Проект судна универсального самоходного парома – крана в условиях мелководья.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 11 с. ЧАГДА»

МР «АЛДАНСКИЙ РАЙОН»

678915, РС/Я/, Алданский район, с.Чагда, ул.Подгорная,7, ( 841145) 58-2-45

e-mail: [email protected]: сайт: https://chagda11.obr.sakha.gov.ru/

Творческий проект.

Проект судна универсального самоходного парома – крана в условиях мелководья.

(направление перспективные транспортные средства)

Выполнил ученик 8 класса МКОУ СОШ№11

с. Чагда

Иванов Павел Андреевич

Адрес ул. Матросова 14

.

Руководитель: преподаватель технологии

МКОУ СОШ №11 с. Чагда Солодухин В.В.

с. Чагда 2021 г.

Оглавление.

1. Пояснительная записка…………………………………………………..3

2. Введение…………………………………………………………………… 3

3. Проблема………………………………………………………………….. 3

4. Актуальность……………………………………………………………. 4

5. Гипотеза………………………………………………………………….. 5

6. Современные суда с применением гребного колеса……………… 5

7. Применение шнекового движителя………………………………….. 6

8. Применение шнекового движителя………………………………… 8

9. Выносные опоры автокранов………………………………………… 9

10. Разработка и описание принципиальной схемы с указанными движителями и выдвижными опорами для крана…………………. 11

11. Примерные технические характеристики судна…………………. 12

13. Список литературы……………………………………………………….15

1. Пояснительная записка.

В этом творческом проекте мы предлагаем результат работы по созданию прототипа универсального водного транспортного средства для мелководья с возможностью доставки грузов к заболоченным и необорудованным берегам.

Эту разработку мы назвали «курс 1». Данная разработка включает в себя схему, макет судна и специфику его применения.

Преимущества: разработаны оригинальные в применении технические решения на основе используемых и применяемых в России технологий.

В ходе работы над проектом составлены и обоснованы определенные требования к судам подобного типа.

Проведена исследовательская работа по изучению применения гребного колеса в современном судостроении, применению шнекового движителя и принципам работы выносных опор для стабилизации крана. Выполнены принципиальные схемы чертежи.

2. Введение.

9 апреля 2015 года в Санкт-Петербурге состоялась II Международная конференция "Российское судостроение", организованная ЦНИИ морского флота и Крыловским государственным научным центром при поддержке Ассоциации судостроителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области, Российской палаты судоходства и Морского совета при Правительстве Санкт-Петербурга.

Директор по перспективному развитию Морского Инженерного Бюро Николай Автутов отметил, что главной бедой воднотранспортной отрасли России сегодня является проблема маловодности, которая в свою очередь приводит к недостаточным глубинам.
Протяженность малых рек с гарантированной глубиной 1,3 метра на территории России более 60000 километров. Много малых населенных пунктов с необорудованными причалами.
4. Проблема: Доставка грузов в условиях мелководья.

Росморречфлотом предприняты значительные усилия по устранению "узких" мест, например, запланировано в 2016-2021 годах строительство Нижегородского низконапорного узла, который должен решить проблему Городца, к 2017 году должна быть сдана строящаяся вторая нитка Нижне-Свирского шлюза, подготовлен пакет документов с обоснованием низконапорного гидроузла на реке Дон в Багаевском районе.
С плохими прогнозами по водности на ближайшее десятилетие не поспоришь.
Поэтому требуются новые технические решения в проектировании речных и река-море судов, которые были эффективны в таких условиях, включая:
- "сверхполные" суда с рекордным в мировой практике строительства самоходных судов коэффициентом полноты, превышающим 0,90;
- составные суда (самоходные составы + баржи приставки) и баржебуксирные составы, которые выбирают максимально возможные габариты, допустимые по путевым условиям;
- комбинированные суда, имеющие загрузку в оба конца;
- суда с пониженным надводным габаритом, позволяющим экономить время рейса за счет прохода под мостами без их разводки.

5. Актуальность: В условиях меняющегося климата и разных навигационных условий на территории нашей страны, необходимы суда с малой осадкой.

При обмелении рек меняется русло и ландшафт берега. Становится сложной возможность разгрузки судна. Транспортировать стандартную баржу кран для разгрузки малого тоннажа неэффективно. Эффективными в условиях мелководья показали себя суда с движителем типа колёсного ДРК. Так же в условиях малых глубин , целесообразно применять дополнительные выдвижные опоры (как на автокранах), это позволит дополнительно стабилизировать судно в процессе погрузки и выгрузки без увеличения ширины корпуса судна. А если эти опоры совместить с шнековыми движителями , это позволит повысить проходимость судна в критических зонах мелководья и заболоченности. При штатном движении судна шнековые движители не применяются.

Новизна: речное судно малой осадки для доставки , самостоятельной погрузки и выгрузки на неподготовленный берег в условиях мелководья и заболоченности.

Объект исследования: судоходство в условиях мелководья.

Предмет исследования : применение различных типов движителей на судах с малой осадкой.

6. Гипотеза: Если применить на малотоннажном судне комбинированный тип движителей и выдвижные опоры для стабилизации во время работы крана, то эта схема позволит создать универсальное водное транспортное средство для мелководья с возможностью доставки грузов к заболоченным и необорудованным берегам.

Цель работы: создание схемы прототипа судна для мелководья.

1. Изучить современные суда с применением гребного колеса.

2. Изучить применение шнекового движителя.

3. Изучить устройство выносных опор, предназначены для увеличения опорного контура крана

4. Разработать и описать принципиальную схему с указанными движителями и выдвижными опорами для крана.

Данная работа состоит из двух частей: теоретической и практической. Результаты исследования можно применять при разработке и создании транспортных судов для мелководья.

7. Современные суда с применением гребного колеса.

Расцвет колёсных судовых движителей пришёлся на XIX век. На смену им пришли пароходы с гребными винтами. Однако иногда о "колёсниках" вспоминали снова.

В Советском Союзе было разработано несколько проектов колёсных буксиров, в том числе буксиров-толкачей (БТК). В современных пассажирских перевозках возвращение колеса началось с постройки трёх судов проекта ПКС-40. В свой первый рейс головное судно проекта с кормовыми гребными колёсами отправилось в мае 2012 года. Разработчиком колёсного движительно-рулевого комплекса стал нижегородский конструктор Евгений Фальмонов. Заказчиком серии выступила нижегородская круизная группа "Гамма".

Гидродинамические преимущества гребных колес общеизвестны. Они объясняются тем, что чем больше гидравлическое сечение и чем меньше приращение скорости воды, проходящей через движитель, тем меньше потери и тем выше его эффективность. По данным натурных испытаний, приведенных в книге М. Я. Алферьева "Судовые движители", изд. "Водный транспорт" 1938 год, стр. 497, удельный упор при снижении скорости буксировки (при возрастании сопротивления движению) увеличивается примерно в два раза.

Корабельный архитектор и конструктор Фальмонов Е. В. предложил техническое решение движительно–рулевого комплекса судна - «колесный ДРК» (сокращенно КДРК) - с использованием пары радиальных гребных колес. Колёсный ДРК содержит устройство для регулирования заглубления гребных колёс, выполненное в виде рамы, шарнирно закрепленной на транце судна, с приводом её подъёма - опускания.         Отсутствие уязвимых элементов – поворотных плиц, перьев рулей – обеспечивают колёсному ДРК повышенную надежность на предельном мелководье, вплоть до использования его в качестве грунтозацепов путем опускания на дно, например, при посадке на мель. Конструкция колесного ДРК может быть выполнена настолько прочной, что сможет использоваться в качестве ледоразрушающего устройства.

Согласно данным приведенным Волжским Государственным Университетом Водного Транспорта уже разрабатываются суда с возможностью подхода к необорудованному берегу при глубине до 0.6 метра.

Из вышеописанного делаем вывод, что для предлагаемой нами схемы универсального судна для мелководья , применение колесного ДРК необходимо и обоснованно.

8.Применение шнекового движителя.

Шнеки обладают очень высокой проходимостью, не сравнимой с гусеницами, а уж тем более с колесами. Правда, скорость движения шнекохода совсем небольшая – обычно не выше 20 км/ч, но зато эта машина пройдет там, где будут бессильны все остальные виды наземного передвижения. Поэтому удел шнекоходов – только грязь и заболоченные участки, то есть места с низкой плотностью почвы.

Известен также «V-ОБРАЗНО СПАРЕННЫЙ ШНЕКОВЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ДЛЯ ПЛАВСРЕДСТВ». Патентообладатели:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU).

Данное устройство содержит два симметричных относительно диаметральной плоскости судна частично погруженных шнека с непараллельными осями вращения, каждый из которых включает, по меньшей мере, одну спиральную лопасть, навитую на ступице, связанной с приводом через редуктор. Шнеки и привод установлены за местом пересечения кормового среза и днища судна в районе ватерлинии на транцевых плитах. Ось вращения каждого шнека составляет с диаметральной плоскостью судна фиксированный (закрепленный в конструкции судна) угол, равный шаговому углу навивки на половине ее высоты и уменьшенный на 5…10°. Движение данного судна осуществляется только за счет погруженной части лопастей. Подобная конструкция позволяет свободно проходить через гидравлическое сечение работающего движителя битому льду, водорослям и другому мусору.

Недостатками данного изобретения являются незначительная скорость хода, невысокая маневренность судна из-за фиксированного крепления обоих концов шнеков на судне относительно диаметральной плоскости судна и невозможности взаимного перемещения их относительно друг к другу.

Кроме того, в зависимости от степени загрузки судна необходимо регулировать положение шнеков по отношению к ватерлинии плавсредства.

Также техническое решение по патенту №2117602 не является универсальным для его использования на подводных лодках и на судах с высокой маневренностью при работе в акваториях портов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание универсального шнекового движителя, который может быть использован на плавсредствах разного назначения, в том числе на подводных судах и аппаратах.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- повышен КПД движителя и, соответственно, скорость хода плавсредства за счет создания возможности перемещать шнеки относительно друг друга и одновременно относительно оси диаметральной плоскости судна;

- увеличена маневренность плавсредства за счет того, что только один конец каждого шнека закреплен в реверсивных мотор-редукторах и при их одновременных смещениях на одну из сторон плавсредства предоставляется возможность осуществлять поворот или круговой разворот с минимальным выбегом плавсредства;

- уменьшен эффект «засасывания» корпуса судна струей гребного винта за счет удаленного расположения винтовых лопастей шнековых движителей от корпуса;

- уменьшена циркуляция, т.е. величина выдвига судна, что обеспечивается согласованной работой шнеков при маневре судна и одновременным или по выбору включением реверса одним из шнеков;

- отсутствие в необходимости дополнительных подруливающих устройств;

- исключение кавитации и явлений, с нею связанных, за счет уменьшения числа оборотов шнеков, отбрасывающих несколькими винтовыми лопастями ту же массу воды и создающих ту же тягу, что и сравнимый по мощности винтовой движитель, но имеющий гораздо большие и критичные к кавитации обороты.

Технический результат достигается за счет того, что в движитель для плавсредства в варианте надводного судна, содержащий два шнека по обе стороны от его диаметральной плоскости, каждый из которых включает, по крайней мере, одну спиральную лопасть, навитую на ступице, связанной через редуктор с приводами, расположенными на кормовом срезе судна, введены транцевая плита с установленными на ней на своих осях левым и правым реверсивными мотор-редукторами, соединенными с передними по ходу плавсредства концами ступиц шнеков, и два дополнительных мотор-редуктора, подключенных к реверсивным мотор-редукторам и управляющих их разворотом, причем все мотор-редукторы подключены через блок управления приводами к центральной системе управления плавсредством.

Технический результат в варианте для подводного судна достигается дополнительно за счет того, что по бортам судна установлены опоры, через которые перпендикулярно оси диаметральной плоскости пропущена поворотная ось, прикрепленная к транцевой плите, имеющей возможность поворачиваться в вертикальной плоскости посредством дополнительного мотор-редуктора, установленного на поворотной оси и подключенного через блок управления приводами к центральной системе управления судном.

Технический результат также достигается за счет выполнения винтовых лопастей воронкообразными, которые более эффективно захватывают и отбрасывают массу воды.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая описываемый «V-образно спаренный шнековый движитель для плавсредств (Варианты)», не обнаружена. Таким образом, по мнению авторов, предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новое».

На основании сравнительного анализа предложенного технического решения с известным уровнем техники можно утверждать, что между совокупностью отличительных признаков, выполняемых ими функций и достигаемой задачи предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и соответствует по нашему мнению критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Исходя из вышеперечисленного можно сделать вывод , что в нашем случае шнеки возможно применять только в случаях заболоченного необорудованного берега, как дополнительную тягу.

9.Выносные опоры автокранов.

Выносные опоры служат для обеспечения устойчивости автокрана и разгрузки ходовой части базового автомобиля при работе стрелой.

По конструктивному выполнение выносные опоры автокранов бывают выдвижными, откидными, поворотно-выдвижными и поворотно-откидными.

Выдвижная опора представляет собой гидравлический цилиндр одностороннего действия, состоящий из корпуса

цилиндра 3 с приваренным днищем, штока 2 с головкой, имеющей шаровое углубление, поршня 1, головки цилиндра 4 и опоры 5. Опора имеет шаровую головку и соединена со штоком шарнирно двумя хомутами 7. Шаровая головка затянута хомутами так, чтобы опора проворачивалась в днище штока от усилия руки без ощущения люфта. Степень затяжки регулируется шайбами 6. Шарнирное соединение обеспечивает приспособляемость опоры к неровностям рабочей площадки.

Корпус гидроцилиндра 3 жестко прикреплен к неподвижной раме автокрана. При подаче рабочей жидкости в поршневую полость шток гидроцилиндра начинает выдвигаться, и тарелка, сидящая на штоке шарнирно, упирается в грузовую площадку, вывешивая автокран на опорах. Для таких опор применяются односторонние гидроцилиндры, у которых отношение рабочей площади со стороны поршня F1 к рабочей площади со стороны штока F2 составляет 2...5,75. Это связано с тем, что при выдвижении штока гидроцилиндра требуется максимальное усилие для установки автокрана в транспортное положение, и максимальный диаметр штока, необходимый для обеспечения его устойчивости. При обратном ходе достаточно лишь усилия для вытягивания штока и складывания выдвижной опоры в транспортное положение. Выдвижные опоры применяются на всех выпускаемых автокранах, надежны и долговечны в, эксплуатации.

Из описания следует, что технология изготовления и применения выносных опор освоена нашей промышленностью и следовательно оборудовать ими судно будет не сложно.

Требования к судам подобного типа.

Итак основные требования к судну.

1. Проходимость на мелководье.

2. Способность самостоятельно осуществить выгрузку, без использования дополнительной спец. техники.

3. Способность подойти к заболоченному берегу.

4. Использовать уже разработанные технологии.

Из изученных нами данных мы сделали вывод , что оптимальным маршевым движителем для нашего судна будет КДРК. Установка этой системы позволит максимально уменьшить осадку судна, что позволит использовать его на мелководье.

10.Разработка и описание принципиальной схемы с указанными движителями и выдвижными опорами для крана.

Для самостоятельной погрузки и выгрузки требуется кран. Такие системы давно уже применяются на судах. Пример: Проект 81040

Несамоходный грейферно-крюковой плавучий кран грузоподъемностью 5 тонн. Для необорудованного берега этого будет достаточно, иначе будет сложно стабилизировать судно при работе крана.

Для стабилизации применять выдвижные опоры, так как мелководье в данном случае это плюс. Высота опоры в данном случае равна высоте борта плюс глубина на возможную заиленность дна. При расчетах мы опирались на проект ПКР 25Э. Высота борта 1.1м. добавим 1.5 м. на особенности грунта и получаем необходимую высоту гидравлической части опоры от 2.6 метра. Так же в основании опоры целесообразно установить шнеки, как дополнительную силовую тягу при подходе к заболоченному берегу. Также шнек имеет обьем и это создаст дополнительную опору в вязком грунте и облегчит подьем опоры из заиленного дна. В процессе движения судна шнеки не участвуют.

Рассмотрев вышеописанные конструкторские решения мы пришли к выводу что оптимальная схема корпуса судна будет выглядеть так.

1. Движитель КДРК. 2.Центр тяжести судна. 3.Кран. 4.Выдвижные опоры.

Принципиальная схема совмещения шнека и выдвижной опоры.

На принципиальной схеме указанны: 1. Шнек. 2.Гидравлическая опора.

3. Выдвижная часть опоры. 4. Дополнительные лопатки грунтозацепы.

11.Примерные технические характеристики судна.

Тип судна - колесный паром.

Назначение - организация речных переправ.

Район плавания - бассейны разряда «Р» с высотой волны h1% ≤ l ,2 м.

Архитектурно-конструктивный вид - разборный заднеколесный дизель-электроходный паром с палубным кормовым расположением дизельгенераторов, с рубкой управления в кормовой части, с аппарелью в носовой части корпуса, состоящего из четырех понтонов.

Температурный режим эксплуатации от «минус» 8 °С до +30°С.

Класс судна - «Р1,2» Российского Речного Регистра.

Классификация по СанПиН 2.5.2-703-98 - третья группа.

Основные характеристики:

• Длина габаритная - 32,75 м.

• Длина по КВЛ - 24,02 м.

• Ширина габаритная - 7,84 м.

• Ширина по КВЛ - 6,23 м.

• Осадка максимальная - 0,65 м.

• Высота борта (на миделе) - 1,10 м.

• Габаритная высота от ОП до несъемных частей - 7,48 м.

• Экипаж – 2 чел.

• Пассажировместимость – 20 чел.

• Грузоподъемность – 25 т.

• Валовая вместимость – 60 рег.т.

• Высота надводного борта - 0,456 м.

• Автономность плавания по запасам топлива - 14 суток

В качестве источника электроэнергии на пароме устанавливаются два дизель-генератора АДС85-Т400РД, мощностью 68кВт с сертификатом РРР.

Скорость судна - 12 км/ч на глубокой спокойной воде при осадке по грузовую марку 0,65 м, при использовании на гребных электродвигателях мощности 100 кВт и частоте вращения гребных колёс 24 об/мин.

Судно имеет разборную конструкцию и состоит из блоков с весо­габаритными характеристиками, обеспечивающими транспортировку по железной дороге.

Корпус судна состоит из четырех понтонов, скрепляемых замковыми и болтовыми соединениями, каждый из которых разделён на три водонепроницае­мых отсека. Понтоны правого и левого борта имеют симметричную конструкцию.

К носовому транцу крепится аппарель, рассчитанная на погрузку 25-ти тонного автомобиля. Для прохода пассажиров по бортам автомобильной палубы установлены обносы, отделённые от автомобильной зоны колесо отбойниками и имеющие с наружной стороны ограждение из прозрачного листового поли­карбоната.

В кормовой части, над капотированными дизель-генераторами на пиллерсах устанавливается рулевая рубка,
лёгкий тент.

Блок гребных колёс, размещённый за кормовым транцем, включает в себя помещение гребных мотор-редукторов, гребные колёса, обносную раму, ко­жухи гребных колёс.

К кормовой стенке рубки примыкают два капа для размещения акку­муляторных батарей, трансформатора, а также кожухи дымовых труб.

В этой работе мы рассмотрели вариант перспективного грузового водного транспорта. Выяснили что оптимальным движителем для такого класса судов будет КДРК. Составили примерную схему компоновки данного судна. Предложили принципиальную схему применения выдвижных опор для водного транспорта в условиях мелководья и заболоченного берега.

Список литературы:

1. http://www.hydromec.ru/katalog/sudostroenie/gruzopasazhirskii-kolesnyi-parom-pkr-25e

2. https://rus-shipping.ru/ru/pass/news/?id=1964&mainnews=1

3. Антоненко С.В. Судовые движители / С.В. Антоненко. - Владивосток: ДВГТУ, 2007. - С. 5 (аналог).

4. Завьялов В.М., Георгиевская Е.П., Мавлюдов М.А. и др. Судно с частично погруженным шнековым движителем. Патент РФ №2117602, МПК В63В 35/00; В63Н 5/00; В63Н 1/02 (аналог).

5. Артюшков Л.С. и др. Судовые движители / Л.С. Артюшков. - Л., 1988, с. 54.

6. Татьянин О.О. Рулите активнее / О.О. Татьянин // №12, ИР, 2002, с. 10.

7. Смульский И.И. Шнековые движители и их особенности // Инженерно-физический журнал (ИФЖ), Т. 74, №5, с. 190, рис. 4.

8. http://www.gckb.ru/projects/cranes/

9. Дорогостойский Д.В. Теория и устройство судна / Д.В. Дорогостойский. - Л., 1975, с. 351.

10. Жинкин В.Б. Теория и устройство корабля / В.Б. Жинкин. - Спб, 2000, с. 159.

11. Булгачев Г.Г., Латышев Ю.С и др. Активный руль. Патент РФ №2043266, МПК В63Н25