Коэффициент трения при различных видах грунта

Вид грунта	Коэффициент трения
минимальный	максимальный	средний
Песок	0,40	0,44	0,42
Гравий	0,42	0,45	0,44
Галька	0,50	0,52	0,51
Камень-валун	0,40	0,42	0,41
Плита-ракушечник	0,53	0,58	0,56
Гладкая плита	0,71	0,78	0,75
Глина (ил)	0,20	0,40	0,35
Глина с песком	0,25	0,43	0,39

 

1.3.1. Определение силы ветрового давления

 

В формуле (5) по определению тягового усилия, необходимого для снятия судна с мели, не учитывались силы ветрового давления. В зависимости от направления действия этой силы она может создать дополнительно положительное или отрицательное воздействие на работу по снятию с мели.

Сила ветрового давления учитывается только при снятии судна с мели поступательным стягиванием, а при развороте на мели она не учитывается в виду ее незначительности.

Сила давления ветра зависит от его скорости, от площади парусности судна, перпендикулярной направлению ветра, и может быть определена по формуле (6):

 

F_ветр= 0,001·Р_v·A_v·cos υ_ветр, кН, (6)

 

где Р_v - давление ветра, определяемое исходя из его фактической или прогнозируемой на момент выполнения маневра по снятию судна с мели, силы, значение которого выбирается из графика на рис. 1.1, кН/м;

A_v - площадь парусности судна в плоскости, перпендикулярной направлению ветра, определяемая по чертежу расположения судна, м;

υ_ветр - угол между направлением ветра и направлением стягивания, рис.1.2.

Рис. 1.1 Зависимость давления ветра PV от скорости ветра Wветр

Рис.1.2. Схемы сил ветрового и бокового волнового давлений

Когда сильный ветер направлен в сторону стягивания (рис. 1.2, а) значению F _ветр придается отрицательный знак, т. е. стягивающее усилие Т _ст можно уменьшить на величину F _ветр. В противном случае (рис. 1.2, б) сила ветрового давления будет препятствовать стягиванию судна с мели.

 

1.3.2. Определение взвешивающего давление от действия стоячих волн

 

Действие волн на судно, сидящее на мели, можно представить в виде двух сил: вертикальной силы взвешивающего давления и горизонтальной силы бокового давления, стремящейся сдвинуть судно.

Ударное воздействие может достигать очень большого значения в зависимости от высоты и длины волны, направления бега волн по отношению к направлению борта судна и от глубины в районе посадки судна.

В зависимости от глубин в районе посадки судна на мель волны, воздействующие на аварийное судно, делятся на стоячие, разбивающиеся и прибойные.

Расчёт силы взвешивающего давления от действия стоячих волн, образующихся на глубинах, превышающих полторы высоты волны, на расстоянии от борта не более ½ половины длины волны и при условии, что средняя осадка судна более 1.25h_в, выполняется по формуле (7), кН:

 

R_волн = 100·К_в·K₅·q·h_{в ,} кН, (7)

 

где h_в - средняя высота волны, выбирается из лоций, м;

q - число тонн на 1 см осадки (т/см), который можно определить по выражению (8):

 

q=(α·L·B·ρ)/100, (8)

Рис. 1.3. Графики значений коэффициентов К5

 

где K_в - коэффициент, равный 3 м/с² при курсовом угле бега волны 10^º и 4 м/с² при курсовом угле 90^º (для промежуточных значений курсового угла определяется интерполяцией).

K₅ - коэффициент определяемый по графику на рисунке 1.3, где λ определяется по формуле (9).

 

(9)

 

 

Формула 7 применяется при курсовых углах δ_волн в пределах 10÷170°.

При курсовых углах, близких к ДП (δ_волн = 0÷10° и 170÷180°), расчет ведется по формуле

, кН, (10)

 

где К _с — коэффициент, определяемый по графику на рис. 1.4

Рис. 1.4. Зависимость коэффициента Кc от отношения l/L

 

Расчет силы взвешивающего давления от действия разби­вающихся волн , образующихся при условии, что глубина Н _д ≥ 1,5 h _в и осадка d _c < 1,25 h _в выполнятся при δ_волн = 10÷170° по формуле:

, кН, (11)

где К _λ — коэффициент, определяемый по графику на рис. 1.5.

 

Рис. 1.5. Графики значений коэффициентов Кl

 

Сила взвешивающего давления от действия прибойных волн при δ_волн = 10÷170° принимается:

, кН. (12)

 

При курсовых углах δ_волн = 0÷10° и 170÷180° сила взвешивающего давления от действия разбивающихся волн не учитывается ввиду ее незначительности.

 

1.3.3. Сила бокового волнового давления от действия стоячих волн

 

Сдвигающее горизонтальное воздействие волн на судно определяется для взвешивающего вертикального воздействия для случаев стоячих, либо разбивающихся или для прибойных волн.

Расчет силы бокового волнового давления от действия стоячих волн выполняется по формуле (13), кН:

 

F_волн^с = К_в·К_сн·ρ·h_в·(L·sinδ_волн)·соsυ_волн ·[(K₂·0,5·h_B + d_срм) + К₅·d_срм], кН, (13)

Рис.1.6.Графики значений коэффициентов К2

где К_в,К₅,h_в - см. формулу (7);

К_сн - коэффициент, равный 1 при δ_волн = 45-135°; 0.9 - при δ_волн = 30 и 150^○; 0,7- при δ_волн =0-15 и 165-180°;

δ_волн - курсовой угол бега волн;

υ_волн - угол между направлением движения волн и направлением действия стягивающего усилия, град.;

К₂ - коэффициент, определяемый по значениям длины волны λ и средней осадке судна на мели d_срм по графику на рис. 1.6;

L - длина судна, м.

 

 

1.4. Изменение сил и реакций под действием ветра и волнения

 

В расчетах при снятии аварийного судна с мели необходимо откорректировать значение опорной реакции грунта R_a на величину полученного взвешивающего давления R^с_волн, , рассчитанного по одной из формул 7 – 12.

Изменение реакции грунта под действием взвешивающего давление от действия стоячих волн, кН, определяется по формуле (14):

 

R_а^'=R_а-R^c_волн (или ; или ), кН, (14)

 

где Ra' - измененная опорная реакция грунта (кН) с учетом взвешивающего давления волны.

Требуемое стягивающее усилие Т_ст при наличии ветра и волнения также необходимо откорректировать на величину силы ветрового давления (формула 6) и силы бокового волнового давления (формула 13), прибавляя к Т_ст или отнимая от Т_ст в зависимости от их направления относительно направления стягивающего усилия.

Величина тягового усилия, необходимого для снятия судна с мели, по условию (15), будет составлять:

 

Т_ст≥F_тр+F_ветр+F_волн, (15)

 

1.5. Условие для снятия судна с мели

 

Чтобы снять судно с мели, нужно создать тяговое усилие Т_ст. превышающее сумму сопротивления снятию, состоящей из силы трения корпуса судна о грунт F_тр, силы ветрового давления F_ветр (когда она направлена в сторону, противоположную направлению тягового усилия T_ст) и силы сопротивления от ударов волн F_волн.

Таким образом, условие для снятия судна с мели при помощи буксира и собственного усилия от силовой установки, при работе на задний ход, имеет следующий вид (16):

 

Т_ст ≤Т_рыв + Т_{ст. соб}, (16)

 

где Т_{ст. соб} это усилие, создаваемое винтом аварийного судна при работе на задний ход, оно не учитывается, если по заданию поврежден ДРК, а так рассчитывается по формуле:

 

Т_ст.соб=К_з.х.·T_ш.р., кН, (17)

 

где К_з.х коэффициент заднего хода=0,8.

1.6. Расчет силы стягивающего усилия аварийного судна при работе собственной СЭУ

 

Усилие, необходимое для стягивания судна с мели при отсутствии ветра и волнения, зависит от опорной реакции грунта (потерянного водоизмещения) и коэффициента трения корпуса о грунт f:

, кН, (18)

 

где f — коэффициент трения, выбираемый из табл. 2.

В тех случаях, когда коэффициент трения корпуса о грунт неизвестен или не определен вид грунта, можно для приближенного определения необходимого стягивающего усилия воспользоваться эмпирической формулой:

 

, кН. (19)

 

1.7.Определение характеристик буксирного снабжения. Подбор тросов и расчёт необходимого диаметра для рывка.

 

Для того, чтобы выбрать материал и необходимый диаметр буксирного троса, обеспечивающий рассчитанное разрывное усилие и расчетный предел прочности проволок троса при растяжении, определяем разрывное усилие буксирной линии по формуле и далее с полученным значением входим в соответствующие таблицы. По правилам Российского Морского Регистра Судоходства выбор размеров буксирных канатов морских транспортных (сухогрузных, наливных, пассажирских) и рыболовных судов производится в зависимости от характеристики снабжения:

N_c=Δ^2/3+2Bh+0.1A_w, ( 20)

где Δ- водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, т;

В – ширина судна, м;

А_w-площадь парусности в пределах длины судна L, считается от летней грузовой линии, м². При определении величины A учитывается площадь парусности только для корпуса, надстроек и рубок шириной более 0,25B;

h – условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила верхней палубы самой высокой рубки, имеющей ширину более чем 0,25В, м.

h=a+∑h_i,

где a – расстояние от летней грузовой WL до верхней кромки настила верхней палубы у борта на миделе, м;

h_i-высота в ДП каждого яруса надстройки или рубки, имеющей ширину, большую 0,25B, м;

По рассчитанной характеристике снабжения входим в таблицу 8 «Нормы снабжения судов швартовами и буксирами» и определяем диметр своего буксирного троса.

Разрывное усилие троса выбирается из ГОСТ (для синтетических тросов таблица 9) или определяется по формуле (21). Коэффициент прочности k для синтетических тросов группы повышенной равен 1,5; для тросов группы нормальной — 1,4. Коэффициент прочности для стальных тросов приведён в таблице 3.

Q=kC²·g ∕ 1000, кН, (21)

где k – коэффициент прочности;

С – окружность троса, мм;

g – ускорение свободного падения – 9,81 м ∕с²

 

 

Таблица 3