Аносов, Николай Михайлович. Повышение безопасности плавания судов на основе разработки технологии крепления пакетированных лесных грузов

Краткое описание

Аносов, Николай Михайлович. Повышение безопасности плавания судов на основе разработки технологии крепления пакетированных лесных грузов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.22.19 / Аносов Николай Михайлович; [Место защиты: Мор. гос. ун-т им. адмирала Г.И. Невельского].- Владивосток, 2013.- 182 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/545

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени адмирала Г.И. Невельского»
На правах рукописи
0420U54828
Аносов Николай Михайлович
Повышение безопасности плавания судов на основе разработки технологии крепления пакетированных лесных грузов
Специальность 05.22.19. «Эксплуатация водного транспорта, судовождение»
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент
СА. Огай
Владивосток, 2013
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ И ПРИЧИНЫ АВАРИЙНОСТИ СУДОВ. АНАЛИЗ ПОЛОЖЕНИЙ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИХ ПЛАНИ¬РОВАНИЕ И ВЫПОЛНЕНИЕ РЕЙСА. СОСТОЯНИЕ ПРО¬БЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ СУДОВ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ ПАЛУБНЫХ ПАКЕТИРОВАННЫХ ГРУЗОВ 1.1 Причины аварийности судов и их анализ
1.1.2 Анализ положений, регламентирующих планирование и вы-полнение рейса
1.1.3 Анализ причин потери каравана т/х «Высокогорск»
1.1.4 Анализ причин потери каравана т/х «Синегорск» в Ла-Манше
1.1.5 Анализ гибели сухогруза «Ice Prince»
1.1.6 Комплексные исследования нормирования остойчивости су¬дов с лесным грузом на палубе
1.1.7 Влияние человеческого фактора на безопасность мореплава¬ния
1.2 Состояние проблемы обеспечения безопасной перевозки палуб¬ных пакетированных лесных грузов
1.2.1 Анализ действующих международных и национальных нор-мативных документов
1.2.2 Анализ существующих методик расчета крепления палубных лесных грузов
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ ШТАБЕЛЯ ПАЛУБНЫХ ПАКЕТИРОВАННЫХ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИКСИРУЮЩИХ БАШМАКОВ
2.1 Увеличение кренящего момента от неплотной укладки палуб¬ного пакетированного лесного груза
2.2 Исследование поперечной устойчивости палубного пакетиро-ванного груза
2.3 Разработка математической модели динамической системы: судно - укрупненная грузовая единица - штабель пиломатери¬ала
2.3.1 Методология исследования динамической системы: судно - регулятор - груз
2.4 Анализ численных результатов исследования
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СПОСОБА ФОРМИРОВАНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ ШТАБЕЛЯ ПАКЕТИРОВАННЫХ МАТЕРИА¬ЛОВ С ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ОСНОВАНИЕМ НА ТРАНС¬ПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
3.1 Способ формирования пакетов и блок-пакетов пиломатериалов с использованием фиксирующих башмаков
3.2 Способ формирования палубного каравана пакетированных пи- 92 ломатериалов с использованием фиксирующих башмаков
3.3 Расчет прочности элементов крепления штабеля пиломатериа- 98 лов, сформированного с использованием фиксирующих баш¬маков
3.4 Расчет крепления палубного груза по данным судов типа 101 «Игорь Ильинский»
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТА- 105
ТИЧЕСКОЙ, ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ШТА¬БЕЛЯ ПАЛУБНЫХ ПАКЕТИРОВАННЫХ ПИЛОМАТЕРИА¬ЛОВ, ЗАКРЕПЛЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИКСИРУ¬ЮЩИХ БАШМАКОВ
4.1 Экспериментальные исследования 105
4.2 Расчет экономической эффективности крепления палубного па- 116 кетированного груза с использованием фиксирующих башмаков
4.2.1 Расчет экономического эффекта на примере крепления паке- 120
тов пиломатериалов для судна типа «Игорь Ильинский» ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 128
ПРИЛОЖЕНИЯ 1 146
ПРИЛОЖЕНИЯ 2 162
ПРИЛОЖЕНИЯ 3 178
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Одной из актуальных проблем морского транс¬порта является обеспечение безопасности плавания судов с палубными лес¬ными грузами. Аварии из-за смещения каравана происходят на судах многих стран, о чем свидетельствуют статистические данные страховых обществ [176 - 185].
С 2003 по 2012 год на 90 судах произошли аварии [9,60 - 64,75,176 - 181], связанные со смещением палубных лесных грузов. Убытки составили свыше 35% от всех убытков. Существенную долю убытков составляют по¬следствия смещения и потери грузов, особенно навалочных и лесных, вовремя их транспортировки морем.
Как показывает анализ работ Н.В. Барабанова, М.В. Борисова, Н.Т. Гон-чаренко, В.И. Игнатова, Е.Б. Карповича, О.Е. Карповича, А.И. Лешкевича, С.С. Малахова, А.Д. Москаленко, В.И. Снопкова, Ю.М. Реутова, Ю.Г. Рыбал- кина [6,9,60,63,73,75,97-100] и др. смещение палубного лесного груза нередко происходит из-за нарушений технологии транспортировки лесных грузов мо¬рем и под действием динамических нагрузок при плавании судна в штормовых условиях.
В существующих нормативных документах по укладке и креплению лес¬ных грузов на судне и методиках их расчетов [21,23,38 — 44,67 - 69,77,80] не полностью учтены транспортные характеристики и свойства пакетированных лесных грузов, как грузовых мест, так и штабелей, оказывающие существен¬ное влияние на безопасность их транспортировки. Действующая методика крепления леса на палубе не в полной мере учитывает их многоэлементность, взаимодействие между собой отдельных пакетов и т.д. Это приводит к завы¬шенным расходам на крепление и увеличению трудоемкости монтажа крепле¬
ния, увеличению времени погрузо-разгрузочных работ. Необходимо совер-шенствовать конструкции и методики крепления палубных лесных пакетиро¬ванных грузов для сохранной перевозки их морем.
Ставится задача создания новой технологии разработки конструкций и способов размещения и крепления пакетированных грузов на основе фиксиру¬ющих башмаков, обеспечивающих безопасность мореплавания, оптимальное расходование материалов для крепления с учетом инерционных воздействий на грузы в штормовых условиях.
«Правила безопасности морской перевозки лесных грузов» РД 31.11.21.01-97 [130] нуждаются в дополнении по перевозке пакетированных лесных грузов, что отмечено в работах М.И. Су слина, О.Е. Карповича, Е.Б. Карповича, Ю.Г. Рыбалкин, а также других авторов [6,9,60,63,73,75,97-100].
Совершенствование метода крепления при перевозке лесных палубных пакетированных грузов на основе использования фиксирующих башмаков как элементов крепления при их совместном использовании является актуальной задачей, имеющей важное значение для обеспечения безопасности мореплава¬ния и безопасной перевозки пакетированных лесных грузов.
Цель диссертационной работы - конечной целью диссертационной ра¬боты является совершенствование технологии крепления грузов на базе при¬менения принципиально новых средств крепления.
Область исследования - разработка технологии, методов и конструк¬тивных средств обеспечения безопасности плавания при перевозке пакетиро¬ванных пиломатериалов на палубе.
Объект исследования - исследования по паспорту специальности 05.22.19 является совокупность методов и средств обеспечения безопасной пе¬ревозки пакетированных лесных грузов морем.
Предмет исследования - разработка технологии крепления штабеля па-лубного пакетированного лесного груза, сформированного с использованием фиксирующих башмаков. Пакеты и блок-пакеты пиломатериалов сформиро¬ванные с помощью фиксирующих башмаков, гибкие элементы крепления
5
(крепежные ленты, найтовы), взаимодействие гибких элементов крепления с упорными элементами крепления (фиксирующими башмаками) при их сов¬местной работе.
Для достижения указанной цели поставлены следующие научные за¬дачи:
• изучение условий транспортировки пакетированных лесных гру¬зов;
• анализ способов и средств крепления грузов в пакетах на палубе судна;
• разработка расчетных моделей пакетированных лесных грузов (ПЛГ);
• разработка технологии крепления ПЛГ;
• разработка конструкции фиксирующего башмака для формирова¬ния пакетов, блок - пакетов и массива яруса палубного пакетиро¬ванного груза;
• экспериментальное исследование на судах надежности крепления и эффективности предлагаемой технологии укладки и крепления ПЛГ с использованием фиксирующих башмаков.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на теории качки, теории вероятности и математической статистики, сопротивле¬ния материалов. Исследования выполнялись с использованием вычислитель¬ных средств на базе современных программных продуктов. При решении по¬ставленных научных задач использовались методы теории графов, дифферен¬циальных уравнений и элементы численных методов линейной алгебры и комплекс экспериментально - теоретических исследований.
В ходе исследования проводился анализ и обобщение разработок, средств и способов крепления пакетированных лесных грузов на палубе. Экс-
периментальные данные обрабатывались статистическими методами. Для ре¬шения задач использовался теоретический и экспериментальный метод с по¬следующим сопоставлением полученных результатов.
Научная новизна исследований состоит в том, что:
• введено понятие геометрического аналога устойчивости массива яруса палубного пакетированного груза;
• разработаны расчетные схемы новых средств и способов крепления лес¬ных палубных пакетированных грузов;
• разработано специальное устройство для формирования пакетов, блок- пакетов и массива груза в ярусе;
• решена задача численной реализации динамической системы «судно - спецустройство - штабель пиломатериалов»;
Практическая значимость исследований:
• разработана технология крепления пакетированных лесных грузов на палубе морского судна;
• разработана конструкция фиксирующего башмака для формирования пакетов и блок - пакетов;
• разработаны схемы и метод крепления палубных лесных пакетирован¬ных грузов, предложена модель штабеля, состоящего из отдельных яру¬сов грузовых мест;
• выявлены причины смещения штабеля лесного груза на верхней палубе судна в зимних условиях - соскальзывание в результате оттаивания льда над люковыми крышками;
• разработан способ формирования и крепления штабеля пакетированных материалов с прямоугольным основанием.
Обоснованность и достоверность результатов достигнуты корректно¬стью применения хорошо апробированного математического аппарата и сов¬падением результатов теоретических исследований с данными лабораторных
исследований, имитационного моделирования и натурной эксплуатацией ста¬тической и динамической устойчивости штабеля пиломатериалов.
Реализация результатов работы. Результаты работы непосредственно использованы при выполнении госбюджетных НИР в рамках темы «Исследо¬вание и выработка научно-обоснованных предложений по совершенствова¬нию нормативно-правовой базы Российской Федерации в области обеспече¬ния перевозки лесных грузов морским транспортом» (2008-2009 г. УДК 656.614.3:629.124.34) в соответствии с планами НИР вуза в рамках раздела «Особенности работы судов в Дальневосточном регионе». Изготовлены и ис¬пытаны экспериментальные образцы фиксирующих башмаков.
Выводы и рекомендации, полученные при разработке диссертации, были внедрены в заявку на изобретение способа формирования и крепления шта¬беля пакетированных пиломатериалов с прямоугольным основанием на транс¬портном средстве с использованием фиксирующих башмаков и в процесс обу¬чения курсантов и студентов ФБГОУ ВПО МГУ им. адм. Г. И. Невельского, а так же для повышения квалификации судоводителей, углубления их теорети¬ческих знаний и совершенствования практических навыков по размещению, креплению палубных лесных грузов (лекции, курсовое и дипломное проекти¬рование). На судах, перевозящих пакетированные пиломатериалы на палубе, успешно испытаны методики, схемы крепления на основе фиксирующих баш¬маков.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации подтверждены экспериментально при лабораторных и натурных испытаниях.
Материалы работы были доложены на: 57-й международной молодеж¬ной научно-практической конференции «Молодежь-наука-инновации», 2009 г.; 58-й международной молодежной научно-практической конференции «Мо¬лодежь-наука-инновации», 2010 г.; на международных научно-практических конференциях «Проблемы транспорта Дальнего Востока», в 2009, 2011,2012, 2013 г.; на 60-ой международной молодежной научно-практической конфе¬ренции «Молодежь-наука-инновации» в 2012 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ, из них 4 - в изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация представлена на 182 листах машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и трёх приложений. Работа содержит 83 рисунка, 14 таблиц и список использованных источников из 205 наименова¬ний.

Список литературы

Заключение
В диссертационной работе на основании выполненных исследований
получены следующие основные научные результаты и выводы:
1. Обосновано, что традиционный штабель не соответствует условиям моно¬лита, его структура, состоит из пакетов пиломатериалов, между которыми присутствуют вещества (вода, лед и др.), характеризующиеся различными коэффициентами трения и различным агрегатным состоянием, изменяю¬щимся в течение рейса.
2. Обоснованно значительное снижение силы трения в реальных штабелях па-кетированных пиломатериалов на судах по сравнению с принятыми в дей-ствующих нормативных документах. Раскрыты причины случаев смеще¬ния штабеля палубного пакетированного груза.
3. Выведено понятие геометрического аналога устойчивости штабеля (К) в виде коэффициента представляющего соотношение длины и высоты яруса и его упора (выступающие пакеты предыдущего яруса). Выявлена зависи¬мость устойчивости штабеля палубного груза между К и максимальных уг¬лов наклона штабеля при крене судна.
4. Уточнена автоматизированная система «Штабель пиломатериалов», как инструментальное средство численной реализации математической мо¬дели, что позволяет проанализировать крепление штабеля при всех режи¬мах нагрузки.
5. Разработана технология формирования и крепления штабеля пакетирован¬ных грузов с использованием фиксирующего башмака.
6. Исследована закономерность деформации штабеля палубного пакетиро-ванного груза.
7. Произведена оценка эффективности использования фиксирующих башма¬ков для крепления штабеля палубных пакетированных пиломатериалов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Акмайкин, Д. А. Исследование зависимости несмещаемости палубных пакетированных пиломатериалов от способа укладки и крепления груза [Текст] / Д.А. Акмайкин, Н.М. Аносов, А.Г. Конаков // Научные про¬блемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2010,-№2,-С. 147-152.
2. Аксютин, Л. Р. Аварии судов от потери остойчивости [Текст] / Л. Р. Ак¬сютин, С. Н. Благовещенский,- Л.: Судостроение, 1975. - 198с.
3. Аксютин, Л. Р. Борьба с авариями морских судов от потери остойчиво¬сти [Текст] / Л. Р. Аксютин. - Л.: Судостроение, 1986. - 160 с.
4. Александров, М. Н. Безопасность человека на море [Текст] / М. Н. Алек-сандров. - Л.: Судостроение, 1983. - 208 с.
5. Анатольев, А. В. К теории динамических гасителей колебаний [Текст] / А. В. Анатольев, В. И. Попов // Динамика и прочность машин. - Харьков. -1971.-Вып. 12.-С. 119-123
6. Аносов, Н. М. Анализ и причины аварийности судов [Текст]: сб. докл. 58-й междунар. молодежи, науч.-технич. конф. «Молодежь - Наука - Ин¬новации», 25-26 ноября 2010 г.: в 2 т. -Владивосток: Мор.гос. ун-т, 2010. -Т. 1.-С. 52-58
7. Апельсин, В. Г. Влияние прогиба основания на распределение напряже¬ний в штабеле [Текст] / В. Г. Апельсин // Проблемы проектирования, строительства эксплуатации береговых сооружений морского транс¬порта.- М.: Союзморниипроект. Рекламбюро ММФ, 1977. С. 101-106
8. Арайс, Е. А. Автоматизация моделирования многосвязных механиче¬ских систем [Текст] / Е. А. Арайс, В. М. Дмитриев. - М.: Машинострое¬ние, 1987. - 238с.
9. Барабанов, Н. В. Особенности проектирования конструкций морских лесовозов [Текст] /Н. В. Барабанов, Ю. Г. Рыбалкин. - Л.: Судостроение, 1986.-175с.
10. Барановский, М. Е. Безопасность морской перевозки навалочных грузов
[Текст] / М. Е. Барановский. - М.: Транспорт, 1985. - 192с.
128
11. Барановский, М.Е. Обоснование расчетных формул для критерия несме- щаемости незерновых навалочных грузов [Текст] / М. Е. Барановский // Тр. ЦНИИМФ, 1975, вып. 201, С. 86-106
12. Бахвалов, Н. С. Численные методы: учеб. пособие [Текст] / Н. С. Бахва¬лов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков. - М.: Наука, 1987, - 598с.
13. Бекенский, Б. Е. Практические расчеты мореходных качеств судна [Текст] / Б. Е. Бекенский. - М.: Транспорт, 1974. - 264с.
14. Бидерман, В. Л. Теория механических колебаний [Текст] / В. Л. Бидер- ман. - М.: Высшая школа, 1980. - 408с.
15. Благовещенский, С. Н. Справочник по статике и динамике корабля: в 2 т. [Текст] / С. Н. Благовещенский. - Л.: Судостроение, 1976. - 176с.
16. Боглаев, Ю. П. Вычислительная математика и программирование [Текст] / Ю. П. Боглаев. - М.: Высшая школа, 1990 - 544 с.
17. Богомягких, В. А. Теория и расчет бункеров для зернистых материалов [Текст] / В. А. Богомягких.- Ростов н/д: Изд-во Ростовского универси¬тета, 1973. - 152 с.
18. Божко, А. Е. Оптимальное управление в системах воспроизведения виб¬рации [Текст] / А. Е. Божко. - Киев: Наукова думка, 1977. - 219 с.
19. Борисов, М. В. К вопросу определения усилий торцевых пачек (пакетов ) бревен [Текст] / М. В. Борисов // Труды ВКНИИВОИТ. - 1971.
20. Бочарова, Н. Ф. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости [Текст] / Н. Ф. Бочарова, И. С. Цитович. - М.: Машино¬строение, 1983. - 299с.
21. Бугаенко, Б. А. Специальные судовые устройства [Текст] / Б. А. Буга¬енко, В. Э. Магула. Л.: Судостроение, 1983. - 392с.
22. Будыка ,С. X. Лесопромышленный справочник [Текст] / С. X. Будыка,
А. Ф. Тихонов. - Минск: АН БССР, 1962,- 711с.
23. Быков, Б. Н. Исследование давления штабеля круглых лесоматериалов на парные вертикальные элементы [Текст] / Б. Н. Быков, В. И. Игнатов
// Труды ЦНИИМЭ.- Химки, 1972.
129
24. Васильев, A. JI. Механизированные закрытия судовых грузовых люков [Текст] / A. JI. Васильев [и др.]. - Л.: Судостроение, 1977.
25. Васильев, К. П. Что должен знать судоводитель о картах погоды и состо¬яния моря [Текст] / К. П. Васильев. - JI: Гидрометеоиздат, 1980. - 231с.
26. Веников, В. А. Теория подобия и моделирование применительно к зада¬чам электроэнергетики [Текст] / В. А. Веников. - М.: Высш. школа 1966. -487с.
27. Веников, В. А. Физическое моделирование электрических систем [Текст] / В. А. Веников, А. В. Иванов-Смоленский. - М. - Л., 1956. - 440с.