Тяговые усилия траловых лебедок обусловливаются нагрузками, возникающими на ваерах при подъеме тралов. Эти нагрузки в основном складываются из гидродинамического сопротивления трала и его вооружения, веса трала с оснасткой, уловом и ваерами, динамических усилий, возникающих из-за качки траулера при волнении.
Прежде всего, эти нагрузки зависят от размеров и конструкции трала, поэтому-тяговые усилия траловых лебедок обычно выбираются в зависимости от размеров тралов, применяемых на данных судах. Например, при бортовом тралении малые рыболовные траулеры вооружались 15—18-метровыми тралами, для выборки которых практически считались достаточными тяговые усилия лебедок, равные 1500—2000 кГ, средние траулеры вооружались 25-метровыми тралами и лебедками с тяговыми усилиями 4000 кГ; обычные траулеры вооружались 35-метровыми тралами и лебедками стяговыми усилиями 8000 кГ. Указанные выше размеры трала соответствовали его длине по верхней подборе, а принятые тяговые усилия лебедок соответствовали максимальным длительным суммарным усилиям на ваерах при подъеме трала, замеренным во время испытаний при обычном волнении 2—4 балла.
Так как тяговое усилие траловой лебедки должно соответствовать нагрузке, возникающей при выбирании ваеров, рассмотрим некоторые данные испытаний и результаты исследований. Прежде всего, рассмотрим вопрос о нагрузках при бортовом тралении. Природа нагрузок во время подъема трала весьма четко сформулирована А. Е. Корниловым.
Характер движения трала в процессе его подъема непрерывно изменяется: вначале трал волочится по грунту, затем отрывается и движется по некоторой криволинейной траектории в вертикальной плоскости, причем крутизна подъема непрерывно увеличивается.
В процессе движения на трал действует система сил, различных по их физической сущности, которые можно подразделить на силы веса, силы гидродинамического сопротивления и сили сопротивления грунта.
Действие этих сил обусловливает сопротивление трала подъему, которое передается ваерам и совместно с силами веса ваеров определяет натяжение ваеров, т. е. суммарное натяжение на обоих ваерах в точках их прохода через подвесные ролики траловых дуг. Сопротивление трала всегда находится в динамическом равновесии с тягой, приложенной к тралу, а натяжение ваеров — в динамическом равновесии с тягой на ваерах.
Соответственно непрерывному изменению характера движения трала непрерывно изменяется система сил, обусловливающих его сопротивление, изменяются условия динамического равновесия и, следовательно, натяжение ваеров.
Процесс изменения натяжения ваеров при подъеме трала весьма сложен, поскольку сложны по своей природе силы, действующие на трал, сложны и условия их динамического равновесия.
Гидродинамическое сопротивление трала обусловливается воздействием на трал поля скоростей воды, его обтекающей. Сопротивление трала зависит от его формы. Форма же трала — мягкого по своей конструкции сооружения, в свою очередь, изменяется под воздействием поля скоростей и зависит от положения трала на грунте или в слое воды, от влияния величины улова и т. д.
Кроме того, скорость набегающего потока для различных частей трала различна и зависит от многих факторов: скорости выборки, скорости вертикального перемещения борта качающегося судна, скорости дрейфа или глубинных течений и др.
Сопротивление грунта также определяется многими факторами. Оно зависит -от давления трала на грунт, свойств грунта, конструкции частей трала, непосредственно соприкасающихся с грунтом, и т. д.
Очевидно, что выразить натяжение ваеров аналитически, с учетом всех факторов, невозможно.
А. Е. Корнилов разработал метод аналитического определения нагрузки на ваера, приняв постоянной скорость выборки ваеров при отсутствии дрейфа, качки и придонного течения и сделав другие допущения, упрощающие задачу. Н. М. Сабуренков предложил аналитически определять приближенную величину максимальной нагрузки на ваера при бортовом тралении, когда трал находится в положении «панер», т. е висит на ваерах и еще не всплыл.
На рис. 112, А приведена диаграмма нагрузок на ваера за полный цикл работы с тралом при спокойной воде, составленная Н. М. Сабуренковым; на рис. 112, Б — диаграмма изменения нагрузки на барабаны траловой лебедки при выборке ваеров по данным того же исследователя, замеренным на траулере «Саратов» при волнении 7 баллов и среднем улове.
Общая закономерность изменения среднего натяжения на ваерах в процессе подъема трала при бортовом тралении может быть объяснена при рассмотрении графиков на рис. 112 и выводов А. Е. Корнилова. В момент отдачи ваеров со стопора происходит резкий рывок от изменения положения траловых досок, после чего нагрузка спадает.
Сравнительно малое сопротивление в начале выборки ваеров обусловлено тем, что в этот период трал еще продолжает волочиться по дну и вес его с оборудованием не входит составляющей в величину сопротивления, поскольку трал еще не находится во взвешенном состоянии.
Повышение сопротивления в середине процесса подъема трала вызывается увеличением гидродинамической составляющей сопротивления, поскольку, как предполагается, при подтягивании и после отрыва трала скорость его выше, чем скорость выборки ваеров. Это можно объяснить тем, что режим движения трала в начале выборки ваеров лишь начинает устанавливаться: выбирается «слабина» ваеров, трал набирает скорость, и, следовательно, постепенно нарастает его гидродинамическое сопротивление.
Понижение сопротивления к концу выборки ваеров объясняется непрерывным уменьшением веса выбираемой части ваеров, а также тем, что гидродинамическая составляющая сопротивления уменьшается, поскольку скорость трала при выходе его «на панер» снижается до скорости выборки. При этом положении трала или близком к нему тяга убывает незначительно, а иногда даже увеличивается.
Это является результатом действия дрейфа, нарушающим обычные условия подъема трала «на панере».
Во время качки при большой длине ваеров их вес ослабляет влияние колебаний подвесных роликов на движение трала. При выбирании ваеров по мере уменьшения длины выбираемой их части эти колебания передаются тралу и увеличивают его гидродинамическое сопротивление. Одним из проявлений этой закономерности является увеличение нагрузки на ваера, когда трал находится в положении «на панере» при волнении.
На рис. 113, А показаны схемы действия сил веса Рв трала, его гидродинамического сопротивления Rc и натяжения ваера Т у траловых досок в начале подъема, при отрыве трала от грунта (схема а) и в положении трала «на панере» (схема б).
При кормовом тралении (см. рис. 113, Б) нагрузка на ваера при их выбирании в тихую погоду определяется, как и при бортовом тралении, суммой векторов сопротивления воды движению трала и веса трала
Составляющая Rc (при прочих равных условиях) при кормовом тралении должна быть больше, чем при бортовом, поскольку судно во время подъема трала обычно не стоит, а движется на минимальных оборотах винта, и поэтому трал движется с повышенной скоростью Vт (см. рис. 113, Б, схему б):
При этом обычно величина скорости Vв составляет 1,0— 1,4 м/сек, Vc — около 0,8—1,2 м/сек, и направления этих скоростей не совпадают.
Увеличение составляющей Rc должно было бы привести к значительному повышению нагрузок на ваера при кормовом тралении (для условий тихой погоды). В действительности же, как показали опыты, увеличение нагрузок по сравнению с нагрузками при выбирании ваеров на траулере с бортовым тралением невелико. Это объясняется различным направлением векторов действующих сил. При бортовом тралении по мере выбирания ваеров трал приближается к отвесному положению, а затем движется вверх. При этом направления векторов Rc и Рв совпадают и дают наибольшую результирующую (см. схему б рис. 113, А). При кормовом тралении (см. схему а рис. 113, Б) ваера выбираются на ходу, в связи с чем сумма векторов Rc и Рв при прочих равных условиях меньше, чем в первом случае.
Именно этим объясняется то, что на кормовом траулере не замечено возрастания усилий на ваерах к концу их выборки, как при бортовом тралении, для которого максимальные нагрузки на ваера наблюдаются в момент отрыва трала от грунта и в течение выбирания его в отвесном положении.
При кормовом тралении выбирание ваеров протекает несколько иначе, так как оно происходит на ходу судна. В этом случае трал от грунта отрывается тогда, когда вес трала становится меньше поднимающей его силы, появляющейся в результате изменения направления усилий на ваерах по мере уменьшения их длины.
После отрыва трала от грунта изменяется его форма. Она, вследствие провисания грунтропа, становится более полной у устья, что несколько повышает сопротивление трала. С другой стороны, исключается сопротивление грунта иг по мере выбирания ваеров, уменьшается их собственное сопротивление.
Опыты показывают, что эти составляющие сопротивления как-то взаимно компенсируются, во всяком случае, на динамограммах момент отрыва трала зафиксировать не удалось. Повышение нагрузки на ваера обычно можно ожидать не в конце, а в начале выбирания. Это подтвердилось и опытами.
Характер и величина нагрузки на ваера при кормовом тралении могут быть пояснены данными испытаний БМРТ «Ярославль» при работе тралом 37,7 м с овальными досками И. Р. Матросова.
Опыты, проведенные во время полного штиля, показали, что усилие на ваерах при скорости выбирания 1.24 м/сек составило 5900 кГ. Скорость движения судна — 0,88 м/сек. Из этих данных видно, что в тихую погоду мощность траловой лебедки (133 квт) используется не до конца, так как лебедка потребляет мощность 75—78 квт. Результаты опыта показаны на рис. 114.
Некоторое увеличение мощности лебедки в начале выбирания ваеров и в конце его объясняется в первом случае тем, что скорость судна в начале выбирания бывает еще высока, а во втором случае — тем, что к концу выбирания увеличивается крутящий момент в результате увеличения диаметра слоя навивки ваеров на барабаны лебедки.
На рис. 115 показана диаграмма нагрузок за весь цикл траления, то есть при режимах травления ваеров, тралении и выборке ваеров. Диаграмма получена во время испытаний на БМРТ «Ярославль» при работе тралом 37,7 м с овальными досками (4,5 м2). Глубина траления — 230 м, длина ваеров — 700 м, ветер 2—3 балла, улов составил 12 тонн. Верхняя кривая соответствует максимальным, нижняя — минимальным усилиям на ваере в данный отрезок времени.
На траулере «Ярославль» были измерены усилия на ваерах при тралении в различных метеорологических условиях, на различных скоростях с одновременными замерами мощности, развиваемой, главным двигателем. Результаты испытаний показали, что средние усилия на ваерах при изменении скоростей траления от 3,0 до 4,75 узла повышаются от 4000 до 9800 кГ, причем изменение скоростей идет примерно по закону прямой линии. Этот факт, отмечаемый и для других конструкций тралов, можно объяснить, во-первых, тем, что величина сопротивления трала при тралении включает в себя целый ряд разнородных по характеру элементов, как зависящих, так и не зависящих от скорости. В числе их — гидродинамическое сопротивление траловой сети, гидродинамическое сопротивление оснастки, сопротивление трения грунтропов, сопротивление траловых досок и т. п. Во-вторых, тем, что увеличение скорости траления при существующей оснастке ведет к некоторому уменьшению раскрытия трала, то есть уменьшается площадь его лобового сопротивления.
Кривые замеров усилий при различных вариантах погоды не дают больших отклонений от кривой среднего усилия. Это вполне закономерно, поскольку можно предположить, что во время траления колебание точек подвеса ваеров на судне полностью гасится благодаря изменению длины стрелы провеса ваеров. Качка судна в связи с этим не нарушает нормальной работы трала.
Во время подъема трала при значительном волнении нагрузка на ваера имеет резко выраженный пульсирующий характер. В одном из опытов, при волнении 5 баллов и силе ветра 6 баллов, во время выбирания ваеров в положении носом на волну оказалось, что величина усилий на ваерах изменяется от 10,0 до 17,5 т. Скорость выбирания составила 1,03 м/сек. В этих условиях траловая лебедка работала со значительной перегрузкой — примерно 25 % от номинальной мощности. При изменении положения судна выбирание ваеров производилось в положении кормой на волну, усилия на ваерах снизились и составили от 5,5 до 11 т. Скорость выбирания ваеров была 0,94 м/сек, т. е. на 10% ниже скорости в предыдущем опыте, в то время как усилия снизились на 40—50%.
Нагрузка на ваера при спуске трала и скорость травления ваеров представляют интерес с точки зрения использования электродвигателя в качестве электродинамического тормоза при стравливании ваеров, а также с точки зрения расчета механической части лебедки на прочность. Распространенное представление о том, что эти нагрузки малы и ими можно пренебречь, неверно, так как трал имеет значительную составляющую скорости по направлению движения судна, которая вызывает большое сопротивление трала. Это можно проследить по графику на рис. 115.
В результате проведенных опытов оказалось, что скорость судна при травлении ваеров составляет 7—7,5 узла, в то время как ваера травятся с лебедки со скоростью 3,9—4 узла. Следовательно, скорость трала относительно воды составляет около 3,5 узла и нагрузки на ваера при спуске трала должны быть примерно равными нагрузкам на ваера при тралении. Это подтверждается и опытами. Травление ваеров обычно производится со свободно вращающихся барабанов, которые притормаживаются ленточными тормозами. В момент торможения нагрузка увеличивается примерно в два раза, то есть до 16—18 т, причем она имеет ударный характер.
Необходимо отметить, что при каждом спуске трала возникают значительные по. величине кратковременные (около полуминуты) перегрузки: после стравливания траловых досок в воду, когда их задерживают, чтобы они разошлись и заняли рабочее положение, и в конце травления, когда барабаны лебедки берутся на стопора. При этом нагрузки также увеличиваются примерно в два раза. Наибольшие перегрузки механическая часть может испытать при задеве трала за какое-либо подводное препятствие или при врезании траловых досок в илистый грунт после спуска трала. В этом случае, если ленточные тормоза не освободят барабаны лебедки, нагрузка может увеличиться до 25—30 и более тонн, пока какое-либо слабое звено в системе трала не лопнет.
На кормовом траулере лебедкой выполняется еще одна операция — мешок с уловом вытягивается по слипу, чего не делается при бортовом тралении. Обычно подъем большого улова в один прием вызывает серьезные затруднения.
Как видно из приведенных данных, аналитическое определение нагрузок на ваера с учетом всех факторов при кормовом тралении так же затруднительно, как и при бортовом тралении.
Выбор тягового усилия траловой лебедки лишь в зависимости от применяемого в настоящее время орудия лова и скорости траления часто приводит к несоответствию этого усилия мощности силовой установки судна. Последнее обстоятельство особенно важно в свете разработки более эффективной эксплуатации траулеров: применения скоростного траления, совершенных орудий лова и пр.
Во время траления нагрузки на ваера должны соответствовать буксировочной способности судна при оптимальном режиме работы его главного двигателя и принятой скорости траления. При выбирании ваеров эти нагрузки должны соответствовать тяговому усилию траловой лебедки и принятой скорости выбирания. При равных скоростях трала во время траления и выбирания ваеров нагрузки на ваера не отличаются друг от друга до момента отрыва трала от грунта.
При определении необходимого тягового усилия траловой лебедки в зависимости от тяги винта прежде всего рассчитывают буксировочные характеристики судна, целью которых является получение данных по предельным тяговым усилиям и тяге на гаке. Методика расчета этих характеристик изложена в литературе по расчету гребных винтов. Для определения тяги на гаке судна из предельно располагаемой тяги винта вычитают значение сопротивления судна при соответствующих скоростях хода. В результате получают паспортные диаграммы, на которых графически строят соответствующие кривые предельной тяги, сопротивления судна и тяги на гаке. Нужно заметить, что расчеты сопротивлений производятся для тихой погоды, а зависимость между сопротивлением судна при тихой погоде и при волнении 4—7 баллов обычно устанавливается на основании сравнения имеющихся опытных данных.
Методика таких расчетов пока дает ориентировочные данные и требует уточнения полученных величин на основе натурных испытаний. При волнении, вследствие возросшего сопротивления судна, действительная тяга на гаке всегда будет меньше расчетной при тихой воде.
Институтом «Гипрорыбфлот» определены значения буксировочных тяговых усилий на гаке для рыболовных траулеров с учетом натурных испытаний отдельных типов судов для скорости 4 узла. Эти данные приведены в таблице 2.
Таким образом, исходя из буксировочной способности рыболовных траулеров, задавая на основании этого первоначальное расчетное усилие на ваере при выбирании трала, находят правильное соотношение тягового усилия траловой лебедки и мощности траулера.
Из сказанного выше можно сделать следующие выводы. Тяговое усилие при выбирании ваеров зависит от типа трала, скорости выбирания ваеров, способа траления, волнения моря. Из приведенных примеров видно, как широки пределы изменения нагрузок на ваера даже для одного и того же судна. Принимая во внимание непрерывно совершенствующуюся технику промышленного рыболовства, нерационально привязывать основной промысловый механизм траулера — траловую лебедку к какому-либо одному типу трала и способу его подъема. Более перспективно задать траловой Лебедке тяговое усилие, соответствующее буксировочной способности судна в режиме выбирания ваеров. Скорости судна при режиме выбирания ваеров для обоих способов траления уже давно практически установлены. Это позволяет более точно увязать тяговое усилие лебедки с мощностью главной силовой установки судна. Задать тяговое усилие лебедке соответственно буксировочной способности судна при оптимальной скорости траления кажется менее рациональным. Скорости траления непрерывно растут, тем самым уменьшается располагаемая тяга на гаке судна, а все замеры при испытаниях показывают одно: среднее натяжение на ваере при выборке ваеров всегда больше натяжения их при тралении.
Это тяговое усилие принимается для длительного периода работы лебедки с заданной скоростью выбирания ваеров. Известно, что в период выбирания ваеров возникают сравнительно кратко действующие увеличения нагрузки (например, во время отрыва трала от грунта). При волнении нагрузка на ваера всегда имеет пульсирующий характер. Максимальные величины перегрузок при бортовом тралении, по данным Н. М. Сабуренкова и А. Ё. Корнилова, составляют примерно 70%; при кормовом тралении, по данным В. А. Домуховского, — 120—130% от средних величин. Учитывая, что максимальные нагрузки действуют в течение очень короткого времени (1—3 секунды) и могут быть преодолены за счет способности двигателя работать с перегрузкой со сниженными оборотами, их можно во внимание не принимать. Нам кажется, что верхним пределом расчетной тяги траловой лебедки при заданной скорости выбирания должна быть располагаемая тяга судна, поскольку сравнительно кратковременные увеличения нагрузки (против их среднего значения) во время отрыва трала и его подъема по слипу могут быть преодолены за счет мягкой характеристики привода лебедки.
Тяговые усилия на турачках и вспомогательных барабанах принимаются исходя из зависимости от номинального тягового усилия ваерных барабанов и конкретной схемы подъема трала на палубу траулера.
В проекте отраслевой нормали для траловых лебедок, разработанном институтом «Гипрорыбфлот», рекомендуется тяговое усилие турачки на ваерном валу лебедки принимать равным 160 % от номинального усилия одного ваерного барабана, тяговое усилие турачки на вспомогательном валу — в пределах 50 % от номинального усилия и тяговое усилие одного вспомогательного барабана — равным 150% того же номинального усилия одного ваерного барабана.
У построенных лебедок усилия на вспомогательном барабане имеют широкие пределы от 110% номинального усилия на ваере (лебедка ЛЭТр 2—3) до 200% того же усилия (лебедка РТМ типа «Тропик»). Тяговые усилия на турачках ваерного вала у большинства лебедок для бортового траления составляют 100 % от номинального усилия на ваере, а усилия на турачках вспомогательного вала — 50 % того же усилия. У траулеров кормового траления тяговые усилия турачек ваерного вала составляют от 100 % (лебедки БМРТ типа «Лесков») до 160% (лебедки ЛЭТр 2—3).
Таким образом, для выбора тяговых усилий на дополнительных барабанах и турачках рекомендуется пользоваться отраслевой нормалью с коррективами, отражающими особенности принятой на судне промысловой схемы.
Вопрос о выборе основного параметра траловой лебедки — номинального тягового усилия на ваерах — до сих пор остается дискуссионным и не может считаться окончательно решенным, хотя определение его в зависимости от буксировочных качеств судна нам кажется рациональным. До сих пор еще не уточнен вопрос об усилии на ваерах и скорости судна при травлении ваеров.
Прежде всего, эти нагрузки зависят от размеров и конструкции трала, поэтому-тяговые усилия траловых лебедок обычно выбираются в зависимости от размеров тралов, применяемых на данных судах. Например, при бортовом тралении малые рыболовные траулеры вооружались 15—18-метровыми тралами, для выборки которых практически считались достаточными тяговые усилия лебедок, равные 1500—2000 кГ, средние траулеры вооружались 25-метровыми тралами и лебедками с тяговыми усилиями 4000 кГ; обычные траулеры вооружались 35-метровыми тралами и лебедками стяговыми усилиями 8000 кГ. Указанные выше размеры трала соответствовали его длине по верхней подборе, а принятые тяговые усилия лебедок соответствовали максимальным длительным суммарным усилиям на ваерах при подъеме трала, замеренным во время испытаний при обычном волнении 2—4 балла.
Так как тяговое усилие траловой лебедки должно соответствовать нагрузке, возникающей при выбирании ваеров, рассмотрим некоторые данные испытаний и результаты исследований. Прежде всего, рассмотрим вопрос о нагрузках при бортовом тралении. Природа нагрузок во время подъема трала весьма четко сформулирована А. Е. Корниловым.
Характер движения трала в процессе его подъема непрерывно изменяется: вначале трал волочится по грунту, затем отрывается и движется по некоторой криволинейной траектории в вертикальной плоскости, причем крутизна подъема непрерывно увеличивается.
В процессе движения на трал действует система сил, различных по их физической сущности, которые можно подразделить на силы веса, силы гидродинамического сопротивления и сили сопротивления грунта.
Действие этих сил обусловливает сопротивление трала подъему, которое передается ваерам и совместно с силами веса ваеров определяет натяжение ваеров, т. е. суммарное натяжение на обоих ваерах в точках их прохода через подвесные ролики траловых дуг. Сопротивление трала всегда находится в динамическом равновесии с тягой, приложенной к тралу, а натяжение ваеров — в динамическом равновесии с тягой на ваерах.
Соответственно непрерывному изменению характера движения трала непрерывно изменяется система сил, обусловливающих его сопротивление, изменяются условия динамического равновесия и, следовательно, натяжение ваеров.
Процесс изменения натяжения ваеров при подъеме трала весьма сложен, поскольку сложны по своей природе силы, действующие на трал, сложны и условия их динамического равновесия.
Гидродинамическое сопротивление трала обусловливается воздействием на трал поля скоростей воды, его обтекающей. Сопротивление трала зависит от его формы. Форма же трала — мягкого по своей конструкции сооружения, в свою очередь, изменяется под воздействием поля скоростей и зависит от положения трала на грунте или в слое воды, от влияния величины улова и т. д.
Кроме того, скорость набегающего потока для различных частей трала различна и зависит от многих факторов: скорости выборки, скорости вертикального перемещения борта качающегося судна, скорости дрейфа или глубинных течений и др.
Сопротивление грунта также определяется многими факторами. Оно зависит -от давления трала на грунт, свойств грунта, конструкции частей трала, непосредственно соприкасающихся с грунтом, и т. д.
Очевидно, что выразить натяжение ваеров аналитически, с учетом всех факторов, невозможно.
А. Е. Корнилов разработал метод аналитического определения нагрузки на ваера, приняв постоянной скорость выборки ваеров при отсутствии дрейфа, качки и придонного течения и сделав другие допущения, упрощающие задачу. Н. М. Сабуренков предложил аналитически определять приближенную величину максимальной нагрузки на ваера при бортовом тралении, когда трал находится в положении «панер», т. е висит на ваерах и еще не всплыл.
На рис. 112, А приведена диаграмма нагрузок на ваера за полный цикл работы с тралом при спокойной воде, составленная Н. М. Сабуренковым; на рис. 112, Б — диаграмма изменения нагрузки на барабаны траловой лебедки при выборке ваеров по данным того же исследователя, замеренным на траулере «Саратов» при волнении 7 баллов и среднем улове.
Общая закономерность изменения среднего натяжения на ваерах в процессе подъема трала при бортовом тралении может быть объяснена при рассмотрении графиков на рис. 112 и выводов А. Е. Корнилова. В момент отдачи ваеров со стопора происходит резкий рывок от изменения положения траловых досок, после чего нагрузка спадает.
Сравнительно малое сопротивление в начале выборки ваеров обусловлено тем, что в этот период трал еще продолжает волочиться по дну и вес его с оборудованием не входит составляющей в величину сопротивления, поскольку трал еще не находится во взвешенном состоянии.
Повышение сопротивления в середине процесса подъема трала вызывается увеличением гидродинамической составляющей сопротивления, поскольку, как предполагается, при подтягивании и после отрыва трала скорость его выше, чем скорость выборки ваеров. Это можно объяснить тем, что режим движения трала в начале выборки ваеров лишь начинает устанавливаться: выбирается «слабина» ваеров, трал набирает скорость, и, следовательно, постепенно нарастает его гидродинамическое сопротивление.
Понижение сопротивления к концу выборки ваеров объясняется непрерывным уменьшением веса выбираемой части ваеров, а также тем, что гидродинамическая составляющая сопротивления уменьшается, поскольку скорость трала при выходе его «на панер» снижается до скорости выборки. При этом положении трала или близком к нему тяга убывает незначительно, а иногда даже увеличивается.
Это является результатом действия дрейфа, нарушающим обычные условия подъема трала «на панере».
Во время качки при большой длине ваеров их вес ослабляет влияние колебаний подвесных роликов на движение трала. При выбирании ваеров по мере уменьшения длины выбираемой их части эти колебания передаются тралу и увеличивают его гидродинамическое сопротивление. Одним из проявлений этой закономерности является увеличение нагрузки на ваера, когда трал находится в положении «на панере» при волнении.
На рис. 113, А показаны схемы действия сил веса Рв трала, его гидродинамического сопротивления Rc и натяжения ваера Т у траловых досок в начале подъема, при отрыве трала от грунта (схема а) и в положении трала «на панере» (схема б).
При кормовом тралении (см. рис. 113, Б) нагрузка на ваера при их выбирании в тихую погоду определяется, как и при бортовом тралении, суммой векторов сопротивления воды движению трала и веса трала
Составляющая Rc (при прочих равных условиях) при кормовом тралении должна быть больше, чем при бортовом, поскольку судно во время подъема трала обычно не стоит, а движется на минимальных оборотах винта, и поэтому трал движется с повышенной скоростью Vт (см. рис. 113, Б, схему б):
При этом обычно величина скорости Vв составляет 1,0— 1,4 м/сек, Vc — около 0,8—1,2 м/сек, и направления этих скоростей не совпадают.
Увеличение составляющей Rc должно было бы привести к значительному повышению нагрузок на ваера при кормовом тралении (для условий тихой погоды). В действительности же, как показали опыты, увеличение нагрузок по сравнению с нагрузками при выбирании ваеров на траулере с бортовым тралением невелико. Это объясняется различным направлением векторов действующих сил. При бортовом тралении по мере выбирания ваеров трал приближается к отвесному положению, а затем движется вверх. При этом направления векторов Rc и Рв совпадают и дают наибольшую результирующую (см. схему б рис. 113, А). При кормовом тралении (см. схему а рис. 113, Б) ваера выбираются на ходу, в связи с чем сумма векторов Rc и Рв при прочих равных условиях меньше, чем в первом случае.
Именно этим объясняется то, что на кормовом траулере не замечено возрастания усилий на ваерах к концу их выборки, как при бортовом тралении, для которого максимальные нагрузки на ваера наблюдаются в момент отрыва трала от грунта и в течение выбирания его в отвесном положении.
При кормовом тралении выбирание ваеров протекает несколько иначе, так как оно происходит на ходу судна. В этом случае трал от грунта отрывается тогда, когда вес трала становится меньше поднимающей его силы, появляющейся в результате изменения направления усилий на ваерах по мере уменьшения их длины.
После отрыва трала от грунта изменяется его форма. Она, вследствие провисания грунтропа, становится более полной у устья, что несколько повышает сопротивление трала. С другой стороны, исключается сопротивление грунта иг по мере выбирания ваеров, уменьшается их собственное сопротивление.
Опыты показывают, что эти составляющие сопротивления как-то взаимно компенсируются, во всяком случае, на динамограммах момент отрыва трала зафиксировать не удалось. Повышение нагрузки на ваера обычно можно ожидать не в конце, а в начале выбирания. Это подтвердилось и опытами.
Характер и величина нагрузки на ваера при кормовом тралении могут быть пояснены данными испытаний БМРТ «Ярославль» при работе тралом 37,7 м с овальными досками И. Р. Матросова.
Опыты, проведенные во время полного штиля, показали, что усилие на ваерах при скорости выбирания 1.24 м/сек составило 5900 кГ. Скорость движения судна — 0,88 м/сек. Из этих данных видно, что в тихую погоду мощность траловой лебедки (133 квт) используется не до конца, так как лебедка потребляет мощность 75—78 квт. Результаты опыта показаны на рис. 114.
Некоторое увеличение мощности лебедки в начале выбирания ваеров и в конце его объясняется в первом случае тем, что скорость судна в начале выбирания бывает еще высока, а во втором случае — тем, что к концу выбирания увеличивается крутящий момент в результате увеличения диаметра слоя навивки ваеров на барабаны лебедки.
На рис. 115 показана диаграмма нагрузок за весь цикл траления, то есть при режимах травления ваеров, тралении и выборке ваеров. Диаграмма получена во время испытаний на БМРТ «Ярославль» при работе тралом 37,7 м с овальными досками (4,5 м2). Глубина траления — 230 м, длина ваеров — 700 м, ветер 2—3 балла, улов составил 12 тонн. Верхняя кривая соответствует максимальным, нижняя — минимальным усилиям на ваере в данный отрезок времени.
На траулере «Ярославль» были измерены усилия на ваерах при тралении в различных метеорологических условиях, на различных скоростях с одновременными замерами мощности, развиваемой, главным двигателем. Результаты испытаний показали, что средние усилия на ваерах при изменении скоростей траления от 3,0 до 4,75 узла повышаются от 4000 до 9800 кГ, причем изменение скоростей идет примерно по закону прямой линии. Этот факт, отмечаемый и для других конструкций тралов, можно объяснить, во-первых, тем, что величина сопротивления трала при тралении включает в себя целый ряд разнородных по характеру элементов, как зависящих, так и не зависящих от скорости. В числе их — гидродинамическое сопротивление траловой сети, гидродинамическое сопротивление оснастки, сопротивление трения грунтропов, сопротивление траловых досок и т. п. Во-вторых, тем, что увеличение скорости траления при существующей оснастке ведет к некоторому уменьшению раскрытия трала, то есть уменьшается площадь его лобового сопротивления.
Кривые замеров усилий при различных вариантах погоды не дают больших отклонений от кривой среднего усилия. Это вполне закономерно, поскольку можно предположить, что во время траления колебание точек подвеса ваеров на судне полностью гасится благодаря изменению длины стрелы провеса ваеров. Качка судна в связи с этим не нарушает нормальной работы трала.
Во время подъема трала при значительном волнении нагрузка на ваера имеет резко выраженный пульсирующий характер. В одном из опытов, при волнении 5 баллов и силе ветра 6 баллов, во время выбирания ваеров в положении носом на волну оказалось, что величина усилий на ваерах изменяется от 10,0 до 17,5 т. Скорость выбирания составила 1,03 м/сек. В этих условиях траловая лебедка работала со значительной перегрузкой — примерно 25 % от номинальной мощности. При изменении положения судна выбирание ваеров производилось в положении кормой на волну, усилия на ваерах снизились и составили от 5,5 до 11 т. Скорость выбирания ваеров была 0,94 м/сек, т. е. на 10% ниже скорости в предыдущем опыте, в то время как усилия снизились на 40—50%.
Нагрузка на ваера при спуске трала и скорость травления ваеров представляют интерес с точки зрения использования электродвигателя в качестве электродинамического тормоза при стравливании ваеров, а также с точки зрения расчета механической части лебедки на прочность. Распространенное представление о том, что эти нагрузки малы и ими можно пренебречь, неверно, так как трал имеет значительную составляющую скорости по направлению движения судна, которая вызывает большое сопротивление трала. Это можно проследить по графику на рис. 115.
В результате проведенных опытов оказалось, что скорость судна при травлении ваеров составляет 7—7,5 узла, в то время как ваера травятся с лебедки со скоростью 3,9—4 узла. Следовательно, скорость трала относительно воды составляет около 3,5 узла и нагрузки на ваера при спуске трала должны быть примерно равными нагрузкам на ваера при тралении. Это подтверждается и опытами. Травление ваеров обычно производится со свободно вращающихся барабанов, которые притормаживаются ленточными тормозами. В момент торможения нагрузка увеличивается примерно в два раза, то есть до 16—18 т, причем она имеет ударный характер.
Необходимо отметить, что при каждом спуске трала возникают значительные по. величине кратковременные (около полуминуты) перегрузки: после стравливания траловых досок в воду, когда их задерживают, чтобы они разошлись и заняли рабочее положение, и в конце травления, когда барабаны лебедки берутся на стопора. При этом нагрузки также увеличиваются примерно в два раза. Наибольшие перегрузки механическая часть может испытать при задеве трала за какое-либо подводное препятствие или при врезании траловых досок в илистый грунт после спуска трала. В этом случае, если ленточные тормоза не освободят барабаны лебедки, нагрузка может увеличиться до 25—30 и более тонн, пока какое-либо слабое звено в системе трала не лопнет.
На кормовом траулере лебедкой выполняется еще одна операция — мешок с уловом вытягивается по слипу, чего не делается при бортовом тралении. Обычно подъем большого улова в один прием вызывает серьезные затруднения.
Как видно из приведенных данных, аналитическое определение нагрузок на ваера с учетом всех факторов при кормовом тралении так же затруднительно, как и при бортовом тралении.
Выбор тягового усилия траловой лебедки лишь в зависимости от применяемого в настоящее время орудия лова и скорости траления часто приводит к несоответствию этого усилия мощности силовой установки судна. Последнее обстоятельство особенно важно в свете разработки более эффективной эксплуатации траулеров: применения скоростного траления, совершенных орудий лова и пр.
Во время траления нагрузки на ваера должны соответствовать буксировочной способности судна при оптимальном режиме работы его главного двигателя и принятой скорости траления. При выбирании ваеров эти нагрузки должны соответствовать тяговому усилию траловой лебедки и принятой скорости выбирания. При равных скоростях трала во время траления и выбирания ваеров нагрузки на ваера не отличаются друг от друга до момента отрыва трала от грунта.
При определении необходимого тягового усилия траловой лебедки в зависимости от тяги винта прежде всего рассчитывают буксировочные характеристики судна, целью которых является получение данных по предельным тяговым усилиям и тяге на гаке. Методика расчета этих характеристик изложена в литературе по расчету гребных винтов. Для определения тяги на гаке судна из предельно располагаемой тяги винта вычитают значение сопротивления судна при соответствующих скоростях хода. В результате получают паспортные диаграммы, на которых графически строят соответствующие кривые предельной тяги, сопротивления судна и тяги на гаке. Нужно заметить, что расчеты сопротивлений производятся для тихой погоды, а зависимость между сопротивлением судна при тихой погоде и при волнении 4—7 баллов обычно устанавливается на основании сравнения имеющихся опытных данных.
Методика таких расчетов пока дает ориентировочные данные и требует уточнения полученных величин на основе натурных испытаний. При волнении, вследствие возросшего сопротивления судна, действительная тяга на гаке всегда будет меньше расчетной при тихой воде.
Институтом «Гипрорыбфлот» определены значения буксировочных тяговых усилий на гаке для рыболовных траулеров с учетом натурных испытаний отдельных типов судов для скорости 4 узла. Эти данные приведены в таблице 2.
Таким образом, исходя из буксировочной способности рыболовных траулеров, задавая на основании этого первоначальное расчетное усилие на ваере при выбирании трала, находят правильное соотношение тягового усилия траловой лебедки и мощности траулера.
Из сказанного выше можно сделать следующие выводы. Тяговое усилие при выбирании ваеров зависит от типа трала, скорости выбирания ваеров, способа траления, волнения моря. Из приведенных примеров видно, как широки пределы изменения нагрузок на ваера даже для одного и того же судна. Принимая во внимание непрерывно совершенствующуюся технику промышленного рыболовства, нерационально привязывать основной промысловый механизм траулера — траловую лебедку к какому-либо одному типу трала и способу его подъема. Более перспективно задать траловой Лебедке тяговое усилие, соответствующее буксировочной способности судна в режиме выбирания ваеров. Скорости судна при режиме выбирания ваеров для обоих способов траления уже давно практически установлены. Это позволяет более точно увязать тяговое усилие лебедки с мощностью главной силовой установки судна. Задать тяговое усилие лебедке соответственно буксировочной способности судна при оптимальной скорости траления кажется менее рациональным. Скорости траления непрерывно растут, тем самым уменьшается располагаемая тяга на гаке судна, а все замеры при испытаниях показывают одно: среднее натяжение на ваере при выборке ваеров всегда больше натяжения их при тралении.
Это тяговое усилие принимается для длительного периода работы лебедки с заданной скоростью выбирания ваеров. Известно, что в период выбирания ваеров возникают сравнительно кратко действующие увеличения нагрузки (например, во время отрыва трала от грунта). При волнении нагрузка на ваера всегда имеет пульсирующий характер. Максимальные величины перегрузок при бортовом тралении, по данным Н. М. Сабуренкова и А. Ё. Корнилова, составляют примерно 70%; при кормовом тралении, по данным В. А. Домуховского, — 120—130% от средних величин. Учитывая, что максимальные нагрузки действуют в течение очень короткого времени (1—3 секунды) и могут быть преодолены за счет способности двигателя работать с перегрузкой со сниженными оборотами, их можно во внимание не принимать. Нам кажется, что верхним пределом расчетной тяги траловой лебедки при заданной скорости выбирания должна быть располагаемая тяга судна, поскольку сравнительно кратковременные увеличения нагрузки (против их среднего значения) во время отрыва трала и его подъема по слипу могут быть преодолены за счет мягкой характеристики привода лебедки.
Тяговые усилия на турачках и вспомогательных барабанах принимаются исходя из зависимости от номинального тягового усилия ваерных барабанов и конкретной схемы подъема трала на палубу траулера.
В проекте отраслевой нормали для траловых лебедок, разработанном институтом «Гипрорыбфлот», рекомендуется тяговое усилие турачки на ваерном валу лебедки принимать равным 160 % от номинального усилия одного ваерного барабана, тяговое усилие турачки на вспомогательном валу — в пределах 50 % от номинального усилия и тяговое усилие одного вспомогательного барабана — равным 150% того же номинального усилия одного ваерного барабана.
У построенных лебедок усилия на вспомогательном барабане имеют широкие пределы от 110% номинального усилия на ваере (лебедка ЛЭТр 2—3) до 200% того же усилия (лебедка РТМ типа «Тропик»). Тяговые усилия на турачках ваерного вала у большинства лебедок для бортового траления составляют 100 % от номинального усилия на ваере, а усилия на турачках вспомогательного вала — 50 % того же усилия. У траулеров кормового траления тяговые усилия турачек ваерного вала составляют от 100 % (лебедки БМРТ типа «Лесков») до 160% (лебедки ЛЭТр 2—3).
Таким образом, для выбора тяговых усилий на дополнительных барабанах и турачках рекомендуется пользоваться отраслевой нормалью с коррективами, отражающими особенности принятой на судне промысловой схемы.
Вопрос о выборе основного параметра траловой лебедки — номинального тягового усилия на ваерах — до сих пор остается дискуссионным и не может считаться окончательно решенным, хотя определение его в зависимости от буксировочных качеств судна нам кажется рациональным. До сих пор еще не уточнен вопрос об усилии на ваерах и скорости судна при травлении ваеров.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.