УДК 681.518.3
Исследование влияния характеристик средств транспортирования на перегрузки при морской перевозке
С.В. Широков
ГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»
Проводится исследование влияния характеристик средств транспортирования на величину перегрузок в местах опирания перевозимого морским транспортом изделия с помощью формирования структурной схемы динамических звеньев и определения их передаточных функций.
Ключевые слова: схема транспортирования, динамическое звено, передаточная функция, морское волнение, амплитудно-частотная характеристика, перегрузка. транспортирование перегрузка морской
Realize researching jf a influence of vehicle characteristics on a overloading in places of supporting of equipments transporting sea ships. For this task using structural schemes dynamics links and definition them transfer function.
Keywords: transporting scheme, dynamic link, transfer function, sea roughness, gain-frequency characteristic, overloading.
При транспортировании изделий морским транспортом одним из внешних воздействий, определяющих состояние изделия после транспортировки и готовность его к дальнейшей эксплуатации, является величина перенесенных им перегрузок в процессе транспортировки. В случае превышения заданных значений перегрузок в процессе транспортировки возникнет необходимость проведения дополнительных мероприятий для дальнейшей его эксплуатации, вплоть до полной замены дорогостоящего изделия. В связи с этим возникает задача предварительного определения возможных перегрузок, а в случае прогнозирования их превышения допустимых значений - осуществления оптимизации характеристик средств транспортирования.
Для решения задачи определения возможных перегрузок конкретного изделия возникает необходимость создания индивидуальных упрощенных методов расчета, позволяющих оперативно оценить выбранные конструктивные особенности объекта транспортирования и принять при необходимости меры их улучшению.
При морском волнении судно испытывает следующие виды колебаний: бортовую, килевую и вертикальную качку, а также поперечно-горизонтальные, бортовые колебания и рыскания [1]. Для решения поставленной задачи будем рассматривать нижеприведенные движения судна (рис. 1), а остальными пренебрежем из-за малого влияния на объект транспортирования.
При рассмотрении судна и объекта транспортирования как динамических звеньев можно разработать математические модели для каждого вида качки [2].
Расчетная схема для бортовой качки и структурная схема моделей, включающая передаточные функции выделенных динамических звеньев, показана на рис. 2.
Передаточные функции W1(р) и W2(р) устанавливают взаимосвязь между исследуемыми переменными:
.
Рис.1.
Рис.2. Расчетная и структурная схемы моделей:
бв - угол наклона волны; ес - угол наклона судна; sи - перемещение изделия;
r - расстояние между осью вращения судна и центром тяжести изделия; mс - масса судна;
mи - масса изделия
Здесь для W1(р) входной величиной является угол наклона волны бв, а выходной величиной - угол наклона судна ес. Для W2(р) входной величиной является угол наклона судна ес, а выходной величиной - перемещение изделия sи.
После анализа и преобразований динамическая модель рассматриваемого выше объекта, связывающая перемещение изделия sи с возмущением еВ, может быть представлена в виде передаточной функции
.
Учитывая, что силовое воздействие на изделие определяется величиной ускорений , получим дополнительно передаточную функцию объекта, приняв за выходную величину ускорение .
Используя преобразование Лапласа, можно записать
.
Тогда искомая передаточная функция будет
. (1)
В формуле (1) коэффициенты Т и о зависят от упругих и демпфирующих свойств звеньев [3]:
- средств крепления изделия к судну;
- непосредственно самого судна для бортовой и килевой качки.
Параметры зависят от следующих характеристик судна [4]:
- относительный коэффициент затухания;
- частота свободных незатухающих колебаний судна;
- коэффициент пропорциональности.
На основе полученной выше передаточной функции (1) с помощью типовых программ построена амплитудно-частотная характеристика. В качестве объекта выбран случай транспортирования блоков РН «Союз-СТ» на судне типа «Тукан» с длиной наибольшей - 115,5 м, шириной - 20,38 м, осадкой - 5 м, водоизмещением брутто - 9125 тонн.
Рис.3. Амплитудно-частотная характеристика при бортовой качке
Величины коэффициентов будут следующие:
T0 = 0,22, о0 = 0,9, T1 = 1,3, о1 = 0,2, k1 = 0,34, r1 = 5.
Амплитудно-частотная характеристика для данного случая представлена на рис. 3.
Рис.4. Изменение максимальных значений амплитуд при различных Т0 и постоянном о0 = 0,9
Рис.5. Изменение максимальных значений амплитуд при различных о0 и постоянном Т0 = 0,2
В случае изменения характеристик средств крепления изделия к судну, то есть коэффициентов второго динамического звена, вид амплитудно-частотной характеристики в целом не изменится, при этом максимальные значения амплитуд для различных величин коэффициентов будут отличаться. Величины максимальных значений амплитуд для различных значений представлены на рис. 4, 5.
Из показанной на рис. 3 характеристики следует [5], что при бортовой качке максимальная перегрузка n на изделии возникает при частоте 0,8 рад/сек. Это соответствует высоте волн от 4 до 6 м, и для T0 = 0,22, о0 = 0,9 она составляет около 0,38 м/с2.
Для различных коэффициентов величины перегрузок приведены в таблице.
Величины перегрузок для различных характеристик средств крепления
|
о0 = 0,9 |
Т0 = 0,2 |
|||||
|
Т0 = 0,1 |
Т0 = 0,25 |
Т0 = 0,4 |
о0 = 0,65 |
о0 = 0,8 |
о0 = 0,95 |
|
|
n = 0,383 |
n = 0,375 |
n = 0,360 |
n = 0,385 |
n = 0,382 |
n = 0,377 |
Предлагаемая методика позволяет оценить перегрузки, воздействующие на изделие при морской транспортировке, а также изучить влияние изменения характеристик средств крепления на перегрузки, возникающие в точках закрепления объекта. Для условий, приведенных выше в качестве примера, они не превышают допустимых для блоков РН типа «Союз» при транспортировании. В статье проанализирован только режим установившихся колебаний для бортовой качки, однако полученные модели позволяют рассмотреть также переходные процессы и получить оценки перегрузок при случайном характере воздействий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Басин А.М. Качка судов. - М.: Машиностроение, 1969. - 278 с.
2. Гальперин М.В. Автоматическое управление. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004. - 224 с.
3. Вагущенко Л.Л. Бортовые автоматизированные системы контроля мореходности. - Одесса: Фенiкс, 2005. - 274 с.
4. Пановко Я.Г. Устойчивость и колебания упругих систем. - М.: Наука, 1987. - 352 с.
5. Семенов-Тянь-Шанский В.В. Качка корабля. - Л.: Судостроение, 1969. - 324 с.