Автоматизация швартовки судов при их шлюзовании

<ч

далеко не безопасна, что подтверждается высоким уровнем травматизма, особенно при швартовке крупнотоннажных судов и составов, оборудованных жесткими и тяжелыми швартовными канатами. Пришвартовать судно такими канатами втугую практически невозможно. Наличие провесов канатов приводит к значительным подвижкам судов вдоль камеры шлюза, что вызывает инерционные рывки. Кинетическая энергия рывков, не поглощенная швартовными связями, приводит к обрыву швартовных канатов, разрушению гаков плавучих рымов или судовых кнехтов. Шлюзование большегрузных судов и составов при проектном режиме наполнения (опорожнения) камеры шлюза зачастую вызывает значительное превышение допускаемой нормативной гидродинамической силы, которое может создать аварийную ситуацию. В этих случаях судоводители часто прибегают к подработке судна винтами, что вызывает уже свои трудности.

Таким образом, решение задачи о механизации и автоматизации швартовных операций при шлюзовании по сей день является важной и актуальной проблемой как для отечественных, так и для зарубежных судоходных шлюзов. Важность этой задачи подтверждается многочисленными техническими предложениями, разработками, изобретениями, патентами.

Какие же требования должны предъявляться к современному швартовному устройству?

Во-первых, полное устранение ручного труда при швартовке судна в камере шлюза.

Во-вторых, уровень надежности швартовки не должен уступать существующему.

В-третьих, предложенный способ швартовки не должен увеличивать общее время су-допропуска.

Исходя из этих требований, рассмотрим некоторые известные и наиболее интересные, на наш взгляд, конструкции автоматических швартовных устройств и выполним анализ возможной их эксплуатации.

Автоматическая швартовка сеткой с подхватом судов под днище (рис. 1) представляет собой систему диагональных и поперечных стальных канатов, закрепленных концами за подвижные каретки, вертикально

перемещаемые в нишах стен камеры шлюза. Каждая сетка связывает четыре каретки и работает самостоятельно. Для равномерного натяжения ветвей канатов лебедки оборудованы фрикционными муфтами. В этом варианте может быть рассмотрено прикрепление кареток к существующим плавучим рымам.

Недостатки: не исключена возможность повреждения винторулевого комплекса и бортовых килей судов; затруднена установка в шлюзовой камере нескольких судов с различной осадкой; зависание одной из четырех кареток может привести к аварийной ситуации.

Автосчалка с выдвижными колесами (рис. 2) представляет собой пантограф, прикрепленный к каретке. Каретки, установленные в нишах стен камеры шлюза, перемещаются при помощи лебедок, размещенных на стенах камеры. На каждом пантографе установлено приводное колесо.

Приводные колеса позволяют также осуществить ввод в камеру судна и вывод из нее с оптимальными скоростными режимами.

Недостатки: сложность устройства — приводные колеса; громоздкость — большие вылеты рычагов пантографа; трудоемкость установки судов, особенно пыжом (судов различных размеров, груженого и порожнего и т. п.).

Автосцеп — клешневой захват с замковым механизмом (рис. 3), установленный на судне. Клешневой захват, выведенный пневмоприводом в рабочее положение, скользит по стенке камеры шлюза до сцепления с вертикальной балкой, закрепленной в нише стены камеры шлюза, и притягивает судно к стенке камеры. Клешни замковых захватов сцепляются с вертикальными балками.

Недостатки: необходимость оборудования автосцепом с различной энергоемкостью всех шлюзуемых судов; необходимость размещения на шлюзе сцепного устройства требует наращивания стенки шлюза на высоту более 5 м от уровня воды; концентрация швартовной нагрузки в одной точке требует упрочнения взаимодействующих элементов; сложность сцепления клешней захватов с балками.

Швартовный манипулятор представляет собой размещенный на судне шарнирно-рычажный механизм (рис. 4). Рычаг оборудован захватом с дистанционным управлением.

А-А

о

Рис. 1. Автосчалка с сеткой с подхватом судов под днище: лебедки; 2 — сетка из стальных канатов; 3 — каретки; 4 — канаты подвески кареток

"Е Н

:<х а>

£ мэЛшяд

Рис. 2. Автосчалка с выдвижными колесами: 1 — каретка; 2 — пантограф; 3 — приводное колесо; 4 — канат подвески каретки

о X 3

<ч

Размеры захвата установлены исходя из ширины ниши плавучего рыма и осадки швартуемых судов. Диаметр захвата принят равным 1,3 м.

Размеры рычага обусловлены необходимостью получения максимального хода и обеспечения полного прижатия захвата к борту судна. Ход вакуумного захвата составил 0,8 м.

Пневмопривод рычага принят в соответствии со следующим:

— при навале судна на захват пневмо-цилиндр работает как амортизатор, не создавая перегрузок конструкции швартовного устройства;

— пневмопривод обеспечивает автономность эксплуатации устройства независимо от электроснабжения шлюза.

Производительность вакуумного насоса выбрана исходя из возможных протечек через уплотнение манжеты захвата, неровности поверхности борта судна (вмятины, гофры, сварные швы и т. п.). Многочисленные натурные испытания показали, что оптимальным для швартовных вакуумных захватов можно считать центробежный насос с производительностью 3-5 м3/ч.

Выполнение швартовки вакуумным захватом не предъявляет каких-либо дополнительных требований по сравнению с ручной швартовкой, а именно: подход судна к швартовному устройству, торможение, остановка.

Швартуемое судно при автошвартовке должно находиться на расстоянии не более 0,8 м от стенки камеры шлюза. При швартовке вручную судно должно проходить вдоль стенки с ее касанием, так как уже на расстоянии более одного метра ручная швартовка невыполнима. Менее жесткие требования при автошвартовке предъявляются и к точности остановки судна, допуская неполную остановку. Это обстоятельство недопустимо при ручной швартовке, так как движение судна при этом — вероятная ситуация травматизма. Натурные исследования показали возможность торможения вакуумными захватами судов грузоподъемностью до 50 тыс кН при скорости их движения не более 0,5 м/с.

Процесс швартовки вакуумными захватами происходит оперативно и составляет 3-10 с (полный вывод захвата рычагом из ры-мовой ниши — 1-2 с; создание номинального вакуума в рабочей части захвата — 2-7 с).

Швартовное устройство с гидровакуумным захватом в полной мере отвечает всем изложенным выше требованиям. Действительно, полностью устраняется применение ручного труда, что позволяет автоматизировать весь процесс шлюзования. Надежность работы обеспечивается отсутствием жесткой связи между швартовным устройством и судном. При возникновении сверхрасчетных нагрузок происходят проскальзывание захвата вдоль корпуса судна и перераспределение гидродинамической силы между всеми задействованными в швартовке захватами. При этом исключаются инерционные рывки в швартовных связях, приводящие к существенному превышению расчетной гидродинамической силы. Надежное удержание судна вакуумными захватами и предусмотренный конструкцией свободный ход захватов вдоль камеры шлюза (±0,3 м) позволяет увеличить допускаемую гидродинамическую силу, а следовательно, сократить время наполнения (опорожнения) камеры шлюза. Это в итоге приведет к существенному сокращению времени судопропуска (см. табл. 2).

Натурные испытания показали, что автоматическое швартовное устройство с гидровакуумными захватами полностью отвечает требованиям, предъявляемым к швартовке судов при шлюзовании.

Основные технические характеристики испытанного автошвартовного устройства:

— нормальное удерживающее усилие — 115 кН;

— продольное удерживающее усилие — 42 кН;

— диаметр гидровакуумного захвата — 1300 мм;

— рабочий ход захвата — 0,8 м;

— остаточное давление в рабочей полости захвата — 0,015 МПа;

— давление в магистрали пневмопривода — 0,3 МПа;

— масса навесного автошвартовного устройства — 200 кг.

Таблица 2

Ожидаемое время наполнения камеры шлюза при применении автошвартовки с гидровакуумными захватами

Тип судна Водоизмещение, кН Длина судна (состава), м Кол-во рымов при счалке с одного борта с двух бортов Суммарная удерживающая сила, кН, при счалке с одного борта с двух бортов Удерживающая сила, кН, при выходе из строя при счалке с одного борта одного рыма с двух бортов двух рымов Р , кН автошв' Допускаемая гидродинамическая сила Р , кН доп' Р /Р автошв доп Отношение времени наполнения камеры при Р к времени А доп А наполнения камеры при Р 1 1 автошв (приближенно) Ширина шлюза, м, при счалке с двух бортов

Толкаемый большегрузный состав 200 ООО 240 8 16 280 560 245 490 43,5 16 11,25 2Л 3,4 30

«Волго-Дон» с приставкой 127 ООО 238 8 16 280 560 245 490 56,0 М 8,75 2Л 3,0 18

«Волго-Дон» 68 ООО 135 4 8 140 280 105 210 57,3 1.83 3,66 и. 1,9 18

«Балтийский» 39 000 110,2 3 6 105 210 70 140 47,6 1.47 2,94 12 1,7 14,5

«Балтийский» 32 000 92 3 6 105 210 70 140 44,5 1,58 3,14 13 1,8 14,5

«6-я пятилетка» 27 500 90 3 6 105 210 70 140 42,3 1.65 3,3 13 1,8 14,5

пр. 765а 8 400 62 2 70 35 28,6 1,22 1,1 14,5

пр. 869 4 340 57 2 70 35 22,8 1,53 1,2 14,5

пр. 890 2 570 42 2 70 35 19,2 1,82 1,35 14,5

К I о 3? ж Ш _ Н

к н

5<х а>

II университета

'ЖУРНАЛ водн ы х / / коммуникации

С целью дальнейшего совершенствования конструкции автошвартовного устройства и внедрения его на судоходных шлюзах необходимо выполнить дополнительные проектно-конструкторские проработки (в частности, захват выполнить из двух вакуумных полостей, при этом верхняя часть будет использоваться

для мелкосидящих судов, обе части—для крупнотоннажного флота; увеличить длину рычага, увеличивая тем самым рабочий ход вакуумного захвата) и провести всесторонние натурные испытания при счалке судов двумя бортами, причем не менее чем четырьмя автошвартовными устройствами с каждого борта судна.

Список литературы

1. Баланин В. В., Варламов Н. Н., Семанов Н. А. Судоходные каналы, шлюзы и судоподъемники. — М.: Транспорт, 1970. — 350 с.

2. А. С. 1402639 опубликовано в Б. И. № 22, 1988 г. Шведов В. Л., Баланин В. В., Бутин В. П., Николаев Н. П.

УДК 62+66 А. В. Глушенко,

СПГУВК;

К. П. Моргунов,

канд. техн. наук, доцент, СПГУВК

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СПЕКТРА ВИБРАЦИЙ ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРЯМОГО ФОТОДЕТЕКТИРОВАНИЯ РАССЕЯННОГО КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

METHODICAL APPROACH TO DEFINITION OF VIBRATION SPECTRUM OF ENGINEERING DESIGNS BY MEANS OF DIRECT PHOTODETECTING THE COHERENT RADIATION SCATTERED ON SURFACE

В работе получен алгоритм определения спектра механических вибраций инженерных конструкций при помощи регистрации динамической спекл-картины, позволяющий реализовать дистанционный метод вибромониторинга. В частном случае спектр флуктуаций рассеянного излучения представляет собой набор дискретных гармоник, отвечающий частотам механических колебаний.

Algorithm of definition of a spectrum of mechanical vibrations of engineering designs by means of registration of the dynamic speckle pattern where obtained. It allows to realize a remote method of vibration diagnostics. In some specific case the spectrum offluctuations of the scattered radiation represents the set of discrete harmonics adequating to frequencies of mechanical vibration.

Ключевые слова: спектр механических вибраций, когерентное излучение, динамическая спекл-карти-на, прямое фотодетектирование, корреляционная функция, спектр флуктуаций излучения.

Key words: a spectrum of mechanical vibrations, coherent radiation, a dynamic speckle pattern, direct photodetecting, correlation function, a spectrum of fluctuations of radiation.