содержание   ..   90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  .. 

КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЧНОСТЬ ПЛАВУЧИХ ОСНОВАНИЙ ЛЕСОСПЛАВНЫХ МАШИН И СУДОВОГО КОРПУСА

Корпус плавучего основания машины, как и корпус судна любого типа, состоит из каркаса и наружной водонепроницаемой оболочки. Каркас представляет собой совокупность поперечных и продольных балок, именуемых набором и образующих поперечное и продольное крепление корпуса. В качестве водонепроницаемой оболочки служит наружная обшивка из стального листа. Корпус делают сварным. Для плавучих оснований машин и судов лесосплавного флота применяют сталь свариваемую для судостроения марки С с пределом текучести ^'235 МПа (ГОСТ 5521—76). Только наиболее нагруженные связи корпусов делают из низколегированных сталей марок 09Г2, 10Г2С1Д, 10ХСНД с пределом текучести, равным соответственно 294, 343, 392 МПа.

Основу поперечного крепления корпуса (рис. VIII.11) составляют шпангоуты — рамы, поставленные перпендикулярно диаметральной плоскости. Шпангоутная рама состоит из днищевой балки, двух бортовых и палубной, именуемой бимсом. Расстояние между шпангоутами называется шпацией. Шпация обычно принимается равной 550—600 мм, в зависимости от класса судна. По конструкции шпангоуты бывают холостые, флорные и рамные (рис. VIII.12). Холостыми шпангоутами называются рамы относительно меньшей прочности, состоящие по всему периметру из одного угольника или полособульба. Рамы, имеющие днищевую ветвь составного усиленного профиля, а палубную и бортовые ветви —из одного угольника или полособульба, называются флорными шпангоутами. Днищевая ветвь флорного шпангоута, называемая флором, состоит из высокого вертикального листа с приваренной горизонтальной полосой или отогнутым поверху фланцем. Рамы, имеющие усиленный профиль (как флор) по всему периметру, называются рамными шпангоутами. Для повышения прочности угловые соединения шпангоутов усиливают кницами — треугольными косынками из листовой стали. Чтобы придать жесткость. кницам, по их свободной кромке отгибают фланцы или приваривают пояски из полосовой стали. Шпангоуты приваривают к наружной обшивке двусторонними прерывистыми шахматными швами. Такими же швами приваривают обводные полосы к листам рамных шпангоутов. Флоры в машинных отделениях, где действуют динамические нагрузки, приваривают сплошными швами. Со стороны днищевой кромки у шпангоутов делают отверстия для протока воды, скапливающейся на днище. Эти отверстия называются голубницами.

В зависимости от ширины днища и передаваемой на него нагрузки поперечный набор может состоять из одних холостых, из одних флорных или чередующихся холостых и флорных

шпангоутов. В последнем случае флорные шпангоуты обычно ставят через четыре шпации. В машинном отделении флоры по днищу устанавливают на каждом шпангоуте. Рамные шпангоуты применяют в машинно-котельных отделениях, в . местах больших сосредоточенных нагрузок, а также в местах, где действуют динамические нагрузки.

Продольный набор корпуса судна состоит из продольных балок, проходящих по днищу, бортам и под палубным настилом. Основные продольные балки называются кильсонами, если они проходят по днищу, бортовыми стрингерами, если они идут по борту, и карлингсами, если они установлены под палубным настилом.

Кильсоны в местах пересечения с флорами разрезают; листы и полосы кильсонов и флоров в этих местах сваривают сплошными швами. Лист кильсона приваривают к днищевой обшивке и к обратной полосе двусторонним прерывистым шахматным швом. Для пропуска холостых шпангоутов в листах кильсонов вырезают отверстия; в местах пересечения холостые шпангоуты с листом кильсона соединяют кницами, которые приваривают угловым швом. В машинных отделениях расположение кильсонов должно быть согласовано с расположением продольных балок машинных фундаментов.

Рис. VIII.11. Каркас судового корпуса:
1 — продольные палубная и днищевая балки; 2 — шпангоуты; 3 — бимсы; 4 — продольные бортовые балки
 

Продольные подпалубные балки — карлингсы скрепляют все бимсы и придают системе палубного перекрытия необходимую Прочность и жесткость. Конструкция карлингсов аналогична конструкции кильсонов. Карлингсы устанавливают в плоскости кильсонов судна. В местах пересечения с рамными бимсами карлингсы перерезают, а листы и обратные полосы-карлингса и рамного бимса сваривают сплошными швами. Холостые бимсы пропускают через вырезы в листе карлингса, а полку бимса приваривают к карлингсу; для жесткости карлингса на каждом третьем или четвертом холостом бимсе ставят кницы. Карлингсы идут по всей длине судна до оконечностей.

В узлах пересечения рамных шпангоутов с кильсонами и карлингсами устанавливают вертикальные стойки, которые называются пиллерсами. Пиллерсы изготавливают из стальных труб или угольников, образующих составные профили. Пиллерсы служат для связи карлингсов и кильсонов, флоров и рамных бимсов. Наличие пиллерсов позволяет уменьшить размеры сечений днищевых и палубных связей, так как, работая совместно, эти связи разгружают друг друга. Бортовой стрингер состоит из горизонтального листа, ширина которого равна ширине листа рамного шпангоута. По кромке листа проходит обратная полоса. Сечение бортового стрингера принимается таким же, как и рамного шпангоута. Лист бортового стрингера сваривают с бортовой обшивкой и обратной полосой двусторонним прерывистым шахматным швом. Для пропуска бортовых ветвей холостых шпангоутов в листе бортового стрингера делают прямоугольные отверстия. При пересечении с рамными шпангоутами листы и обратные полосы бортового стрингера и шпангоута сваривают сплошным швом.

Рассмотренная система набора называется поперечной. При этой системе большинство балок набора обеспечивает поперечную прочность судна и лишь незначительная часть (продольные балки)—продольную прочность. Поперечная система выгодна для судов с малым отношением длины к высоте корпуса, так как напряжение от общего изгиба корпуса у таких судов небольшое. Для судов, отличающихся большой длиной и подверженных большому общему изгибу, применяют продольную систему набора. Для нее характерна большое число продольных балок и редко расставленные рамные шпангоуты.

Поперечная система набора может воспринимать большие местные нагрузки от посадки судна на мель, ударов бортом, а также при плавании среди бревен или битого льда и поэтому полностью удовлетворяет требованиям эксплуатации судов лесосплавного флота.

Для обеспечения непотопляемости и повышения прочности корпуса, а также для разделения внутреннего его помещения на отдельные отсеки устанавливают поперечные водонепроницаемые переборки. На длинных судах для увеличения продольной прочности, кроме поперечных, устанавливают продольные переборки. Переборки представляют собой вертикальные стенки, опирающиеся непосредственно на наружную обшивку днища; они выполняются из листов толщиной 2,5—4 мм, расположенных горизонтальными поясами. Листы переборок сваривают встык. К наружной обшивке переборку приваривают сплошным двусторонним швом. Для придания жесткости на одной стороне переборки ставят вертикально на расстоянии 0,7—0,8 м друг от друга ребра жесткости из угольника или полособульба и приваривают к переборке двусторонним прерывистым шахматным швом.

Наружная обшивка днища, бортов и палубы состоит из отдельных листов, образующих пояса обшивки. Продольный пояс обшивки, проходящий посредине ширины днища, называется килевым поясом. Поверхность сопряжения днища с бортом называется скулой, а пояс, идущий по скуле,— скуловым поясом. Верхний пояс бортовой обшивки называется ширстреком. Пояс палубного настила, прилегающий к ширстреку, носит название палубного стрингера. Килевой и скуловой пояс, ширстрек и палубный стрингер на 0,5—1 мм толще соседних листов обшивки. Наружная обшивка, являясь водонепроницаемой оболочкой, воспринимает усилия, возникающие при общем изгибе корпуса, и наряду с продольным набором обеспечивает судну общую продольную прочность.

Рис. VIII.13. Фундамент главного двигателя


Судовые фундаменты (рис. VIII. 13) представляют собой специальные балки, набранные из листов и поясков и предназначенные для удобного и надежного крепления к корпусу судна различных механизмов и устройств. Опорные полки фундаментов должны быть жесткими, не прогибаться под действием веса механизма, не подвергаться короблению от затяжки крепежных болтов и не прогибаться в местах расположения клиньев и прокладок. Листы деталей фундаментов делают несколько толще листов набора судна. В середине полотнищ балок фундаментов для облегчения делают круглые или овальные вырезы. Конструкция фундаментов должна обеспечивать легкий монтаж и демонтаж механизмов, доступ к ним во время эксплуатации и ремонта. В районе машинного отделения обшивка и набор подвергаются воздействию дополнительных усилий от работы механизмов, поэтому днищевые ветви всех шпангоутов делают флорными. Фундаменты главных двигателей совмещают с кильсонами, поэтому последние располагают в зависимости от количества и размеров двигателей. В связи с этим количество кильсонов в машинных отделениях бывает больше, чем в соседних отсеках. Для установки каждого двигателя нужны два кильсона, которые усиливаются и образуют фундамент. Фундаменты под двигатели делают сплошными (непрерывными), а шпангоуты разрезными. Соединение осуществляется постановкой специальных книц. Высота фундамента определяется размерами движительного комплекса, типом двигателя и местом установки. Линию валопровода стремятся делать горизонтальной, хотя допускается уклон до 3°. Упорный подшипник гребного вала устанавливают вблизи двигателя.

При установке другого механического оборудования фундаменты под него делают так, чтобы была обеспечена прочная связь с элементами набора корпуса.

Речным Регистром РСФСР изданы «Правила классификации 'л постройки судов внутреннего плавания», в которых подробно даны указания об определении прочных размеров основных конструктивных элементов стальных корпусов и о способах их сопряжений.

Прочность корпуса. Плавающее на спокойной воде судно находится в состоянии равновесия под действием сил веса и сил поддержания. Равновесие сохраняется только для судна в целом, но оно нарушается при рассмотрении отдельных участков по длине судна. Происходит это потому, что законы распределения сил поддержания и сил веса по длине судна различны. Распределение сил поддержания имеет для каждого судна вполне определенную закономерность; они распределяются по длине судна пропорционально погруженным площадям шпангоутов, т. е. по закону строевой по шпангоутам. Силы веса распределяются весьма неравномерно. На одних участках по длине судна силы поддержания будут преобладать над силами веса, а на других, наоборот, силы веса над силами поддержания. Таким образом, при плавании на спокойной воде корпус оказывается нагруженным избыточными силами поддержания или силами веса. Эти избыточные силы называются нагрузкой. Под действием нагрузки корпус получает общий изгиб. Кроме изгиба, под действием нагрузки корпус подвергается также деформации среза, которая происходит вследствие действия перерезывающих сил. При расчете на изгиб судовой 'корпус рассматривают как безопорную пустотелую балку переменного сечения, на которую распространяют основные положения строительной механики, применяемые при расчетах обычных балок, в том числе и теорему Журавского. Согласно этой теореме связь между интенсивностью распределенной нагрузки q, перерезывающей силой N и изгибающим моментом М выражается следующими зависимостями:
 

Из этих выражений следует, что график перерезывающей силы является интегральной кривой площади кривой нагрузки; график изгибающих моментов является интегральной кривой площади кривой перерезывающих сил или второй интегральной кривой площади кривой нагрузки. Поскольку корпус при плавании на воде рассматривается как балка со свободными концами, то ординаты кривых перерезывающих сил и изгибающих моментов в конечных точках корпуса равны нулю.

Так как даже для самых простых судов графики весовой нагрузки и сил поддержания имеют очень сложный характер и аналитически выражены быть не могут, то указанные выше интегралы решают методами приближенного интегрирования по правилам квадратур или графическим способом.

Для построения эпюр q, N, М длину судна делят на 20 равных частей (по числу теоретических шпаций) и для каждой такой части вычисляют приходящийся на нее вес судна. Разделив этот вес на длину части, получают интенсивность весовой нагрузки для данной части. На горизонтальном отрезке, разделенном на 20 равных частей и выражающем в масштабе расчетную длину корпуса, откладывают на каждой из 20 частей ординату, соответствующую вычисленной интенсивности весовой нагрузки. Ординаты соединяют ломаной линией (рис.
VIII.14). Площадь, заключенная между осью и ломаной линией, выражает с учетом масштаба вес судна.

После построения эпюры интенсивности весовой нагрузки строят эпюру сил поддержания. Так как силы давления воды по длине корпуса изменяются пропорционально погруженным площадям шпангоутов, то площади эти наносятся в виде ординат кривой, которая, как известно, называется строевой по шпангоутам. Площадь, ограниченная строевой, выражает (сучетом масштаба) водоизмещение судна. Умножая ординату кривой на удельный вес воды y и на единицу длины, получаем интенсивность силы поддержания на данном отрезке.
 

Если из ординат кривой сил веса вычесть ординаты кривой сил поддержания, построенные в том же масштабе, получим новые ординаты. Соединив их концы, получим эпюру нагрузки, под действием которой происходит изгиб корпуса. На участках, где имеется избыток сил веса, ординаты эпюры нагрузки будут

располагаться выше оси абсцисс, а на участках, где имеется избыток сил поддержания — ниже оси абсцисс.

Так как кривая перерезывающих сил является интегральной кривой от графика нагрузки, то для получения ординат кривой перерезывающих сил интегрируют по способу трапеций кривую нагрузки. Кривая изгибающих моментов является первой интегральной кривой от кривой перерезывающих сил, поэтому ординаты кривой М получают интегрированием (также способом трапеций) кривой перерезывающих сил. При суммировании площадей эпюры нагрузки и площадей кривой перекрывающих сил учитывают знаки этих площадей. По полученным ординатам строят кривые N и М, по которым устанавливают- наибольшие значения и места действия изгибающего момента и перерезывающей силы.

По условиям прочности необходимо, чтобы действующие в  элементах корпуса нормальные и касательные напряжения были не больше допустимых. При проверке действующих напряжений поперечное сечение корпуса рассматривают как сечение некоторой условной балки, называемой эквивалентным брусом (рис. VIII. 15). Если площади поперечных сечений всех продольных связей, участвующих в сопротивлении общему изгибу, суммировать, не изменяя положения их по

высоте, то получается сечение некоторого бруса эквивалентное, в смысле сопротивляемости изгибу, рассматриваемому поперечному сечению корпуса. В сечение бруса засчитываются не все продольные связи, а только такие, которые достаточно длинны и соединены друг с другом настолько прочно, что в состоянии деформироваться, воспринимая приходящиеся на их долю усилия. Площадь связей, длина которых менее 0,15L, не засчитывается в площадь эквивалентного бруса. К продольным связям относят наружную обшивку, продольный непрерывный набор. Продольные связи, распределенные на сравнительно коротких участках, например фундаменты, подкрепления и т. п., считают не участвующими' в общей прочности корпуса. Поперечный набор корпуса в расчетное сечение не засчитывается.
 

содержание   ..   90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  ..