СУДОВОЙ КРАНЕЦ
SHIP FENDER

Изобретение относится к области судостроения, в частности к швартовным кранцам судов, и может быть использовано для защиты от повреждений корпусов судов при швартовных операциях судов на водных акваториях и в портах.
Известен пневматический судовой кранец, содержащий автомобильные покрышки, насаженные на металлические кольца и установленные с интервалом в ряд на герметичной пустотелой металлической трубе, элементы крепления в виде конусообразных торцевых фланцев с крепежными торцевыми рымами (см. патент Англии № 892541, класс 113, С39).
Недостатком известного судового кранца является высокое контактное давление при больших деформациях, свойство полной отдачи воспринимаемой кинетической энергии соударяющихся судов, наличие в конструкции кранца металлоемких элементов, возможность возникновения опасного режима работы кранца.
За счет малой силы противодействия кранца сближению судов на начальном этапе деформации кранца не обеспечивается достаточного торможения соударяющихся судов, и кранец практически всегда работает в режиме больших деформаций. В этом случае в работу включаются металлические кольца, на которые насажены автомобильные покрышки, и металлическая труба, удерживающая кольца. Происходит вдавливание металлических колец и трубы в обшивки корпусов соударяющихся судов. Это приводит к образованию вмятин и бухтин на корпусах судов, что вызывает необходимость дополнительных подкреплений бортов при использовании таких известных конструкций кранцев.
При сжатии известный судовой кранец, поглощая кинетическую энергию соударяющихся судов, накапливает ее, преобразуя в потенциальную энергию воздуха и резинокордного материала автопокрышек. После окончания процесса сжатия кранца вся накопленная им энергия мгновенно передается корпусам соударяющихся судов. Это приводит к повышению относительных перемещений ошвартованных судов, ухудшает условия швартовки и стоянки судов.
В состав конструкции известного судового кранца входят металлоемкие узлы. Это металлические кольца для насаженных на них автопокрышек, герметичная пустотелая труба, конусообразные торцевые фланцы, крепежные торцевые рымы. За счет этого повышается вес кранца, стоимость его изготовления и ремонта.
В процессе эксплуатации не исключено возникновение опасного режима работы этого кранца, когда случайным образом освободившийся от креплений судовой кранец останется на плаву и повернется своей продольной осью симметрии перпендикулярно бортам сближающихся судов. В этом случае при контакте с кранцем усилия на борта судов будут передаваться металлической трубой кранца через крепежные торцевые рымы. Это приведет к неизбежным пробоинам в корпусах взаимодействующих судов.
Известен также судовой пневматический кранец, по своей технической сущности наиболее близкий к заявляемому изобретению (см. патент Англии № 860064, класс 113, С39). Судовой кранец содержит автомобильные покрышки, закрепленные посредством крепежных элементов в ряд из нескольких покрышек вплотную друг к другу на цилиндрическом металлическом стержне, оклетневанном растительным канатом. Крепление кранца к борту, а также и для транспортировки осуществляется элементом крепления в виде стропа из стального троса, закрепленного по торцам стержня.
Этот известный судовой кранец имеет некоторое преимущество по сравнению с указанным выше известным судовым кранцем: за счет использования для закрепления автомобильных покрышек цилиндрического металлического стержня, оклетневанного растительным тросом, уменьшается металлоемкость конструкции, что снижает стоимость изготовления и ремонта кранца. Однако кранец сохраняет те же недостатки: высокие контактные давления при больших деформациях, свойство полной отдачи воспринимаемой кинетической энергии соударяющихся судов, наличие в конструкции кранца, в том числе в крепежных элементах, металлоемких элементов, возможность возникновения опасного режима работы кранца, ведущего к пробоинам в корпусах соударяющихся судов.
Техническая задача заявляемого изобретения - устранение указанных недостатков, т.е. улучшение эксплуатационных характеристик кранца.
Указанная задача достигается тем, что в отличие от известного судового кранца, содержащего несколько автомобильных покрышек, установленных в ряд боковыми поверхностями вплотную друг к другу, и элементы крепления, заявляемый дополнительно содержит камеры в форме тора из эластичного материала, встроенные внутрь каждой из покрышек. Каждая из боковых поверхностей на всех покрышках имеет свое центральное отверстие, выполненное с диаметром, составляющим величину не менее 0,9 внутреннего диаметра протектора покрышки. На каждой боковой поверхности покрышек, имеющей кольцевую форму, выполнено одинаковое число равномерно распределенных по ее периметру радиальных сквозных разрезов на всю ширину кольцевой поверхности, между которыми расположены сквозные отверстия. Симметрично в четырех точках внешней боковой поверхности каждой из крайних покрышек со стороны ее центрального отверстия выполнены радиальные вырезы. Покрышки скреплены между собой посредством соединительных шнуров, пропущенных сквозь упомянутые сквозные отверстия их боковых поверхностей. На каждой эластичной камере равномерно по центральному периметру закреплены эластичные крепежные лапки с отверстиями. Эластичные крепежные лапки смежных камер скреплены между собой также посредством соединительных шнуров, пропущенных через их отверстия. В одной из крайних камер установлен ниппель, а полости всех камер соединены между собой штуцерами. К внешней боковой поверхности каждой крайней покрышки посредством соединительных шнуров, пропущенных также через сквозные отверстия в ней, прикреплены по всему ее периметру одинаковые пластины в два слоя из эластичного материала. Пластины выполнены в форме равнобедренных трапеций и обращены своими верхними основаниями к торцевой стороне кранца. Примыкающие друг к другу боковые стороны пластин образуют поверхность в форме усеченного конуса. Стыки боковых сторон верхнего слоя пластин смещены относительно стыков нижнего слоя на шаг, равный половине ширины пластины. Верхние основания всех пластин на каждой оконечности закреплены между двумя фланцами, которые скреплены друг с другом и снабжены обухами. К каждому обуху на внутреннем фланце кранца прикреплена петля стропа с тросами одинаковой длины. На концах тросов закреплены размещенные одной стороной в радиальных вырезах крайних покрышек крепежные элементы. Эти крепежные элементы другой стороной вмонтированы изнутри впотай посредством разъемного соединения в симметрично расположенные по периметру корда покрышки радиальные отверстия.
Предложенная совокупность ограничительных и отличительных признаков позволяет существенно снизить жесткость кранца из автопокрышек, исключить высокие контактные давления кранца на борта соударяющихся судов при больших деформациях кранца, необратимо погасить часть кинетической энергии соударяющихся судов, снизить вес кранца, стоимость изготовления и ремонта, исключить возможность возникновения опасного режима работы кранца, влекущего к повреждению обшивок в корпусах соударяющихся судов.
Снижение жесткости кранца из автопокрышек достигается тем, что каждая из боковых поверхностей имеет центральное отверстие, выполненное с диаметром не менее 0,9 внутреннего диаметра протектора покрышки, а на каждой боковой поверхности покрышек, имеющей кольцевую форму, выполнены равномерно распределенные по ее периметру радиальные сквозные разрезы на всю ширину кольцевой поверхности. При сжатии покрышек с разрезами на боковых поверхностях разрезы расширяются, и в результате боковые кромки покрышек практически не оказывают сопротивления сжатию кранца. Жесткость кранца создается лишь за счет изгибной жесткости протекторов покрышек и упругости камер, встроенных в каждую покрышку.
Снижение контактного давления на борта соударяющихся судов при больших деформациях кранца (до 50% диаметра) достигается тем, что при максимальном сжатии встроенные внутрь каждой покрышки камеры складываются вдвое и кранец из цилиндрического превращается в плоский пневматический кранец с большой площадью контакта. Кранец с такой формой сечения обладает высокой энергоемкостью. Поэтому на коротком участке деформирования быстро гасится кинетическая энергия соударяющихся судов без существенного повышения контактного давления на борта судов. В результате исключается вдавливание кранца в борта судов, образование вмятин на обшивках их корпусов.
В процессе работы предложенный кранец необратимо поглощает часть кинетической энергии соударяющихся судов, накапливает и возвращает соударяющимся судам только часть воспринимаемой кинетической энергии. Достигается это тем, что в процессе сжатия кранца воздух, находящийся во внутренней полости покрышек, выдавливается через отверстия шнуровых соединений на боковых поверхностях покрышек. В результате одна часть кинетической энергии соударяющихся судов безвозвратно расходуется на истечение газа из кранца. Вторая часть кинетической энергии соударяющихся судов, сравнительно небольшая, переходит в потенциальную энергию сжатого в камерах воздуха, а затем после погашения скорости судов возвращается им. Таким образом, за счет частичного возврата соударяющимся судам воспринимаемой кранцем кинетической энергии для судов в условиях ветра и волнения создаются благоприятные условия швартовки, совместной стоянки или грузовых операций.
Предложенная конструкция имеет пониженную по сравнению с прототипом стоимость изготовления и ремонта, а также меньший вес. Достигается это тем, что в конструкции нет металлоемких узлов. Из металла изготовлены только торцевые фланцы кранца с обухами, имеющие относительно малые габаритные размеры, стропы с крепежными элементами для крепления фланцев к покрышкам.
В предложенной совокупности признаков исключена возможность возникновения опасного режима работы кранца, когда случайно освободившийся кранец своими торцами упирается в борта сближающихся судов и пробивает их обшивки. Достигается это тем, что в кранце отсутствует продольный жесткий стержень, обеспечивающий размещение покрышек в ряд без интервала. Установка покрышек плотно в ряд осуществляется шнуровыми соединениями, которые включают отверстия в кольцевых боковых поверхностях покрышек и пропущенные через них соединительные шнуры.
Кроме того, оконечности кранца выполнены из одинаковых эластичных пластин в два слоя, в форме равнобедренных трапеций, скрепленными верхними основаниями с торцевыми фланцами кранца. В результате при случайном продольном сдавливании кранца его оконечности сомнутся, и усилие на борта судов будет передаваться через боковые поверхности крайних покрышек, площадь которых достаточно велика. Поэтому в области контакта не будут возникать повышенные давления, приводящие к повреждениям обшивки корпусов судов.
Таким образом, достигается поставленная техническая задача, а именно:
1) снижается жесткость кранца уже на начальном этапе сжатия кранца;
2) уменьшается величина контактного давления на борта соударяющихся судов при больших деформациях кранца;
3) уменьшается величина потенциальной энергии, возвращаемой судам после соударения, что способствует более спокойной стоянке ошвартованных судов при проведении грузовых операций в условиях ветра и волнения;
4) снижаются вес кранца, стоимость его изготовления и ремонта;
5) исключается возможность повреждения обшивок соударяющихся судов при случайном продольном сжатии кранца бортами соударяющихся судов.
На Фиг.1 изображено продольное сечение предлагаемого судового кранца. На Фиг.2 - радиальное сечение покрышки судового кранца. На Фиг. 3 - вид на боковую поверхность покрышки. На Фиг.4 - фронтальная проекция встроенной эластичной промежуточной камеры. На Фиг.5 - вид сбоку встроенной эластичной промежуточной камеры. На Фиг.6 - боковая проекция крайней встроенной эластичной камеры. На Фиг.7 - вид сбоку крайней встроенной эластичной камеры. На Фиг.8 - схема соединения камер между собой. На Фиг.9 - воздушный штуцер, соединяющий полости смежных камер. На Фиг.10 - выкройка торцевой поверхности кранца. На Фиг.11 - схема соединения тросов стропа с внутренним фланцем. На Фиг.12 - разрез в крайней автопокрышке по точке вмонтирования крепежного элемента. На Фиг.13 - соединение троса стропа с крайней покрышкой через крепежный элемент. На Фиг.14 - фронтальная проекция наружного или внутреннего фланца. На Фиг.15 - вид центрального сечения наружного или внутреннего фланца. На Фиг.16 - горизонтальная проекция наружного или внутреннего фланца.
Предлагаемый судовой кранец состоит из автомобильных покрышек 1. Каждая автопокрышка 1 имеет на боковых поверхностях центральное отверстие 2 диаметром не менее 0,9 внутреннего диаметра протектора (не показан) покрышки. На боковых поверхностях автопокрышки, имеющих кольцевую форму (фиг.3), равномерно по периметру кромки выполнены радиальные сквозные разрезы 3 на всю ширину кольцевой боковой поверхности (от наружной стороны кольцевой боковой поверхности до внутренней поверхности оболочки автопокрышки). В центре между разрезами 3 выполнены сквозные отверстия 4. Количество разрезов и отверстий на всех кольцевых боковых поверхностях автопокрышек одинаковое. У двух крайних автопокрышек на кольцевых боковых поверхностях, обращенных к торцам кранца, симметрично в четырех точках со стороны центрального отверстия автопокрышек выполнены радиальные вырезы 5, в которых размещены крепежные элементы 6 (фиг.1, 3, 13)
Автопокрышки 1 установлены в ряд и прикреплены боковыми поверхностями вплотную друг другу при помощи соединительных шнуров (не показаны), пропущенных сквозь отверстия 4. Внутрь каждой автопокрышки 1 установлены эластичные, в частности, автомобильные камеры 7, заполненные воздухом. На каждой камере 7 равномерно по центральному периметру закреплены мягкие крепежные лапки 8 с отверстиями 9 (фиг.4, 5). Камеры, расположенные внутри ряда, снабжены крепежными лапками 8 с двух сторон (фиг.5). Крайние в ряде камеры снабжены крепежными лапками 8 с одной стороны (фиг.6, 7). При помощи соединительных шнуров (не показаны), пропущенных сквозь отверстия 9, камеры 7 соединены между собой в ряд (фиг.8).
Внутренние полости камер 7 соединены между собой при помощи штуцеров 10 (фиг.4, 9). На одной из крайних камер 7 установлен ниппель 11, через который осуществляется заполнение камер 7 воздухом (фиг.1, 6, 7).
По всему периметру кольцевой боковой поверхности каждой крайней покрышки 1 посредством соединительных шнуров, пропущенных также через отверстия 4, прикреплены в два слоя одинаковые пластины 12 (фиг.1, 10), выполненные из эластичного материала в форме равнобедренных трапеций, обращенных верхними основаниями к торцевым сторонам кранца, и примыкающие друг к другу боковыми сторонами. Стыки 13 (фиг.1, 10) боковых сторон наружного слоя пластин 12 смещены относительно стыков 13 боковых сторон внутреннего слоя пластин 12 на половину ее ширины. Верхние основания всех пластин 12 закреплены между фланцами 14 и 15 (фиг.1), скрепленными между собой болтами 16 с гайками 17 с образованием конусной поверхности (фиг.1, 11).
Внешний и внутренний фланцы 14, 15 (фиг.1) каждой оконечности кранца имеют одинаковые размеры и снабжены обухами 18, 19. К каждому обуху 19 внутреннего фланца 15 при помощи скобы 20 прикреплена петля стропа 21 (фиг.11).
Строп 21 имеет четыре троса 22 одинаковой длины для транспортировки кранца и крепления его на борту судна. Каждый трос 22 противоположным концом прикреплен к кольцу 23 на свободном конце каждого из 4-х крепежных элементов 6 с наконечником 24, на котором выполнена резьба (не показана). Четыре наконечника 24 крепежных элементов 6 вмонтированы изнутри впотай посредством разъемного соединения в отверстия 25 (фиг.12, 13), выполненные также симметрично в крайних автопокрышках 1. Для этого над отверстиями 25 в корде выполнены цилиндрические выемки 26, в которые впотай утоплены шайбы и гайки 27 наконечников 24. При этом противоположные концы каждого из крепежных элементов 6 размещены в радиальных вырезах 5, расположенных по осям симметрии на боковых поверхностях каждой из крайних автопокрышек. Причем все тросы 22 крайних автопокрышек, протянутые от крепежных элементов 6 в направлении фланцев 14, 15, расположены внутри конусной поверхности (оконечности) кранца, образованной пластинами 12 (фиг.1, 13).
Судовой кранец используют следующим образом. Перед эксплуатацией камеры 7 кранца через ниппель 11 заполняют воздухом, к обухам 18 крепят тросы (не показано) и кранец подвешивают на борту судна (не показано) или устанавливают на плаву.
Оболочка судового кранца, собранная при помощи шнуровых соединений из автопокрышек 1 и конусообразных оконечностей из трапецеидальных пластин 12 является негерметичной. Поэтому при сдавливании кранца бортами судов их кинетическая энергия частично необратимо расходуется на выдавливание воздуха из полости кранца через шнуровые соединения кранца. Остальная часть энергии соударения судов расходуется на деформацию камер 7, а после выдавливания воздуха из полости кранца на деформацию сплющенных камер 7 с воздухом в них. После полного сдавливания камер 7 накопленная в них потенциальная энергия воздуха, причем сравнительно небольшая, возвращается соударяющимся судам. Так как часть энергии соударяющихся судов была необратимо затрачена на выдавливание воздуха из полости кранца, то после максимального сдавливания кранца взаимодействующим судам возвращается только часть воспринятой кранцем энергии. Этим обеспечивается передача меньших усилий на борта взаимодействующих судов, а следовательно, возникновение меньших ускорений их движения по сравнению с ускорениями, возникающими при отдаче энергии традиционными судовыми кранцами.
После завершения сжатия судового кранца начинается процесс отдачи накопленной им энергии. Процесс происходит в два этапа. На первом этапе происходит отдача энергии сжатого в камерах воздуха. На втором - происходит отдача упругой энергии изгиба торовых камер. На этом этапе камеры расправляются, стремясь принять исходную круговую форму. В полости кранца на некоторый момент возникает отрицательное избыточное давление (вакуум), которое препятствует быстрому восстановлению кранцем исходной формы и тем самым тормозит процесс «расталкивания» судов, способствуя уменьшению относительной подвижности судов. Под действием возникшего вакуума внутренние пластины 12 оконечностей кранца отходят от стыков кромок 13 наружных пластин 12 оконечностей. В результате через раскрытые наружные стыки 13 и другие отверстия в шнуровых соединениях в полость кранца поступает атмосферный воздух. Этим обеспечивается своевременное восстановление исходной формы судового кранца и его готовность к очередному соударению судов.