотрены в литературе [1, 2].

Построение теоретического чертежа начинается с вычерчивания его сетки, которая представляет собой совокупность горизонтальных и вертикальных

прямых линий, являющихся следами батоксов, ватерлиний и шпангоутов. Сетка вычерчивается по заданным в работе главным размерениям судна(расчетной длины L, расчётной ширины B, высоты и расчётной осадки Т) и определённым выше числом секущих плоскостей в удобном рекомендуемом масштабе (см.ниже).

Построение сетки ведут в следующем порядке:

1 Размечают места расположения проекций так, чтобы ≪полуширота≫ на-

ходилась точно под ≪ боком≫, а ≪корпус≫- точно на уровне ≪бока≫, и при этом расстояние между проекциями было достаточным.

2 Под линейку, выверенную на прямолинейность, проводят основную ли-

нию на ≪боку≫ и ≪корпусе≫ и след ДП- на ≪полушироте≫.

3 На проведенных линиях откладывают: на ≪боку≫ и ≪полушироте≫ - длину судна между перпендикулярами L⊥⊥, а на ≪корпусе≫ - ширину судна B.

4 Длину судна на ≪боку≫ и ≪полушироте≫ с максимальной точностью де-

лят на равные части _L- по числу промежутков между шпациями, а ши-

рину судна на ≪корпусе≫ - по числу промежутков между батоксами. В

точках деления методом засечек восстанавливают перпендикуляры.

5 На этих перпендикулярах откладывают: на ≪боку≫ и ≪корпусе≫ – высоту борта H, среднюю осадку T и расстояние между ватерлиниями _T, а на ≪полушироте≫ - половину ширины судна и расстояния между батокса-ми. Одноименные точки соединяют прямыми.

По мере проведения прямых образуются прямоугольники. Поэтому для

контроля правильности построений проверяют равенство диагоналей всех равновеликих прямоугольников. Видимого расхождения в диагоналях быть не должно.

Поскольку шпангоуты, ватерлинии и батоксы изображают одну и ту же

судовую поверхность, они должны быть согласованы на всех проекциях теоретического чертежа. На этом основано построение ватерлиний на ≪полушироте≫ и батоксов на ≪боке≫.

При согласовании точки пересечения каждого шпангоута со всеми ватер-

линиями и батоксами переносятся с заданной проекции ≪корпус≫ на ≪полушироту≫ и на ≪бок≫. Ватерлинии и шпангоуты согласуют между собой по ширине (ордината y), ватерлинии и батоксы - по длине (абсцисса x), а батоксы и шпангоуты - по высоте (апликата z) судна.

2 Вычисление объемного водоизмещения

Объем воды V, вытесняемой подводной частью судна, называется объемным водоизмещением.

V= 2∆L∆T∑∑, м3; (2.1)

Где ∆L- расстояние между шпангоутами – теоретическая шпация;

∆T – расстояние между погруженными ватерлиниями.

м (2.2)

м (2.3)

V=2∙0,8∙0,46∙34150=25134,4 м3

Исходные данные:

L= 32 м;

T= 3,2 м;

B= 9,0 м;

Р= 1,9 т.

3 Определение коэффициентов полноты корпуса судна

Объемное водоизмещение, площади КВЛ и О судна могут быть определены без специальных расчетов, если известны коэффициенты полноты корпуса судна безразмерные коэффициенты, позволяющие судить о форме обводов

корпуса судна.

Коэффициент полноты площади конструктивной ватерлинии КВЛ S к

площади описанного прямоугольника со сторонами, равными длине судна L и его ширине В, подсчитывается по формуле

(3.1)

Где L- длина судна(L= 32 м); В- ширина судна (В=9 м)

Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута β, равный отношению погруженной площади мидель-шпангоута ω0 к площади описанного прямоугольника со сторонами, равными ширине судна В и его осадке Т, подсчитывается но формуле

(3.2)

Где Т- осадка судна (Т=3,2 м)

Коэффициент полноты водоизмещения δ, равный отношению объема V

подводной части судна к V’ параллелепипеда, построенного на главных размерах – длине L, ширине B, осадке Т, подсчитывается по формуле

(3.3)

Коэффициент продольной полноты ϕ, равный отношению объемного водоизмещения V к объему цилиндра с основанием, равным погруженной площади мидель-шпангоута ωO, и высотой, равной длине судна L, определяется по формуле

(3.4)

Коэффициент вертикальной полноты ψ, равный отношению объемного

водоизмещения V к объему цилиндра с основанием, равным площади КВЛ S и высотой, равной осадке Т, вычисляется по формуле:

(3.5)

По этим коэффициентам судят о мореходных и эксплуатационных качествах

судов (остойчивость, грузовместимость, грузоподъемность, сопротивление воды движущегося судна) изложенных [1,2].

4 Определение координат центра тяжести площади конструктивной

ватерлинии

Для расчетов остойчивости необходимо знать положение координаты

(абсциссу и ординату) центра тяжести площади КВЛ.

Ввиду симметричности площади КВЛ относительно оси Х ордината центра тяжести Уf = 0.

Абсциссу центра тяжести площади КВЛ и абсциссы Xf определяют как

частное от деления статического момента Му этой площади относительно оси Y на площадь КВЛ, по формуле

(4.1)

Вычисление статического момента площади КВЛ и абсциссы Xf центра

тяжести ее выполняют по данным теоретического чертежа (проекция ≪корпус≫,ординаты Уi для КВЛ) или при вычислении объемного водоизмещения в расчетной табл.1 (значения ординат Уi для КВЛ, для примера табл.1 это от У40 до

У420).

Расчеты удобно свести в форму табл.2.

Таблица 2

Вычисление абсциссы центра тяжести площади КВЛ

Номер шпангоута	Коэффициенты при ординатах Ki	Ординаты КВЛ Yi, м	Произведение Ki Yi, м
	-1		-150
	-2		-300
	-3		-450
	-4		-600
	-5		-750
	-6		-900
	-7		-1050
	-8		-1200
	-9		-1350
	-10		-1500
	-11		-1650
	-12		-1800
	-13		-1950
	-14		-1260
	-15		-1350
	-16		-1440
	-17		-1530
	-18		-1620
	-19		-1720
	-20		-1800
Сумма		∑Yi
Поправка		П= 1/20(Y1+Y40)	6,8
Исправленная сумма		Sиспр=∑Yi-1/20(Y1+Y40)	401,2
S		Xв=Sиспр/SКВL	0,046

5 Определение координат центра величины

Центром величины называется центр тяжести объема водоизмещения

судна. Таким образом, вычисление координат центра величины сводится к определению положения центра тяжести подводного объема корпуса судна относительно его координатных осей.

Ввиду симметрии корпуса судна относительно ДП ордината центра вели-

чины: Уc =0.

Абсцисса центра величины Xc определяется как отношение статического

момента подводного объема корпуса Мyz относительно плоскости YOZ к объемному водоизмещению V, вычисляется по формуле:

(5.1)

Аппликата центра величины Zc определяется как отношение статическо-

го момента подводного объема корпуса Мух относительно плоскости УОХ к

объемному водоизмещению V, подсчитывается по формуле

(5.2)

5.1 Вычисление абсциссы центра величины

Таблица 3

Вычисление абсциссы центра тяжести

Номера шпангоутов	Площади шпангоутов	Множители плеч	Произведение разности площадей шпангоутов и множителей плеч
носовых		кормовых	носовых		кормовых
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			887,8		887,8
			884,12		887,8		-40,48
			873,54		882,28		-104,88
			837,2		891,48		-705,64
			770,04		538,2		3245,76
			686,78		538,2		2228,7
			570,4		538,2		515,2

Продолжение табл. 4

			376,28		538,2		-2752,64
			172,04		538,2		-6590,88
			77,74		538,2		-8748,74
			21,16		538,2		-10340,8
Сумма ∑m∆ω	-23294,4
Поправка П=1/10(ω0- ω40)	-5170,4
Исправленная сумма Sиспр= ∑m∆ω-1/10(ω0- ω40)	-18124
Абсцисса центра величины				-0,45

5.2 Вычисление аппликаты центра величины

Таблица 4

Вычисление аппликаты центра величины

Площадь ватерлиний	Множители плеч	Произведение площадей ватерлиний на множители плеч
S0=0
S1=7344
S2=7841,6		15683,2
S3=8019,2		24057,6
S4=8097,6		32390,4
S5=8187,2
S6=8464
S7=8561,6		59931,2
Сумма	∑mSi	231126,4
Поправка	П=7/2S7	209759,2
Исправленная сумма	Sиспр=∑mSi - 7/2S7	21367,2
Аппликата центра величины, м		0,19

6 Кривая водоизмещения - грузовой размер

В процессе эксплуатации судов и плавучих лесосплавных механизмов

изменяется их загрузка (прием и расходование грузов), а также при ремонте и

модернизации судов часто приходится иметь дело с изменением их водоизмещения, а следовательно, и осадки. Зависимость изменения водоизмещения от осадки показывает кривая водоизмещения на рис.6.

Для построения кривой водоизмещения используют строевую по ватер-

линиям. Согласно свойству строевой по ватерлиниям площадь, ограниченная

строевой, осями координат и рассматриваемой ватерлинией, выражает объемное водоизмещение при погружении корпуса по данную ватерлинию.

Так как объемное определяется интегралом вида

(6.1)

то, следовательно, уравнение кривой водоизмещения может быть представлено в виде интеграла с переменным верхним пределом

(6.2)

где S = f(z) - переменная по углублению Z площадь ватерлинии.

Из этого следует, что график функции V=f(z) представляет собой интеграль-

ную кривую к графику функции S= f(z), называемому строевой по ватерлиниям. Следовательно, кривая водоизмещения есть интегральная кривая по отношению к строевой по ватерлиниям. Ординаты кривой водоизмещения вычисляются как частные значения интеграла с переменным верхним пределом. Основная кривая (строевая по ватерлиниям) задается графически, поэтому численные значения ординат интегральной кривой, представляющие собой в масштабе часть площади строевой по ватерлиниям, могут быть определены по

правилу трапеций [1, 2], а именно:

- водоизмещение по 1-ю ватерлинию составит

(6.3)

м3

- водоизмещение по 2-ю ватерлинию

(6.4)

м3

- водоизмещение по 3-ю ватерлинию

(6.5)

м3

- водоизмещение по 4-ю ватерлинию

(6.6)

- водоизмещение по 5-ю ватерлинию

(6.7)

- водоизмещение по 6-ю ватерлинию

(6.8)

- водоизмещение по 7-ю ватерлинию

(6.9)

где ∆Т - расстояние между соседними ватерлиниями, м;

S0, S1, S2, S3, S4 - площади ватерлиний, м2.

Площади Si соответствующих ватерлиний берутся из табл.1, а c Т - по

теоретическому чертежу.

Грузоподъемностью, или дедвейтом судна называется масса грузов, которую может принять судно, будучи в порожнем состоянии, до погружения на допустимую осадку.

Используя кривую водоизмещения, требуется определить грузоподъемность судна при

T0=0.3T (6.10)

Т0=0,3*3,2=0,96

где Т - осадка судна по КВЛ, м, берется с теоретического чертежа.

7 Вычисление элементов начальной остойчивости судна

Остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения равновесия внешними силами и предоставленного самому себе, вновь возвращаться в первоначальное положение равновесия после того, как действие внешних сил прекратилось.

Наклонение судна в поперечной плоскости называется креном, в про-

дольной плоскости - дифферентом.

Главнейшим положением метода начальной остойчивости является тео-

рема Эйлера о равнообъемных наклонениях.

7.1 Вычисление моментов инерции площади ватерлинии

Предварительные расчеты для определения моментов инерции удобно

свести в форму табл.5.

Таблица 5

Вычисление моментов инерции площади ватерлинии

Номер шпангоута	Множи-тели плеч	Квадраты Множителей i	Ординаты КВЛ	Кубы ординат	Произве-дение
	-1
	-2
	-3

Продолжение табл. 5

	-4
	-5
	-6
	-7
	-8
	-9
	-10
	-11
	-12
	-13
	-14
	-15
	-16
	-17
	-18
	-19
	-20
Сумма
Поправка
Исправленная сумма

По предварительным расчетам вычисляются моменты инерции по формулам

(7.1)

(7.2)

(7.3)

где cL - расстояние между шпациями, м2;

Sквл - площадь КВЛ, м,

; (7.4)

х - абсцисса центра тяжести КВЛ, м, пункт 5.

7.2 Вычисление метацентрических радиусов

Поперечный метацентрический радиус Р равняется моменту инерции Ix площади действующей ватерлинии относительно ее центральной продольной оси, деленному на объемное водоизмещение судна по V по действующую ватерлинию, подсчитывается по формуле

(7.5)

м

При дифференте равнообъемное наклонение происходит вокруг попе-

речной оси, проходящей через центр тяжести действующей ватерлинии. Про-

дольный метацентрический радиус вычисляется по формуле

(7.6)

м

где Iy – момент инерции площади действующей ватерлинии относитель-

но поперечной оси, м4;

V – объемное водоизмещение по действующую ватерлинию, м3.

7.3 Вычисление метацентрических высот

h=ρ+zc-zG; (7.7)

h=1995.2+0.19-0.28=1995.11

H=R+zc-zG; (7.8)

H=112814.5+0.19-0.28=112814.41

где Р и R - соответственно поперечный и продольный метацентрические

радиусы, м;

Z с - апликата центра величины, м, пункт 6;

ZG - апликата центра тяжести, м, принимается равной ZG = 1,5 Zc.

7.3Изменение остойчивости судна при приеме груза

При приеме груза изменяются осадка и водоизмещение судна, положение

центра тяжести, центра величины и метацентра, а в связи с этим

изменяется поперечная и продольная метацентрические высоты.

В работе для заданного корпуса рассчитывают изменение этих

величин, помещая на судно груз с заданным весом р.

Для этого положения груза вычисляются новые величины элементов ос-

тойчивости судна в следующем порядке:

В результате приема груза приращение осадки составляет:

(7.9)

Где S – площадь действующей ватерлинии;

Новые значения аппликат центра величины и центра тяжести могут быть определены решением уравнений статических моментов объемов водоизмещения и веса судна относительно основной плоскости. В конечном итоге новая аппликата центра величины равна:

(7.10)

И новая аппликата центра тяжести равна:

(7.11)

В формулах 7.10 и 7.11:

Zc и ZG- начальные аппликаты центра величины и центра тяжести;

Р- весовое водоизмещение груза до приема груза;

Zq- аппликата центра тяжести принятого груза q.

Новый метацентрический радиус:

Р1= р(1-q/p+q) (7.12)

Новая метацентрическая высота

(7.13)

Коэффициент поперечной остойчивости судна после приема груза:

(7.14)

Библиографический список

1. Шолгунов Ю.В. Машины и оборудование лесозаготовок, лесосплава и

лесного хозяйства. Учебник для вузов / Ю. В. Шолгунов, Г.М. Кутуков,

Г.И. Ильин - М.: Лесная промышленность, 1982. - 520с.

2. Петров Я.П. Лесосплавной флот. Учебник для техникумов. - М.: Лесная

промышленность, 1972. - 200с.

3. Лебедев Н.И. Водный транспорт леса. Учебник для техникумов / Н.И.

Лебедев, Г.И. Поминова - М.: Лесная промышленность, 1987. - 368с.

Дата добавления: 2015-07-21