Научная статья на тему 'Автоматизация швартовки судов при их шлюзовании'

Автоматизация швартовки судов при их шлюзовании Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
805
120
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СУДОХОДНЫЙ ШЛЮЗ / АВТОМАТИЧЕСКОЕ ШВАРТОВНОЕ УСТРОЙСТВО / NAVIGABLE SLUICE / AUTOMATIC MOORING DEVICE

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Бутин Владлен Петрович

В статье поставлен вопрос об актуальности применения на судоходных шлюзах автоматических швартовных устройств. Выполнен анализ работоспособности некоторых конструкций автошвартовных устройств, из которых лучшей признана конструкция с гидровакуумным захватом. Приведены основные технические характеристики и результаты натурных испытаний автошвартовных устройств с гидровакуумными захватами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Бутин Владлен Петрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The article raises the question of an urgency of an application of automatic mooring devices at navigable sluices. It is analyzed the efficiency of some constructions of mooring devices from which the construction with the hudrovacuum capturing mechanism is recognized as the best. The basic technical characteristics and the results of natural tests of automooring devices with a hudrovacuum capturing mechanism are cited.

Текст научной работы на тему «Автоматизация швартовки судов при их шлюзовании»

<ч

далеко не безопасна, что подтверждается высоким уровнем травматизма, особенно при швартовке крупнотоннажных судов и составов, оборудованных жесткими и тяжелыми швартовными канатами. Пришвартовать судно такими канатами втугую практически невозможно. Наличие провесов канатов приводит к значительным подвижкам судов вдоль камеры шлюза, что вызывает инерционные рывки. Кинетическая энергия рывков, не поглощенная швартовными связями, приводит к обрыву швартовных канатов, разрушению гаков плавучих рымов или судовых кнехтов. Шлюзование большегрузных судов и составов при проектном режиме наполнения (опорожнения) камеры шлюза зачастую вызывает значительное превышение допускаемой нормативной гидродинамической силы, которое может создать аварийную ситуацию. В этих случаях судоводители часто прибегают к подработке судна винтами, что вызывает уже свои трудности.

Таким образом, решение задачи о механизации и автоматизации швартовных операций при шлюзовании по сей день является важной и актуальной проблемой как для отечественных, так и для зарубежных судоходных шлюзов. Важность этой задачи подтверждается многочисленными техническими предложениями, разработками, изобретениями, патентами.

Какие же требования должны предъявляться к современному швартовному устройству?

Во-первых, полное устранение ручного труда при швартовке судна в камере шлюза.

Во-вторых, уровень надежности швартовки не должен уступать существующему.

В-третьих, предложенный способ швартовки не должен увеличивать общее время су-допропуска.

Исходя из этих требований, рассмотрим некоторые известные и наиболее интересные, на наш взгляд, конструкции автоматических швартовных устройств и выполним анализ возможной их эксплуатации.

Автоматическая швартовка сеткой с подхватом судов под днище (рис. 1) представляет собой систему диагональных и поперечных стальных канатов, закрепленных концами за подвижные каретки, вертикально

перемещаемые в нишах стен камеры шлюза. Каждая сетка связывает четыре каретки и работает самостоятельно. Для равномерного натяжения ветвей канатов лебедки оборудованы фрикционными муфтами. В этом варианте может быть рассмотрено прикрепление кареток к существующим плавучим рымам.

Недостатки: не исключена возможность повреждения винторулевого комплекса и бортовых килей судов; затруднена установка в шлюзовой камере нескольких судов с различной осадкой; зависание одной из четырех кареток может привести к аварийной ситуации.

Автосчалка с выдвижными колесами (рис. 2) представляет собой пантограф, прикрепленный к каретке. Каретки, установленные в нишах стен камеры шлюза, перемещаются при помощи лебедок, размещенных на стенах камеры. На каждом пантографе установлено приводное колесо.

Приводные колеса позволяют также осуществить ввод в камеру судна и вывод из нее с оптимальными скоростными режимами.

Недостатки: сложность устройства — приводные колеса; громоздкость — большие вылеты рычагов пантографа; трудоемкость установки судов, особенно пыжом (судов различных размеров, груженого и порожнего и т. п.).

Автосцеп — клешневой захват с замковым механизмом (рис. 3), установленный на судне. Клешневой захват, выведенный пневмоприводом в рабочее положение, скользит по стенке камеры шлюза до сцепления с вертикальной балкой, закрепленной в нише стены камеры шлюза, и притягивает судно к стенке камеры. Клешни замковых захватов сцепляются с вертикальными балками.

Недостатки: необходимость оборудования автосцепом с различной энергоемкостью всех шлюзуемых судов; необходимость размещения на шлюзе сцепного устройства требует наращивания стенки шлюза на высоту более 5 м от уровня воды; концентрация швартовной нагрузки в одной точке требует упрочнения взаимодействующих элементов; сложность сцепления клешней захватов с балками.

Швартовный манипулятор представляет собой размещенный на судне шарнирно-рычажный механизм (рис. 4). Рычаг оборудован захватом с дистанционным управлением.

А-А

о

Рис. 1. Автосчалка с сеткой с подхватом судов под днище: лебедки; 2 — сетка из стальных канатов; 3 — каретки; 4 — канаты подвески кареток

"Е Н

:<х а>

£ мэЛшяд

Рис. 2. Автосчалка с выдвижными колесами: 1 — каретка; 2 — пантограф; 3 — приводное колесо; 4 — канат подвески каретки

о X 3

Размеры захвата установлены исходя из ширины ниши плавучего рыма и осадки швартуемых судов. Диаметр захвата принят равным 1,3 м.

Размеры рычага обусловлены необходимостью получения максимального хода и обеспечения полного прижатия захвата к борту судна. Ход вакуумного захвата составил 0,8 м.

Пневмопривод рычага принят в соответствии со следующим:

— при навале судна на захват пневмо-цилиндр работает как амортизатор, не создавая перегрузок конструкции швартовного устройства;

— пневмопривод обеспечивает автономность эксплуатации устройства независимо от электроснабжения шлюза.

Производительность вакуумного насоса выбрана исходя из возможных протечек через уплотнение манжеты захвата, неровности поверхности борта судна (вмятины, гофры, сварные швы и т. п.). Многочисленные натурные испытания показали, что оптимальным для швартовных вакуумных захватов можно считать центробежный насос с производительностью 3-5 м3/ч.

Выполнение швартовки вакуумным захватом не предъявляет каких-либо дополнительных требований по сравнению с ручной швартовкой, а именно: подход судна к швартовному устройству, торможение, остановка.

Швартуемое судно при автошвартовке должно находиться на расстоянии не более 0,8 м от стенки камеры шлюза. При швартовке вручную судно должно проходить вдоль стенки с ее касанием, так как уже на расстоянии более одного метра ручная швартовка невыполнима. Менее жесткие требования при автошвартовке предъявляются и к точности остановки судна, допуская неполную остановку. Это обстоятельство недопустимо при ручной швартовке, так как движение судна при этом — вероятная ситуация травматизма. Натурные исследования показали возможность торможения вакуумными захватами судов грузоподъемностью до 50 тыс кН при скорости их движения не более 0,5 м/с.

Процесс швартовки вакуумными захватами происходит оперативно и составляет 3-10 с (полный вывод захвата рычагом из ры-мовой ниши — 1-2 с; создание номинального вакуума в рабочей части захвата — 2-7 с).

Швартовное устройство с гидровакуумным захватом в полной мере отвечает всем изложенным выше требованиям. Действительно, полностью устраняется применение ручного труда, что позволяет автоматизировать весь процесс шлюзования. Надежность работы обеспечивается отсутствием жесткой связи между швартовным устройством и судном. При возникновении сверхрасчетных нагрузок происходят проскальзывание захвата вдоль корпуса судна и перераспределение гидродинамической силы между всеми задействованными в швартовке захватами. При этом исключаются инерционные рывки в швартовных связях, приводящие к существенному превышению расчетной гидродинамической силы. Надежное удержание судна вакуумными захватами и предусмотренный конструкцией свободный ход захватов вдоль камеры шлюза (±0,3 м) позволяет увеличить допускаемую гидродинамическую силу, а следовательно, сократить время наполнения (опорожнения) камеры шлюза. Это в итоге приведет к существенному сокращению времени судопропуска (см. табл. 2).

Натурные испытания показали, что автоматическое швартовное устройство с гидровакуумными захватами полностью отвечает требованиям, предъявляемым к швартовке судов при шлюзовании.

Основные технические характеристики испытанного автошвартовного устройства:

— нормальное удерживающее усилие — 115 кН;

— продольное удерживающее усилие — 42 кН;

— диаметр гидровакуумного захвата — 1300 мм;

— рабочий ход захвата — 0,8 м;

— остаточное давление в рабочей полости захвата — 0,015 МПа;

— давление в магистрали пневмопривода — 0,3 МПа;

— масса навесного автошвартовного устройства — 200 кг.

Таблица 2

Ожидаемое время наполнения камеры шлюза при применении автошвартовки с гидровакуумными захватами

Тип судна Водоизмещение, кН Длина судна (состава), м Кол-во рымов при счалке с одного борта с двух бортов Суммарная удерживающая сила, кН, при счалке с одного борта с двух бортов Удерживающая сила, кН, при выходе из строя при счалке с одного борта одного рыма с двух бортов двух рымов Р , кН автошв' Допускаемая гидродинамическая сила Р , кН доп' Р /Р автошв доп Отношение времени наполнения камеры при Р к времени А доп А наполнения камеры при Р 1 1 автошв (приближенно) Ширина шлюза, м, при счалке с двух бортов

Толкаемый большегрузный состав 200 ООО 240 8 16 280 560 245 490 43,5 16 11,25 2Л 3,4 30

«Волго-Дон» с приставкой 127 ООО 238 8 16 280 560 245 490 56,0 М 8,75 2Л 3,0 18

«Волго-Дон» 68 ООО 135 4 8 140 280 105 210 57,3 1.83 3,66 и. 1,9 18

«Балтийский» 39 000 110,2 3 6 105 210 70 140 47,6 1.47 2,94 12 1,7 14,5

«Балтийский» 32 000 92 3 6 105 210 70 140 44,5 1,58 3,14 13 1,8 14,5

«6-я пятилетка» 27 500 90 3 6 105 210 70 140 42,3 1.65 3,3 13 1,8 14,5

пр. 765а 8 400 62 2 70 35 28,6 1,22 1,1 14,5

пр. 869 4 340 57 2 70 35 22,8 1,53 1,2 14,5

пр. 890 2 570 42 2 70 35 19,2 1,82 1,35 14,5

К I о 3? ж Ш _ Н

к н

5<х а>

II университета

'ЖУРНАЛ водн ы х / / коммуникации

С целью дальнейшего совершенствования конструкции автошвартовного устройства и внедрения его на судоходных шлюзах необходимо выполнить дополнительные проектно-конструкторские проработки (в частности, захват выполнить из двух вакуумных полостей, при этом верхняя часть будет использоваться

для мелкосидящих судов, обе части—для крупнотоннажного флота; увеличить длину рычага, увеличивая тем самым рабочий ход вакуумного захвата) и провести всесторонние натурные испытания при счалке судов двумя бортами, причем не менее чем четырьмя автошвартовными устройствами с каждого борта судна.

Список литературы

1. Баланин В. В., Варламов Н. Н., Семанов Н. А. Судоходные каналы, шлюзы и судоподъемники. — М.: Транспорт, 1970. — 350 с.

2. А. С. 1402639 опубликовано в Б. И. № 22, 1988 г. Шведов В. Л., Баланин В. В., Бутин В. П., Николаев Н. П.

УДК 62+66 А. В. Глушенко,

СПГУВК;

К. П. Моргунов,

канд. техн. наук, доцент, СПГУВК

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СПЕКТРА ВИБРАЦИЙ ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРЯМОГО ФОТОДЕТЕКТИРОВАНИЯ РАССЕЯННОГО КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

METHODICAL APPROACH TO DEFINITION OF VIBRATION SPECTRUM OF ENGINEERING DESIGNS BY MEANS OF DIRECT PHOTODETECTING THE COHERENT RADIATION SCATTERED ON SURFACE

В работе получен алгоритм определения спектра механических вибраций инженерных конструкций при помощи регистрации динамической спекл-картины, позволяющий реализовать дистанционный метод вибромониторинга. В частном случае спектр флуктуаций рассеянного излучения представляет собой набор дискретных гармоник, отвечающий частотам механических колебаний.

Algorithm of definition of a spectrum of mechanical vibrations of engineering designs by means of registration of the dynamic speckle pattern where obtained. It allows to realize a remote method of vibration diagnostics. In some specific case the spectrum offluctuations of the scattered radiation represents the set of discrete harmonics adequating to frequencies of mechanical vibration.

Ключевые слова: спектр механических вибраций, когерентное излучение, динамическая спекл-карти-на, прямое фотодетектирование, корреляционная функция, спектр флуктуаций излучения.

Key words: a spectrum of mechanical vibrations, coherent radiation, a dynamic speckle pattern, direct photodetecting, correlation function, a spectrum of fluctuations of radiation.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.