Корпуса землесосных снарядов. Набор понтона

Корпус землесосного снаряда несет на се­бе достаточно сложный и разнообразный комплекс оборудования, подвержен значитель­ным нагрузкам в процессе эксплуатации и поэтому имеет ряд существенных отличий от корпуса обычного судна.

Корпуса землесосных снарядов обычно имеют простую геометрическую форму, образованную плоскостями. С целью уменьшения сопротивления движению корпуса в воде (при буксировке кормой) кормовая часть име­ет скошенные в плане борта и подъем днища (подзол). Носовые очертания корпуса также имеют скосы бортов в плане, что удобно при работе в узких прорезях. При напорном свай­ном ходе прорезь делается также и со сторо­ны кормы.

Теоретическим чертежом корпуса называют изображение наружной поверхности в трех проекциях (плоскостях): а) диамет­ральной плоскости (ДП), вертикальной плоско­сти, проходящей по продольной оси корпуса. Это изображение называют боковым разрезом или просто боком; б) основной плоскости (горизонтальной). Это изображение назы­вают полуширотой; в) плоскости мидельшпангоута - плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости. Это изображение называ­ют корпусом.

Теоретический чертеж используют при оп­ределении плавучести и остойчивости.

Главными размерами корпуса называют его длину L, ширину В, высоту бор­та H и осадку Т. Главные размеры корпу­са определяются условиями удобного раз­мещения всего необходимого оборудования, также требованиями плавучести и остойчи­вости.

Выражение, связывающее водоизмещение D с главными размерами корпуса, назы­вается уравнением плавучести. На основании закона Архимеда можно написать:

  (5-13)

где р -плотность воды, т/м3;
      -коэффициент полноты водоизмещения:

где V- объемное водоизмещение;
 колеблет­ся обычно в пределах от 0,8 до 0,92.
Водоизмещение равно полной массе земле­сосного снаряда:

        (5-14)

где  -сумма масс корпуса, надстройки всех механизмов, оборудования, устройств и пр.

Плавучестью называют способность землесосного снаряда плавать при данной на­грузке с погружением до определенной ватер­линии.

Условия плавания снаряда в состоянии рав­новесия определяются выражение D = Р, кроме того, центр тяжести снаряда (ЦТ), точ­ка приложения силы (Р) и центр величины (ЦВ) -точка приложения всех сил давления воды на погруженную часть корпуса - долж­ны быть на одной вертикали.

Безопасность плавания снаряда обеспечи­вается запасом плавучести, который определяется величиной водонепроницаемого объема корпуса, расположенного выше ватерлинии. Запас плавучести имеет большое значение при повреждениях подводной части корпуса. Зем­лесосный снаряд потеряет плавучесть, а сле­довательно, может утонуть только тогда, ко­гда объем влившейся воды будет равен запа­су плавучести. В корпусах снарядов делаются водонепроницаемые переборки, которые в слу­чае пробоины не дают полностью израсходо­ваться запасу плавучести.

Остойчивостью называют способность плавающего тела, выведенного под воздейст­вием внешних сил из положения равновесия, возвращаться вновь в первоначальное поло­жение после прекращения этого воздействия. Кроме обычных сил, действующих на все суда, на землесосные снаряды действуют специфические силы, к которым следует отнести: натяжение папильонажных тросов, подъем или опускание грунтозаборного устройства, подъем или опускание свай и др.

Крен (поперечная остойчивость) - это на­клонения землесосного снаряда относительно продольной оси.
Дифферент (продольная остойчи­вость) - это наклонения землесосного снаряда относительно поперечной оси.

Характерными случаями остойчивости зем­лесосных снарядов являются следующие:

1.  Землесосный снаряд в транспортном по­ложении: обе сваи подняты, грунтозаборное устройство также поднято до горизонтального положения. На земснаряд может действовать  ветер.

2.  Землесосный снаряд в рабочем положе­нии. Сваи могут быть в любом положении, грунтозаборное устройство также. На снаряд действуют усилия от устройств для рабочих перемещений и другие внешние силы, как, на­пример, ветер, течение и т. п.

3.  Землесосный снаряд находится в ава­рийном положении: один из любых отсеков получил пробоину и заполнен водой. На снаряд действует штормовой ветер.

Остойчивость землесосного снаряда в тран­спортном положении определяется по обычным формулам, применяемым в теории кораб­ля. При определении же остойчивости земле­сосного снаряда в рабочем положении учиты­ваются специфические силы, отличные от сил, действующих на обычное судно, возникающие при работе специальных устройств (грунтоза­борное устройство, папильонажное устройство и др.).

Для нормальной работы землесосного сна­ряда его корпус должен обладать достаточ­ной жесткостью и прочностью. От различных условий работы землесосного снаряда в кор­пусе возникают напряжения, стремящиеся из­менить его форму. Возникновение деформаций и напряжений в корпусе происходит под дей­ствием внешних сил.

К основным силам, действующим на кор­пус землесосного снаряда, следует отнести: силы веса земснаряда с учетом дополнитель­ных внешних усилий, возникающих при его ра­боте, и силы давления воды на подводную часть корпуса (сила плавучести). Равнодейст­вующая сил веса, направленная вниз, и рав­нодействующая сил плавучести, направленная вверх, взаимно уравновешиваются, но распределение составляющих сил веса и сил плавуче­сти по длине корпуса происходит неравномер­но, так как распределение сил плавучести зависит от формы подводной части корпуса, а распределение сил веса зависит от размещения оборудования и может меняться в зависи­мости от различных условий эксплуатации землесосного снаряда.

Все нагрузки, действующие на корпус зем­лесосного снаряда, могут быть разделены на следующие категории:

1)  нагрузки постоянного характера. К этой категории нагрузок относятся собственные веса корпуса, надстроек, оборудования, механиз­мов и специальных устройств;

2)  нагрузки переменного характера. К этой категории относятся нагрузки, возникающие в процессе нормальной работы специальных устройств земснаряда (нагрузки от работы грунтозаборного и папильонажного уст­ройств);

3)  нагрузки динамического характера. К этой категории нагрузок относятся также нагрузки, возникающие в процессе работы зем­лесосного снаряда, обычно действующие крат­ковременно, но значительные по величине, на­пример нагрузка от обвалов грунта на раму грунтозаборного устройства, нагрузки от ви­брации, возникающей при попадании крупных камней в рабочее колесо грунтового насоса, и т. п.

Постоянные нагрузки действуют на корпус землесосного снаряда так же, как и на обыч­ное судно. Этот вопрос изучен с достаточной подробностью. Иначе обстоит дело с нагрузка­ми переменного характера. Разнообразие и полная неопределенность этих нагрузок заставляют находить их приближенно, исполь­зуя опыт эксплуатации землесосных снарядов и допуская ряд условностей.

Разнообразное сочетание нагрузок постоян­ного и переменного характера действует на корпус землесосного снаряда различно. Расчет прочности корпуса производится на наиболее опасное сочетание нагрузок.

Система продольных и поперечных балок, по которым устраивается наружная обшивка, называется набором корпуса. Набор корпуса, являясь несущей конструкцией, при действии на корпус внешних нагрузок работает при об­щем изгибе корпуса, участвует в составе пло­ских перекрытий при местном изгибе корпуса и выполняет роль опорного контура для на­ружной обшивки.

Конструктивные элементы набора корпуса показаны на рис. 5-76. Основой, обеспечивающей поперечную прочность корпуса, являются рамные шпангоуты и поперечные переборки. Рамные шпангоуты состоят из флорного шпан­гоута 1 (по днищу), бортового рамного шпангоута 2 (по борту), и флорного    бимса 3 (по

Рис. 5-76 Конструктивные эле­менты корпуса.
1- флорный шпан­гоут;  2 - рамный шпангоут; 3 - флор­ный бимс; 4 - киль­сон; 5 - карлингс; 5 - пиллерс; 7- киль­сон машинного отде­ления; 8 - флорный шпангоут машинного отделения; 9 - холо­стой шпангоут; 10 - холостой бимс; 11 - холостой шпангоут борта; 12 бортовой       стрингер;    13 -комингс    люка машинного отделения;  14-продольная переборка;  /5 - кницы.
 

палубе). Основой, обеспечивающей продоль­ную прочность корпуса, являются продольные переборки, борта, кильсоны 4 (по днищу) и карлингсы 5 (по палубе). Кильсоны и кар­лингсы располагаются в одних продольных плоскостях и связываются между собой с помощью пиллерсов 6. Иногда с целью уве­личения несущей способности борта уста­навливаются вдоль корпуса бортовые стрин­геры 12.

Система набора корпуса определяется преимущественным расположением основных несущих балок - продольных или попереч­ных, а также расположением холостого набо­ра 9-11 между основными балками (поперек или вдоль корпуса). Различают три системы набора: поперечную, продольную и смешан­ную.
Корпус с поперечной системой набора представлен на рис. 5-77,о. В этой системе на­бора

Рис. 5-77. Системы набора корпуса землесосных снарядов.
а - поперечная система набора; б - продольная система набора;. в - смешанная   система   набора;    1 - холостой    шпангоут;    2 - рамный шпангоут;  3 - кильсон;  4 - флорный  шпангоут;  5 - холостой  набор; 5 -борт;  7 -днище.
 

все балки (основные и холостые) направ­лены преимущественно поперек корпуса. На расстоянии 1,5-2,0 мпоперек корпуса распо­лагаются основные несущие рамы (рамные шпангоуты) 2, а между ними на равном рас­стоянии (500-600 мм) находится холостой набор (холостые шпангоуты) 1. Вдоль корпуса идет незначительное количество основных не­сущих продольных балок-карлингсов и киль­сонов 3. При таком расположении балок пла­стины наружной обшивки и настил палубы ориентируются длинной стороной поперек кор­пуса.

Продольная система набора изображена на рис. 5-77,6. При этой системе набора вдоль корпуса направлены кильсоны и карлингсы, а между ними установлен продольный холостой набор. Поперек корпуса на расстоянии 2,0-2,5 мустанавливаются поперечные несущие рамы (рамные шпангоуты), на которые опи­рается продольный набор. Пластины наружной обшивки и настила палубы ориентируются большей стороной вдоль корпуса. Однако продольная система набора не получила распро­странения.

При смешанной системе набор а. (рис. 5-77,в) набор днища и палубы выполняется по продольной, а набор борта - по поперечной системе. (Корпуса большинства построенных зем­лесосных снарядов имеют поперечную систему набора. Однако эта система не является опти­мальной и при том же расходе металла дает по сравнению с другими меньшие общую про­дольную прочность и жесткость. С целью уве­личения общей прочности корпуса и повыше­ния несущей способности наружной обшивки и настила палубы в последнее время все шире и шире применяется смешанная система набора.

Корпуса землесосных снарядов строитель­ной гидромеханизации выполняются цельно­сварными или сборно-разборными из отдель­ных понтонов.

Сборно-разборные корпуса нашли широкое применение в земснарядах средней и малой производительности при выполнении малых объемов работ. Требование сборно-разборно-сти корпусов и надстроек вытекает из потреб­ности частого монтажа и демонтажа земле­сосных снарядов при их перебазировании на новые объекты строительства.

 

 

 

 

Рис. 5-78. Узлы соединения понтонов.
а - с уголками,  выступающими  за  габариты  понтонов;  б - со­единение, вписанное в габариты понтонов.
 

Конструктивные схемы узлов соединения понтонов между собой показаны на рис. 5-78.
Узел соединения, показанный на рис. 5-78,а, отличается простотой конструкции и удобством монтажа и демонтажа корпуса на берегу. Он состоит из двух уголков 1, привариваемых одной полкой к скулам понтонов. Вторые пол­ки соединяются на болтах 2 во время сборки корпуса. Недостатком этого соединения яв­ляется выход его за габариты понтонов, что мешает движению по палубе и увеличивает величину осадки корпуса за счет этого высту­па.Узел соединения, приведенный на рис. 5-78,6, является усовершенствованной конструкцией предыдущего узла. Здесь уже уголки 1, используемые для соединения понто­нов, не выступают за их габариты. Стык этот может быть закрыт полосой 3, укрепляемой к понтонам на винтах. Общим и существенным недостатком этих двух соединений понтонов является невозможность сборки понтонов на плаву.
Известен ряд конструкций, позволяющих произво­дить соединение понтонов на плаву. Обычно такие соединения состоят из бобышек, приваренных к одному из соединяемых понтонов, и соответствующих пазов, выполненных в другом понтоне. Соединение осуществляется путем введения бобышки в паз и закрепления специальным конусным штырем с винтовым натягом. Водонепроницаемость таких соединений обеспечивается сальниковым уплотнением.
В некоторых вариантах такой конструкции закреп­ление осуществляется длинным штоком, один конец ко­торого обработан на конус, а второй имеет винтовую нарезку для осуществления натяга. Эта конструкция позволяет закреплять соединение с палубы плавающих понтонов. Количество таких соединений на бортах сое­диняемых понтонов определяется соответствующим рас­четом на прочность. В общем случае стык понтонов дол­жен быть равнопрочен соответствующему сечению пон­тона.
Имеются конструкции разборных земснарядов, в ко­торых соединение понтонов между собой осуществляется болтами, проходящими через борт без каких-либо уплотнений, причем нижние болты располагаются на 300-400 ммниже ватерлинии. Естественно, что в этих конструкциях делаются специальные водонепроницаемые отсеки, изолирующие район соединений от всего трюма. Размер отсеков назначается минимальным, позволяющим произвести установку болтов и их затяжку.
Следует отметить, что все эти конструкции соеди­нения понтонов на плаву вследствие их сложности и недостаточной надежности широкого распространения не получили.
Иногда для корпусов разборных земснарядов ока­зывается целесообразным применить смешанную конст­рукцию соединений. При смешанной конструкции от­дельные понтоны, габариты которых допускают их пе­ревозку по железной дороге, при помощи соединений, показанных на рис. 5-78, объединяются в крупные сек­ции.
Эти секции опускаются на воду и затем при по­мощи соединения какого-либо другого типа соединяют­ся между собой, образуя корпус землесосного снаряда.
В отдельных случаях, если это требуется для увели­чения палубы разборного земснаряда, плавающие сек­ции понтонов соединяются между собой при помощи фермы той или иной пространственной конструкции.
В крупных землесосных снарядах иногда преду­сматривается разборность на секции для того, чтобы обеспечить возможность проводки снаряда через неболь­шие шлюзы, или для буксировки по малым рекам. В этих случаях каждая секция должна иметь самостоятельную плавучесть при допустимых кренах и диффе­рентах. Каждая секция должна иметь достаточную остойчивость для конкретных условий плавания.
При необходимости буксировки землесосных сна­рядов по малым рекам может возникнуть необходи­мость искусственного уменьшения их осадки.
Уменьшение осадки до заданной   величины   путем частичного демонтажа снаряда сложно и не всегда возможно.
Иногда задача уменьшения величины осадки может быть эффективно решена путем применения дополни­тельных понтонов, временно присоединяемых к основ­ному корпусу земснаряда. Такие понтоны обычно де­лаются в виде двух или другого четного количества сигар круглого, эллиптического или прямоугольного сечения. Количество и размеры дополнительных понто­нов определяются элементарными расчетами плавуче­сти. Так как понтоны используются только для умень­шения осадки в процессе буксировки земснаряда, кон­струкция может быть предельно облегченной.
Такие понтоны подводятся к бортам земснаряда, притапливаются на расчетную величину, крепятся к бор­там корпуса, после чего производится их откачка или осушение продувкой сжатым воздухом. Подъемная сила понтонов соответственно уменьшит осадку зем­снаряда на период его буксировки.
В заключение отметим, что потребность в разбор­ных земснарядах различной производительности непре­рывно возрастает, так как при росте общих объемов земляных работ, выполняемых способом гидромехани­зации, наблюдается уменьшение объемов, подлежащих выполнению в отдельных точках. Рост потребности в разборных снарядах предъявляет повышенные требо­вания к конструкции соединения понтонов между собой.