КРЕПЛЕНИЕ ПАЛУБНЫХ ГРУЗОВ

Виды палубных грузов

Все палубные грузы могут быть подразделены на следующие группы:

1. 
   опасные грузы, к которым относятся горючие и ядовитые жидкости, кислоты, сжатые и сжиженные газы и т.д. Эти грузы небезопасно перевозить в трюмах, кроме того, к ним всегда должен быть обеспечен свободный доступ;
   
2. 
   грузы, не боящиеся подмочки (например, железо, металлические трубы и т.п.);
   
3. 
   грузы, выделяющие резкий и неприятный запах, соседство с которыми в трюме может испортить другие грузы;
   
4. 
   легкие грузы, не боящиеся открытого воздуха и воды и не обеспечивающие использования полной грузоподъемности судна, будучи погруженными только в трюма. Часть таких грузов укладывают на верхней палубе, с тем чтобы судно приобрело осадку, соответствующую его грузовой марке; к таким грузам относят лес, некоторые волокнистые материалы, кора пробкового дерева, порожние бочки и т.д.;
   
5. 
   громоздкие грузы (плавсредства, локомотивы, вагоны, крупные детали оборудования, котлы, цистерны, самолеты, автомашины и т.д., которые по своим габаритам не могут быть помещены в трюме судна);
   
6. 
   машины и детали машин, имеющие ненадежную тару или не имеющие её совсем, что исключает возможность накладывать их друг на друга в трюме.
   

По характеру крепления и укладки палубные грузы можно подразделить на массовые грузы (лес, пробковая кора, трубы, бочки и т.п.), т.е. грузы, занимающие навалом всю площадь палубы или её значительную часть, и технические грузы (плавсредства, паровозы, вагоны, машины, котлы, цистерны, контейнеры и прочие грузы, требующие крепления каждого места в отдельности).

Силы, действующие на палубные грузы при перевозке их морем.
Во время перевозки грузов морем на верхней палубе морских судов они могут находиться под действием следующих сил:

а) собственного веса;

б) трения, возникающего между грузом и палубой или подстилочным материалом;

в) инерции, возникающей при нахождении судна на взволнованной поверхности моря;

г) давления ветра;

д) ударов волн;

е) плавучести, возникающей при попадании волн на палубу;

ж) распора, возникающего у катучих грузов (бревна или бочки) при их укладке бок о бок;

з) натяжения найтовов, которыми крепится груз к палубе.
Составляющие силы веса по осям:

Бортовая качка.

W_1y =W ● cos Ξ – создает опрокидывающий момент;

W_1z=W ● sin Ξ - давление на палубу вызывает силу трения, препятствующую скольжению груза по палубе;

Килевая качка.

W_2x=W ● sin Ψ - создает опрокидывающий момент;

W_2z=W ● cos Ψ – давление на палубу вызывает силу трения, препятствующую скольжению груза по палубе.
Когда судно находится на взволнованной поверхности моря, оно испытывает бортовую, килевую и вертикальную качку. Кроме того, во время волнения судно участвует в орбитальном движении вместе с частицами воды.

Все виды качки – явление периодическое, вызывающее появление инерционных сил, достигающих иногда большого значения. Из трех видов качки только вертикальная вызывает незначительные инерционные силы, которыми обычно пренебрегают.

Инерционные силы при бортовой и килевой качке не учитывать нельзя. Все части судна, а также предметы, которые находятся на судне, в том числе и палубные грузы, испытывают воздействие инерционных сил.

Обычно отдельно определяют инерционные силы от бортовой и отдельно - от килевой. Бортовая и килевая качка достигают своего максимального значения при равенстве периода свободных колебаний судна и периода волн.

Причиной бортовой качки является, с одной стороны, восстанавливающий момент M=DhsinΞ, а с другой – вращающий момент инерционных сил, равный угловому ускорению, умноженному на момент инерции массы тела относительно оси вращения.

Следовательно, для случая бортовой качки имеем уравнение:

Период свободных колебаний судна:

Отсюда получаем:

Угловое ускорение переводим в линейное умножением его на величину плеча от ЦТ судна до ЦТ груза.

Аналогично решается вопрос с определением величины углового и линейного ускорения при килевой качке:

Величины ускорений вследствие движения судна и его частей по орбитальным орбитам радиусом:

r=h/2

равным половине высоты волны.

Линейное ускорение a=V²/r. V=2πr/τ. a=4π²r/τ².

Расчет крепления палубного груза в соответствии с рекомендациями ИМО

В приложении 13 «Методы оценки эффективности устройств крепления нестандартных грузов» Кодекса безопасной практики размещения и крепле­ния груза ИМО определен следующий порядок расчета сил, действующих на груз.

Расчет внешних сил, действующих на груз в продольном, поперечном и вертикальном направлениях, производится по формуле:

F(x,y,z) = ma(x,y,z) + Fw(x,y) + Fs(x,y)
где: F(x,y,z) – продольные, поперечные и вертикальные силы;

m - масса груза;

а(x,y,z) - продольное, поперечное и вертикальное ускорение (см. таб­лицу);

Fw(x,y) - продольная и поперечная сила ветрового давления:

Р_вет= 1.5 S_{п [кН]}

где Sп - площадь парусности груза (соответственно поперечная и продольная).

Fs(x,y) - продольная и поперечная сила удара волн.

Сила ударов волн при заливании грузов:
Fs(x,y)=pS(x,y)

где S(x,y) - площадь заливания поверхности, соответственно перпендикулярная осям х и у.

р = 7,4 кН при высоте заливания 0,6 м;

р = 19,6 кН при высоте заливания 1,2 м.

В диапазоне высот заливания от 0.6 до 1.2 м величина р определяется линейной интерполяцией.
Таблица 5. Основные данные ускорений.

Поперечное ускорение ау в м/с2	Продольное ускорение ах в м/с2
Верх палубы 7.1 6.9 6.8 6.7 6.7 6.8 6.9 7.1 7.4 3.8 Низ палубы 6.5 6.3 6.1 6.1 6.1 6.1 6.3 6.5 6.7 2.9 Твиндек 5.9 5.6 5.5 5.4 5.4 5.5 5.6 5.9 6.2 2.0 Трюм 5.5 5.3 5.1 5.0 5.0 5.1 5.3 5.5 5.9 1.5 Доля длины судна L 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Вертикальное ускорение аz в м/с2 7.6 6.2 5.0 4.3 4.3 5.0 6.2 7.6 9.2

Приведенные величины поперечных ускорений включают составляющие сил тяжести, килевой качки и подъёма судна на волне, параллельно палубе. Приведенные величины вертикальных ускорений не включают составляю­щую статического веса.

Основные данные ускорений рассматриваются применительно к следую­щим условиям эксплуатации:

• 
  неограниченный район плавания;
  
• 
  любое время года;
  
• 
  длина судна (L) 100 м;
  
• 
  эксплуатационная скорость 15 узлов;
  
• 
  отношение B/GM>= 13/(B - ширина судна, GM – метацентрическая высота).
  

Для судов, длина которых отличается от 100м и скорость которых отлича­ется от 15 узлов, величины ускорений корректируются коэффициентом, при­веденным в таблице 6.
Таблица 6. Коэффициенты корректуры ускорений в зависимости от длины (L) и скорости (V) судна.

L,м V,уз	50	60	70	80	90	100	120	140	160	180	200
9	1.20	1.09	1.00	0.92	0.85	0.79	0.70	0.63	0.57	0.53	0.49
12	1.34	1.22	1.12	1.03	0.96	0.90	0.79	0.72	0.65	0.60	0.56
15	1.49	1.36	1.24	1.15	1.07	1.00	0.89	0.80	0.73	0.68	0.63
18	1.64	1.49	1.37	1.27	1.18	1.10	0.98	0.89	0.82	0.76	0.71
21	1.78	1.62	1.49	1.38	1.29	1.21	1.08	0.98	0.90	0.83	0.78
24	1.93	1.76	1.62	1.50	1.40	1.31	1.17	1.07	0.98	0.91	0.85

Дополнительно для судов, соотношение B/GM у которых менее 13, вели­чины поперечных ускорений исправляются коэффициентом, приведенным в таблице 7.

Таблица 7. Коэффициенты корректуры при B/GM<13.

B/GM	7	8	9	10	11	12	13 и более
Верх палубы	1.56	1.40	1.27	1.19	1.11	1.05	1.00
Низ палубы	1.42	1.30	1.21	1.14	1.09	1.04	1.00
Твиндек	1.26	1.19	1.14	1.09	1.06	1.03	1.00
Трюм	1.15	1.12	1.09	1.06	1.04	1.02	1.00

Усилия, возникающие в найтовых при бортовой качке (Fн).

Под действием опрокидывающих моментов:

Рис.6.Схема действия сил на палубный груз.

где: h_к – расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова;

b - ширина ящика;

h_g- расстояние по вертикали от палубы до середины ящика;

h_п- половина высоты площади парусности;

h_з – половина высоты заливания.

Условно можно принять h_п=h_з=h_g=половине высоты ящика.

P_y-силы инерции и тяжести по оси У (P_y=ma(y));

P_z- силы инерции и тяжести по оси Z (P_z=ma(z));

P'_y-поперечная сила ветрового давления (Fw(y));

P"_y-поперечная сила удара волн (Fs(y)).

Составляем уравнение моментов относительно точки N:

Откуда находим:



Под действием сил, смещающих груз:

Составляем уравнения сил:

где N - реакция опоры (палубы), f - коэффициент трения скольжения.

Подставляя во второе третье и четвертое уравнения, получим:

Коэффициент f принимается равным: 0,15 (сталь-сталь); 0,5 (сталь -дерево)

Откуда находим:





Из полученных значений Fн выбирается большее, которое и принима­ется за усилие, возникающее в найтовых при бортовой качке.

Усилия, возникающие в найтовых при килевой качке.

Учитывая небольшую, по сравнению с бортовой, амплитуду килевой качки, уравнения опрокидывающих моментов можно не составлять.

Составляется только уравнения сил, смещающих груз аналогично бор­товой качке, откуда определяется усилие, возникающее в найтовых:

где  - угол между продольным найтовым и палубой.

Расчет крепления груза.

Поперечные и продольные найтовы для крепления груза выбираются в соответствии с ГОСТ 7679-69 по разрывному усилию Fраз, которое опреде­ляется:

Fраз = Fн k,

где k - коэффициент запаса прочности.

Для крепления палубного груза: k=3; груза в трюмах - k = 2,5.

Если для крепления используется несколько найтовых (n), то они вы­бираются по Fраз = Fн k / n.

Дополнительная нагрузка на палубу при обтяжке найтовых принима­ется равной 10-12% от суммарного разрывного усилия всех найтовых.
Канаты для найтовов выбираются из таблицы:
Канаты двойной свивки типа ЛК-О конструкции 6х30 [0+15+15]+7 о.с.

(Выдержки из ГОСТ 3083-80)

Диаметр каната dт, мм	Расчетная площадь сечения всех проволок S, мм2	Ориентиро вочная масса 1000 м смазанного каната pт, кг	Маркировочная группа, Мпа [кгс/мм2]
			1372 [140]	1568 [160]		1764 [180]
			Разрывное усилие каната, Н (не менее)
19	108.3	1075.0	122000		140000		153500
21	132.3	1335.0	152000		173500		191000
23	158.7	1625.0	185000		211000		232000
25	187.5	1870.0	213500		244000		267500
26.5	210.7	2135.0	243500		278000		303500
28.5	243.7	2495.0	284500		325000		357500
30.5	277.44	2800.0	319000		365500		401000
32.5	306.07	3125.0	356000		407500		456000
34.5	348.48	3555.0	405500		464000		509500
38	421.28	4305.0	490500		561000		616000
42	523.07	5345.0	609500		696500		765000
46	611.43	6240.0	712500		814000		894500
48	670.81	6815.0	782000		891000		980000
50	733.0	7490.0	853600		974500		1065000
53.5	836.91	8550.0	974500		1105000		1220000
57	978.29	9985.0	1135000		1300000		1430000
61	1097.76	11200.0	1270000		1460000		1600000
65	1246.45	12450.0	1420000		1625000		1785000