автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Актуальные вопросы обеспечения безопасности морской перевозки лесных грузов

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА

На правах рукописи

Карпович Олег Евгеньевич

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ МОРСКОЙ ПЕРЕВОЗКИ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ

Специальность 05.22.19

«Эксплуатация водного транспорта, судовождение»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

ШВ6

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА

На правах рукописи

Карпович Олег Евгеньевич

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ МОРСКОЙ ПЕРЕВОЗКИ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ

Специальность 05.22.19

«Эксплуатация водного транспорта, судовозвдение»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКЧ

ШГ

¿(РУ&Оогб

Работа выполнена в Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте морского флота

Научный руководитель - к.т.н., доцент В.А. Прокофьев

Официальные оппоненты - д.т.н., профессор В.Е. Михайлов

к.т.н., доцент К.В. Слатин

Ведущая организация: ОАО «Северо-западный флот»

Защита диссертации состоится «18» апреля 2005 г. в 10 часов на заседании Диссертационного Совета Д.223.002.03 при Государственной морской академии имени адмирала С.О. Макарова по адресу: 199106, Санкт-Петербург, Косая линия, 15а

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке академии.

Автореферат разослан «15» марта 2005 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять в адрес ученого секретаря Диссертационного Совета Д.223.002.03: 199106, Санкт-Петербург, Косая линия, 15а

Ученый секретарь Диссертационного Совета ДР™

д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Россия является одним из крупнейших в мире производителей и потребителей различных видов лесных грузов. В связи с расширением номенклатуры товаров, производимых из различных видов древесины, наблюдается ежегодное увеличение абсолютного и удельного веса лесных грузов в общем объеме товаров международной торговли.

Повысить эффективность и качество работы морского транспорта при перевозках лесных грузов можно за счет совершенствования технологии транспортировки, которая обеспечивает безопасность перевозок, сохранность материальных ценностей, более полное использование грузоподъемности и вместимости транспортных средств.

Недостаточная изученность транспортных характеристик и свойств лесных грузов, предъявляемых к морской перевозке, приводит к авариям судов, зачастую, с тяжелыми последствиями.

Накопленный опыт таких перевозок еще недостаточно обобщен и систематизирован. Рассмотрение лишь отдельных вопросов приводит, с одной стороны, к аварийным ситуациям в результате смещения различных лесных грузов (пиломатериалов в пакетах, бревен и др.), сопровояедающимся потерей части перевозимого груза, иногда приводящим к гибели судна, с другой - к чрезмерным неоправданным расходам на его крепление.

Анализ проблемы показал, что все виды лесных грузов на судне образуют штабели, обладающие свойствами, которые отличаются от свойств, составляющих их грузовых мест, и опасно проявляются в условиях морской перевозки. Одним из таких свойств является смещаемость. При этом смещаемость штабеля зависит не только от свойств грузовых мест, но и от порядка и способа их укладки. Также, на практике имеет место неполное использование провозной способности судов смешанного (река-море) плавания при перевозках лесных грузов, по причине чрезмерной жесткости требований к отдельным показателям диаграммы статической остойчивости. Эти вопросы и определили актуальность диссертационного исследования.

Целью работы является разработка новой технологии и комплекса организационных мер, направленных на повышение безопасности морской перевозки и сохранности лесных грузов на основе исследований транспортных характеристик и свойств лесных грузов и условий их морской транспортировки с учетом конструктивных особенностей систем крепления грузов.

Научная новизна результатов:

- впервые в мировой практике в качестве расчетной схемы для системы элементов крепления лесных грузов на верхней палубе судов предложена модель штабеля, состоящего из отдельных ярусов грузовых мест. Определен характер смещения в такой модели штабеля. Эта модель позволила принять новую схему действующих нагрузок и деформаций, применимую при разработке систем крепления лесных палубных грузов;

- впервые в мировой практике выявлено значительное снижение коэффициентов трения в реальных штабелях пакетированных пиломатериалов на судах, по сравнению с принятыми в действующих международных и национальных нормативных документах;

- раскрыты причины случаев смещения штабелей лесного груза на верхней палубе судна в зимних условиях.

Практическая ценность работы заключается в том, что были разработаны и внедрены предложения по дополнению Правил безопасности морской перевозки лесных грузов, позволяющие реально повысить уровень безопасности человеческой жизни при морской перевозке и уровень сохранности лесных грузов, сформулированы подходы к расчетной схеме системы крепления пакетированных пиломатериалов и бревен на верхней палубе судов. Предложена корректировка требований к углу заката диаграммы статической остойчивости судов смешанного (река-море) плавания при перевозке бревен на люковых крышках.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и получили положительную оценку на Международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга 12 сентября 2003 г., на заседании секции «В» седьмой Международной конференции «Российское ' судостроение и судоходство на мировом рынке» 24 сентября 2003 г. и на заседании секции научно-технического совета при Российском морском Регистре судоходства 30 ноября 2004 г.

В полном объеме работа рассмотрена и одобрена на заседании научно-технического совета факультета Международного транспортного менеджмента Государственной морской академии им. адм. С.О. Макарова 1 марта 2005 г.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 3 печатных работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 85 источников, и 6 приложений. Она содержит 175 страниц, 62 рисунка, 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показана необходимость разработки дополнений к Правилам безопасности морской перевозки лесных грузов, сформулированы цель и задачи исследования. Отмечено, что проблемам обеспечения безопасности морских перевозок смещающихся грузов посвящены работы А.Н. Крылова, J1.P. Аксютина, М.Е. Барановского, М.Н. Гаврилова, Э.А. Татарского, В.Е. Михайлова, В.И. Снопкова, Е.Б. Карповича и других авторов.

В первой главе выполнен анализ международной и национальной практики морских перевозок лесных грузов, случаев смещения и их последствий, а также анализ действующих международных и национальных нормативных документов по безопасности морской перевозки лесных грузов.

Отмечено, что ежегодно в среднем на 90 судах происходят аварии, связанные с перевозкой сухих, в том числе лесных, грузов. При этом среднее число погибших членов экипажей судов составило в среднем 170 человек за год.

Суда для перевозки генеральных грузов, количество которых составляет около 20% всего мирового торгового флота, принесли свыше 40% от всех убытков и почти 40% от числа несчастных случаев, что значительно больше, чем на других типах судов.

Существенную долю убытков составляют последствия смещения и потери грузов, особенно лесных, во время их транспортировки морем.

До сих пор метод размещения и крепления груза определенного состава и объема, обладающего присущими ему свойствами, во многом определяется не только инструкциями, но и «хорошей морской практикой» и реальным уровнем развития техники.

В работе подробно рассмотрены несколько последних случаев потерь груза и гибели судов, перевозивших пиломатериалы в пакетах и бревна на верхней палубе и люковых крышках.

Отмечена главная особенность рассматриваемых случаев, состоящая в смещении не отдельного грузового места, а всего массива или его значительной части. Системы крепления, не обеспечившие несмещаемость грузов, отличались креплением не отдельного грузового места, а значительных их массивов.

В российских нормативах 70-80-х годов прошлого века и в современных иностранных публикациях, посвященных перевозкам однотипных грузовых мест, основным требованием является создание «компактного и плотного каравана с возможно ровной поверхностью», т.е. «монолитного» каравана, к которому применимы методы, отработанные при креплении абсолютно твердого тела. Для этой цели при перевозках лесных грузов на верхней палубе служат стензели, независимые охватывающие найтовы или, так называемые, серьги. При определении усилий, воспринимаемых стензелями при перевозках лесных грузов на палубе, применялась модель, отработанная на навалочных грузах, с использованием угла естественного откоса. Переход на преимущественно пакетную перевозку пиломатериалов вызвал появление способа продольно-поперечной укладки пакетов в смежных ярусах. При этом разработчики полагали, что такая укладка позволяет отказаться от стензелей. Однако практика перевозок показывает, что и продольно-поперечная укладка не исключает смещения и потерь караванов. По-видимому, принятое допущение о монолитности каравана лесного палубного груза являлось ошибочным.

Проанализированы требования к безопасности перевозки лесных грузов на палубе регламентируемые следующими международными и национальными нормативными документами: Международной Конвенцией по охране человеческой жизни на море (СОЛАС-74); Международной конвенцией о грузовой марке; Кодексом безопасной практики для судов, перевозящих лесные палубные грузы; Кодексом остойчивости неповрежденных судов всех типов, на которые

распространяются документы Международной морской организации (ИМО); Правилами классификации и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства (РМРС); Правилами о грузовой марке морских судов РМРС; Правилами безопасности морской перевозки лесных грузов; РД 5.2211-89. Стензели для крепления лесных грузов. Правила проектирования. Конструкции.

Отмечено, что требования всех рассмотренных нормативных документов направлены на обеспечение безопасности морской перевозки лесного груза на верхней палубе, содержат положения о его укладке и креплении, но ни один из них не содержит достаточно обоснованной схемы распределения расчетной нагрузки на стензели, методики расчета необходимой и достаточной механической прочности найтовов и стензелей для крепления лесных палубных грузов.

Исследованию причин аварий, методов их предотвращения, разработке системы крепления лесных грузов на верхней палубе посвящена вторая глава диссертации.

Во второй главе рассмотрены механические модели штабелей, сформированных из круглого леса или из пакетов пиломатериалов, сделан выбор расчетной модели, проведены исследования пределов изменения транспортных характеристик и свойств указанных грузов, на основе полученных результатов разработаны схемы распределения расчетной нагрузки на стензели и методики определения нагрузок, действующих на системы крепления в составе стальных найтовов и стензелей.

Отмечено, что в отраслевых стандартах рассматривалось только продольное расположение круглого леса и пиломатериалов россыпью и в пакетах на открытой палубе. При определении усилий, воспринимаемых стензелями при перевозках лесных грузов на палубе, применялась модель, характерная для навалочного груза, т.е. с использованием угла естественного откоса, рекомендованные значения которого принимались для круглого леса - 35°, пакетированных пиломатериалов - 75° и отдельно приводились рекомендованные значения расчетных коэффициентов трения грузов в штабеле: бревен - 0,5, пакетированных пиломатериалов - 0,55.

В качестве расчетного распределения суммарной боковой нагрузки по высоте штабеля было принято распределение по закону трапеции (рис. 1).

Принято, что боковые нагрузки, воспринимаемые стензелями при перевозке лесного палубного груза, обусловлены статическим давлением груза и силами инерции при бортовой качке судна.

В итоге интенсивность суммарной боковой нагрузки рсум по высоте

стензеля определялась по формуле

Рис. 1. Схема распределения суммарной боковой нагрузки

ттл пг 1л/ура штАапп

Реум = Рст + Рм.1 + Рсдв = Уо^Н(Кс„ + К,Ъ1Н + КсЛй )

(1)

где у„ - объемная масса лесного палубного груза, т/м3;

I - расстояние между стензелями, м;

Я - высота каравана лесного палубного груза, м;

Кш - коэффициент статической нагрузки, зависящий от угла естественного откоса груза;

К1)ун - коэффициент динамической нагрузки, который рассматривает штабель лесного груза как «монолит» и зависит от периода качки судна;

^-коэффициент сдвигающей нагрузки, который учитывает смещение «монолитного» штабеля лесного груза по люковым крышкам и зависит от коэффициента трения в караване палубного леса.

В итоге, для определения прочных размеров стензелей применялась расчетная схема нагружения, приведенная на рис. 2, где А - высота фальшборта.

Здесь необходимо отметить, что принятые к учету значения углов естественного откоса груза и коэффициентов трения грузов в штабеле ничем не были подтверждены, методика или способ их замера не указаны и сама правомерность их применения не обоснована.

Такой подход к расчету стензелей для крепления лесных грузов сохранился и далее с одной лишь оговоркой, появившейся много позже, что он распространяется на стензели для крепления круглого длинномерного леса, расположенного вдоль судна, т.е. не распространяется на стензели для крепления пиломатериалов.

При определении усилий в найтовах для крепления пакетированных пиломатериалов сохранены те же подходы.

Принято, что усилия, возникающие в штабеле лесного палубного груза, обусловлены массой груза и силами инерции при бортовой качке судна.

Караван лесного палубного груза, рассматриваемый как единый блок -«монолит», удерживается в равновесии силами трения F, которые обусловлены силой веса груза и силами давления найтовов на поверхность каравана (рис. 3).

А

Я.

Рис. 2. Схема распределения нагрузки по высоте стензеля

Рис. 3. Схема нагрузок, действующих на «монолитный» караван лесного палубного груза Условие равновесия каравана лесного палубного груза при бортовой качке судна определяется выражением:

F = (Qcosp + 2N)f>Qsinp + PIIH (2)

откуда усилие натяжения найтова N должно быть не менее определяемого по формуле:

N =-L{Qsm Р-Qf cos Р) + Ри11, (3)

где Q - масса части штабеля лесного палубного груза закрепляемой найтовом, т; р - расчетный угол крена судна;

/ - коэффициент трения в караване лесного палубного груза; Р„н - сила инерции части штабеля между найтовами.

Приведенная схема расчета усилий, возникающих в караване лесного палубного груза пакетированных пиломатериалов, основана на допущениях о том, что штабель пакетированных пиломатериалов является «монолитом» и что смещение такого штабеля происходит по крышкам грузовых люков.

При разработке же схемы усилий, возникающих в штабеле продольно уложенных бревен, были приняты допущения о том, что смещению подвержены только верхние слои бревен, а условием равновесия штабелей как пакетированных пиломатериалов, так и бревен, является наличие достаточного усилия натяжения найтовов.

Таким образом, при расчете прочности найтовов был применен общий подход, используемый при креплении «монолитных» грузов, а именно: расчет жестких (стензели) и гибких (найтовы) элементов системы крепления выполняется на полную величину нагрузок без учета их взаимного влияния, так как считается, что найтовы только прижимают верхнюю поверхность штабеля, а усилия от бокового давления груза полностью воспринимаются стензелями.

В соответствии с вполне логически обоснованными требованиями Правил Регистра прочность стензеля не должна превышать прочности участка фальшборта, на который он опирается. Тем не менее, среди рассмотренных в Главе 1, отмечены случаи, когда смещение штабелей пакетированных пиломатериалов, или бревен приводило не только к срезу бревенчатых стензелей, но и повреждению фальшборта с появлением трещин в палубе и бортовой обшивке. Отмечен также случай, когда смещение штабеля пакетированных пиломатериалов привело только к изгибу стальных стензелей, но не причинило никаких повреждений фальшборту и корпусу судна.

Соблюдение именно этого требования является основной заботой разработчиков рассмотренных документов, в том числе и самых последних по времени, в которых смещение палубного лесного груза по прежнему рассматривается как смещение «монолита» по люковым крышкам судна, а расчеты стензелей и найтовов производятся без учета их взаимного влияния.

В настоящее время предъявляемый к морской перевозке груз пиломатериалов в пакетах (характеризуемый наличием на пакетах различных синтетических накидок и канатов) существенно отличается от прежних транспортных характеристик и свойств груза, позволявших удовлетвориться моделью «монолита», которая принималась к учету при разработке всех ныне действующих национальных и международных нормативных документов.

Следовательно, дальнейшее исследование должно базироваться на модели структуры штабеля, состоящей из нескольких ярусов пакетов пиломатериалов, между которыми присутствуют материалы и вещества с зачастую неизвестными коэффициентами трения.

Предметом дальнейшего рассмотрения являются как отдельное грузовое место - пакет пиломатериалов, так и элементарный штабель - стопа из пакетов, установленных друг на друга в несколько ярусов, а также штабели из бревен, уложенных как вдоль, так и поперек судна.

Пакет пиломатериалов представляет собой укрупненную грузовую единицу, сформированную из механически уложенных досок в пакет сечением около 1,1x1,1 м. Пакет обтягивают двумя или тремя увязками - поясами из стальной

ленты. После того как накладывают увязкн, пакет часто укрывают накидками с пяти сторон, кроме нижней (рис. 4).

Доски, прошедшие предварительную сушку до так называемой «транспортной» (около 25%) влажности, обычно формируют в пакеты с двумя -тремя, в зависимости от сечения досок, промежуточными по высоте пакета прокладками из деревянных планок сечением 5x20-30 мм, придающими пакету поперечную устойчивость.

Доски, уложенные в пакет, образуют структуру, внутри которой существуют поверхности скольжения между досками. Коэффициент трения между поверхностями скольжения внутри пакета можно принять как для сухого дерева равным 0,6 ^ 31°). Это значение коэффициента трения является самым большим и самым стабильным, т.е. практически не изменяющимся в процессе морской транспортировки, из всех существующих в структуре штабеля пакетированных пиломатериалов на верхней палубе.

Как показано на рисунке 4, в штабеле могут присутствовать пары трения между стропами, пары трения между внутренней поверхностью пленки и древесиной, а также пары трения между наружной поверхностью пленки и древесиной.

57

-4

1>2 А

I - пиломатериал, 2 - деревянные планки между стопками пиломатериалов (стиксы), 3 - синтетическая накидка на пяти гранях пакета, 4- подъемный строп (стальной или синтетический),

5 - поверхность трения верхней ветви стропа с нижней ветвью стропа или с

нижней поверхностью пиломатериалов пакета следующего яруса,

6 - поверхность трения верхней ветви

стропа с верхней поверхностью синтетической накидки пакета, 7 - поверхность трения нижней поверхности синтетической накидки с верхней поверхностью пиломатериалов

пакета, 8 - поверхности трения пиломатериалов внутри пакета между собой и по про кладом, 9 - поверхность трения пиломатериалов по нижней ветви стропа

Рис. 4. Схема структуры пакета пиломатериалов с накидкой и стропом: Результаты выполненных в рамках настоящей работы натурных исследований устойчивости структуры пакета пиломатериалов, а также элементарного штабеля -стопы из пакетов, установленных друг на друга в несколько ярусов, как вдоль судна, так и поперек судна показали, что разрушение структуры штабеля - стопы, составленной из нескольких пакетов, всегда происходило в виде опрокидывания стопы с последующим соскальзыванием прокладок или стропов под верхним пакетом по основанию (рис. 5).

Рис. 5. Опрокидывание стопы (а) с последующим соскальзыванием верхнего пакета (б)

Здесь необходимо подчеркнуть, что исследования выполнялись как с пакетами, не обернутыми накидками, но с деревянными прокладками между ярусами, исключающими из работы и увязывающие пакеты стальные ленты и подъемные стропы из стальных или синтетических канатов, так и без деревянных прокладок, но с пакетами, обернутыми накидками и снабженными синтетическими стропами.

Следующим этапом исследования было определение пределов изменения коэффициентов трения пар, существующих в отмеченной выше структуре штабеля и влияющих на выбор расчетных нагрузок на стензели и всю систему крепления палубного груза.

Для производства лабораторных экспериментов по определению углов (коэффициентов) трения была создана компактная установка, показанная на рис. 6, и подготовлены образцы реально присутствующих на судах пленок и подъемных

1 - штатив; 2 - подъемный механизм, 3 - подъемный трос; 4 - верхний шкив; 3 - подъемная платформа; 6 - цифровой измеритель угла наклона платформы, 7 - фиксаторы для крепления испытуемых образцов материалов основания,

8 - испытуемый образец матершла основания,

9 - утяжелитель с кольцом из образца пленки, 10 - колеса для плавного передвижения

подъемной платформы

для определения коэффициента трения: Были выполнены исследования коэффициентов трения 17 подготовленных образцов полимерных пленок и 2 видов стропов во всех возможных сочетаниях пар трения.

Рис. 6. Лабораторная установка

Результаты испытаний приведены в виде графиков на рис. 7. Овалами выделены зоны наиболее опасных сочетаний пар трения со значениями углов трения от 11° до 23°.

Рис. 7. Результаты испытаний различных комбинаций пар трения

Анализ результатов позволяет определить полимерные пленки №№ 9, 11, 14 и 17 как обладающие опасно низким углом (коэффициентом) трения, что могло бы служить основанием для требований об ограничении их применения в морской торговле, если бы не выявленное чрезвычайно опасное влияние замены стальных стропов на синтетические, средний угол трения которых по металлу составил 18°, а по древесине даже 16°.

В штабеле преобладающей по площади всегда является пара трения: канаты подъемных стропов - древесина нижнего, не закрытого накидками, слоя досок в пакете пиломатериалов (поз. 9 на рис. 4), оказавшаяся самым скользким местом, поэтому в качестве расчетной величины угла трения между отдельными ярусами пакетов для расчета прочности крепления палубного груза принимаем значение угла трения 16°.

Отдельного рассмотрения требует ситуация с явлением трения на поверхности люковых крышек в зимнее время, поскольку все рассмотренные случаи смещения пакетов пиломатериалов на судах имели место в это время года.

Если погрузка производится при температурах наружного воздуха -10°С и ниже, а рейс, как правило, происходит в южном направлении, то после выхода судна в более теплые воды, обычно при выходе из ледяных полей на чистую воду, происходит весьма быстрое нагревание погруженной в воду части корпуса судна, а вслед за ней и люковых крышек, до температур выше О°С. Такое нагревание сопровождается таянием нижнего, примерзшего к крышкам, слоя льда. В результате между льдом и поверхностью люковых крышек образуется тончайший слой воды, в

котором коэффициент трения скольжения падает до нуля. Именно в этой ситуации при наличии даже небольшой качки судна происходит смещение всего массива палубного штабеля как единого блока по оттаявшим люковым крышкам.

С целью изучения качественных характеристик этого явления и отработки приемлемых на практике способов его предотвращения был поставлен специальный эксперимент.

Как показали результаты эксперимента, покрытие тонким слоем песка поверхности люковых крышек перед началом погрузки в зимних условиях вполне исключает опасность смещения палубного штабеля при переходе судна в теплые воды. Поэтому, требованию перед началом погрузки в зимних условиях производить покрытие поверхности люковых крышек тонким слоем песка по результатам настоящего исследования впервые был придан нормативный характер.

Имея ввиду, что в соответствующих условиях люковые крышки будут посыпаны песком, ситуацию смещения груза единым блоком по люковым крышкам исключаем из дальнейшего рассмотрения, а в качестве расчетной принимаем схему самостоятельного смещения каждого яруса пакетов пиломатериалов по ниже лежащей поверхности, то ли предыдущего яруса пакетов пиломатериалов, то ли люковых крышек.

В качестве расчетного угла трения для всех ярусов пакетов пиломатериалов принимаем наименьшее среднее арифметическое из всех измеренных в настоящем исследовании. Оно определяется углом трения досок по синтетическим стропам, а именно 16°, что соответствует коэффициенту трения/ =tg\6° = 0,287 « 0,29.

Предлагаемая ниже методика разработана с учетом всех применимых требований нормативных документов о том, что прочность стензелей не должна превышать прочности фальшборта и, следовательно, при динамическом угле крена судна, близком к предельному расчетному, или при постоянном аварийном крене, должен происходить полный или частичный сброс штабеля за счет разрушения (разрыва) отдельных элементов системы крепления лесного палубного груза.

Расчетная схема укладки и крепления расчетного блока пакетов пиломатериалов на верхней палубе судна в поперечном сечении приведена на рис. 8. Здесь и далее все размеры и расчетные цифровые величины приведены на примере судов-лесовозов типа «Игорь Ильинский», но сама методика в полном объеме применима к судам любого типа при учете их конструктивных особенностей.

Как показали предварительные расчеты, соотношение расчетных нагрузок и прочности стензелей одного борта не обеспечивает безопасных условий перевозки, поэтому предлагаемая расчетная схема, позволяет учесть и прочность стензелей другого борта за счет создания второго замкнутого контура крепления (поперечно-опорного).

Определения и обозначения, принятые в дальнейшем исследовании.

Ярус - один слой пакетов пиломатериалов, размещенных в одной горизонтальной плоскости.

Ряд (продольный или поперечный) - пакеты пиломатериалов, находящиеся в ярусе в пределах ширины или длины пакета.

Стопа - массив, сформированный из единичных пакетов пиломатериалов, установленных вертикально друг на друга в пределах ширины пакета.

Штабель - массив, сформированный из рядов пакетов пиломатериалов, уложенных друг на друга в несколько ярусов.

Расчетный блок - (далее «блок») - часть штабеля длиной 3,0 м и шириной от борта до борта судна.

Стензель - вертикальная стойка, удерживающая крайние к борту пакеты в расчетном блоке от поперечного смещения (опрокидывания и/или соскальзывания).

Найтов - съемное средство крепления грузов (стальной канат, цепь), воспринимающее только растягивающую нагрузку и имеющее в своем составе устройство для натяжения путем регулирования длины (талреп и т.п.).

1ь, Ьь, - длина, ширина и высота блока пакетов пиломатериалов, м.

// - удельный погрузочный объем (УПО) груза, м3/т.

/ - номер яруса, начиная от основания штабеля на люковой крышке.

п - число ярусов в блоке пакетов пиломатериалов.

т - число пакетов в блоке по ширине судна.

Рь - масса блока пакетов, тс.

<р- расчетный угол трения яруса пакетов пиломатериалов по опорной плоскости, град.

- поперечная сдвигающая сила, действующая на 1-й ярус пакетов параллельно основанию штабеля, тс.

Еу, - суммарная поперечная сила на ярусе пакетов, учитывающая удерживающие силы трения, тс.

Тв- усилие вертикального натяжения в поперечном охватывающем блок найтове, необходимое для удержания блока при расчетном динамическом наклонении судна, тс.

Та - усилие в поперечном горизонтальном найтове (стензельной стяжке), стягивающем попарно верхние концы стензелей, выступающие по бортам над штабелем пакетов, тс.

I - длина судна, м.

В • ширина судна по расчетной ватерлинии, м. - осадка судна, м.

Л - водоизмещение судна, т.

Сь - коэффициент общей полноты корпуса судна.

А, - площадь скуловых килей, м2.

И0 - начальная метацентрическая высота, м.

Л - исправленная метацентрическая высота, м.

г- период бортовой качки, с.

гш и Нш - полувысота и высота волны, м.

а =

• х —- безразмерный инерционный коэффициент. 8 г

&2г • нормативная амплитуда бортовой качки судна, град.

0ф„ - угол динамического наклонения судна при действии качки и шквала,

град.

Ау - площадь парусности загруженного судна, м2.

- возвышение центра парусности судна над основной плоскостью (ОП), м.

- возвышение центра тяжести (ЦТ) загруженного судна над ОП, м.

г, - возвышение центра тяжести /-го яруса пакетов над ЦТ судна, м.

ру - нормативное ветровое давление на площадь А„ т/м2.

¡у - плечо ветрового кренящего момента, м.

J - расчетный момент инерции поперечного сечения стензеля, см4.

IV- момент сопротивления стензеля, см3.

М- изгибающий момент в расчетном сечении стензеля, кгсхсм.

сгт - предел текучести материала стензеля, кгс/см2.

I - расчетная длина стензеля от планширя до уровня точки крепления стензельной стяжки, м.

¿о - длина поперечной стяжки между стензелями, м.

Первый контур крепления блока (рис. 8) образован поперечными охватывающими найтовами, установленными с шагом 1,5 м, т.е. 2 найтова на расчетный блок, создающими вертикальное натяжение Тв. Предварительное усилие натяжения создается по окончании погрузки и поддерживается в рейсе специальной переносной лебедкой и/или талрепом.

Второй контур крепления образован парой стензелей, примыкающих к обеим сторонам блока и имеющих заделку к фальшбортам на уровне планширя и в стензельном гнезде на верхней палубе. Верхние концы стензелей соединены найтовом (стензельной стяжкой), проходящим поверх блока и включающим талреп для создания необходимого натяжения.

Все ярусы рассматриваемого расчетного блока принимаются однородными в поперечном направлении, при этом точки приложения равнодействующих сил в каждом ярусе расположены в диаметральной плоскости (ДП) на половине высоты пакета каждого яруса.

Каждый ярус блока подвержен нагрузке по нормали к основанию штабеля от собственной массово - инерционной силы и аналогичных сил от всех остальных ярусов, расположенных выше.

Принято, что вертикальное усилие Тв во всех четырех бортовых ветвях двух охватывающих блок поперечных найтовов одинаково и передается одновременно только на крайние бортовые стопы блока, создавая дополнительную удерживающую силу трения (рис. 8).

Поперечный найтов Стензелъ (шаг 3,0 ч) / т

Талрепы

ТГГ

Леерная стойка Стемеяьная стяжка

г -г -I -)-1- + -I -I- -1- -1 -I- I- + -I ■ .!_ ± _1 _]_ 1_ _1_ _1.

Гимнам падуба

\~i-~i I- -+ к + -I -I- 1- 4L ± J _1_ L ± J

Крышка люка

ДП

□

внешняя стопа пактов с пригрузкой от Т„ I_I внутренний блок пактов без пригрузки от Т,

Рис. 8. Расчетная схема укладки и крепления пакетов пиломатериалов на верхней палубе

При динамическом наклонении судна на каждый ярус рассматриваемого блока пакетов действует суммарная массово - инерционная сила Р и сила бокового давления ветра при шквале. Проекции этих сил определяются выражениями:

ру, =

-Л 0,07

или

* У1 ' I

(4)

(5)

_ ^ _ р

при этом = — и = —- поперечная и вертикальная безразмерные (в долях

от силы тяжести) проекции силы Р.

Для палубного груза принимаем условие, что рассматриваемые силы достигают своих максимальных расчетных значений в момент, когда судно расположено на вершине резонансной волны. Произведение силы Рг1 на коэффициент трения, равный tg(p, дает величину силы трения, препятствующей смещению, вызываемому силами Принято, что коэффициенты трения

скольжения по люковым крышкам (ЛК) и между ярусами пакетов одинаковы.

Результирующая поперечная сила Еу, на каждом ярусе (рис. 9) определяется по формуле:

_ 'ь

Вы —

(1 + п-1)-^--Р!1+2Тв п

'8<Р-

(6)

Величиной переносного момента при большом числе пакетов в ярусе можно пренебречь.

Принимаем, что результирующие нагрузки от каждого яруса передаются на подветренный стензель Ф в виде сосредоточенных нагрузок Еу1, приложенных на половине высоты пакета (рис. 9).

Из сравнения формул 4, 5 и 6 видно, что при д>=сопз1 значение Еу, изменяется линейно по высоте блока пакетов, в результате чего смещение груза начинается со скольжения верхнего яруса к подветренному борту.

Примечание: Определение именно этой зависимости является основным результатом настоящего исследования, на основе которого могут быть построены различные системы крепления, позволяющие более полно учесть транспортные характеристики грузов и особенности судовых конструкций.

В данной работе один из возможных вариантов такой системы крепления рассмотрен на примере судов типа «Игорь Ильинский», оборудованных съемными стальными стензелями со стензельными стяжками на уровне поверхности штабеля лесного палубного груза (рис. 8 и рис. 9).

После начала смещения верхнего яруса груза к подветренному борту происходит начальный изгиб верхнего конца стензеля ©, а возникающая при этом сила через соединяющий найтов передается на стензель Ф.

Расчетная схема

НВ борт ПВ борт

Рис. 9. Схема действующих нагрузок и деформаций на стензелях, соединенных упругой стяжкой:

ф - стензель наветренного борта; ® - стензель подветренного борта Поперечная деформация у2 стензеля © включает изгиб у1 стензеля ® и удлинение ЛЬ0 соединяющего найтова от действия силы Тст, т.е.

уг=у,+ ЛЬН. (7)

С учетом положений теории сопротивления материалов, учитывающих реальные способы заделки основания стензеля в гнезде на верхней палубе и конструкцию крепления стензеля на фальшборту, а также растяжение стального троса были получены зависимости, позволяющие определить необходимое предварительное натяжение стензельных стяжек Тст и построить эпюры

перерезывающих сил, изгибающих моментов и форму линии изгиба стензелей, а также рассчитать поперечные отклонения их свободных концов (рис. 9).

Выражение для Тст, учитывающее конструктивные особенности системы крепления лесного палубного груза:

где: р = ~-—; ,(см/кгс); бы

Ч = » (см/кгс);

Щ Етр

А - диаметр троса, см;

Етр - 900000 кгс/см2 - модуль растяжения стального троса;

= г ~ уг и + - безразмерные коэффициенты.

Преобразуя далее (6) относительно Тв, получаем

Fy. + ^-F^-tgJ-E^

Тв>---!--. (9)

2tgq>

Результаты расчетов по изложенной методике средствами Microsoft Excel на примере судов типа «Игорь Ильинский» показали, что расчетные значения усилий в прижимающих найтовах находятся в пределах, вполне достижимых путем использования средств малой механизации - переносных ручных талей, а усилия в стензельных стяжках допускают применение тросов с уменьшенной вдвое разрывной нагрузкой. Тогда в случае аварийного крена судна сначала будет рваться стензельная стяжка, затем стензель подветренного борта изогнется на уровне планширя, стойки которого в то же время не подвергнутся разрушению, после чего будут рваться прижимающие поперечные найтовы, и груз будет уходить за борт.

Применение изложенной методики в случае, если прочность стензелей не учитывается в составе крепления, т.е. для случая крепления блока только поперечными найтовами, позволяет более точно рассчитать их необходимую и достаточную разрывную прочность на данном типе судов, и насколько рассчитанная прочность найтовов отличается от разрывной нагрузки в 133 кН, жестко требуемой действующими нормативными документами.

В третьей главе на основе изучения практики перевозок лесных грузов на судах смешанного (река-море) плавания было выявлено, что на отдельных типах судов имеет место не полное использование грузоподъемности из-за необходимости соблюдения всех требований к диаграмме статической остойчивости.

Оказалось, что судовые «Информации об остойчивости» содержат ограничения по грузоподъемности, вызванные необходимостью соблюдения всех

нормируемых РМРС показателей диаграммы статической остойчивости, в частности, лимитирующим для судов типа «Ладога» проекта 285, последовательно оказывался сначала угол заката, а затем максимальное плечо диаграммы статической остойчивости.

В соответствии с Кодексом остойчивости неповрежденных судов всех типов, на которые распространяются документы ИМО, остойчивость судна считается по критерию погоды достаточной, если оно в состоянии противостоять одновременному действию ветра и волнения.

Правила классификации и постройки морских судов РМРС в части требований к диаграмме статической остойчивости в полном объеме включают требования Кодекса ИМО. При этом они дополнительно содержат требования к углу заката диаграммы, который должен быть не менее 60°, и вводят несколько условий уменьшения этого жесткого требования, в том числе:

- судам, имеющим отношение B/D > 2, разрешается плавание при уменьшенных угле заката и угле, соответствующем максимальному плечу диаграммы, по сравнению с требуемыми 60° и 30°,

- для угла заката - на величину A0V, определяемую по формуле:

Лв9=4(У^-2^К-Г),гргл (10)

где: В - ширина судна, м;

D - осадка судна, м;

К- критерий погоды.

При B/D > 2,5 и К > 1,5 соответственно принимается B/D =2,5 и К= 1,5. Значение А&„ округляется до целого числа.

Как показали расчеты по формуле 10 (формула 2.2.2.1 Правил РМРС) допустимое снижение угла заката 0У для судов пр. 285 при перевозках лесных грузов в среднем составляет 2°, т.е. принятое к учету при разработке судовой Информации об остойчивости значение 0, >58°.

Судами, имеющими отношение B/D >2, в подавляющем большинстве случаев, являются суда ограниченных районов плавания, в том числе, смешанного (река-море) плавания.

/

\ У К к,

г L

ч \У \ У а У в, в, в, в.

Рис. 10. Схема проверки остойчивости судна по критерию погоды

Как показала практика, приведенные выше ограничения по углу заката диаграммы статической остойчивости для целого ряда судов, например, т/х «Ладога» пр. 285, оказались слишком жесткими, т.е. приводящими к снижению провозной способности при перевозках лесных грузов.

С целью оценки реальной потери провозной способности были выполнены сравнительные расчетные исследования характеристик остойчивости судна пр. 285, результаты которых показали, что за счет некоторого снижения требований к углу заката диаграммы остойчивости до значения 0,=52,5°, но с соблюдением следующего лимитирующего критерия - максимального плеча диаграммы /таг>0,25 м становится возможным дополнительно принять от 80 до 115 тонн груза бревен на люковые крышки судна, что позволит получать дополнительную прибыль судовладельцу в каждом рейсе.

При этом уровень безопасности человеческой жизни не снижается, поскольку основная масса груза бревен на люковых крышках перевозится в положении поперек судна без крепления найтовами.

Сохранность (несмещаемость) груза поперечно уложенных бревен в нормальных эксплуатационных условиях в соответствии с Правилами безопасности морской перевозки лесных грузов обеспечена соблюдением критерия несмещаемости, т.е. до динамического угла крена судна, не превышающего угол динамической устойчивости груза, бревна на ЛК не смещаются.

В случае возникновения динамического угла крена судна, превышающего угол динамической устойчивости груза, такой угол крена считается аварийным и некоторая часть груза поперечно уложенных на ЛК бревен уйдет за борт, создавая запас плавучести и остойчивости для продолжения борьбы за живучесть судна. При этом все характеристики диаграммы статической остойчивости, в том числе угол заката приходят в соответствие с требованиями Правил РМРС.

На основании изложенного, дополнительные требования к диаграмме статической остойчивости, позволяющие обеспечить более полное использование провозной способности судов смешанного (река-море) плавания при перевозке бревен на верхней палубе поперек судна могут быть сформулированы следующим образом:

«Пункт 2.2.2 Части IV «Остойчивость» Правил РМРС дополнить подпунктом «.3 судам с грузом поперечно уложенных на ЛК бревен разрешается плавание при уменьшенном до 50° угле заката диаграммы статической остойчивости».

В четвертой главе на основе результатов выполненных исследований приведены основные положения предлагаемого проекта Дополнения к действующим Правилам безопасности морской перевозки лесных грузов, предназначенного для уточнения методики определения нагрузок, действующих на элементы системы крепления груза при перевозках пакетированных пиломатериалов и поперечно уложенных бревен на верхней палубе, с целью их использования при проектировании и конструктивном оформлении элементов системы крепления на судах, занятых их морской перевозкой, а также текст

циркулярного письма, предложенный Министерству транспорта Российской Федерации для издания от имени Федеральной службы по надзору в сфере транспорта с целью срочной информации всех организаций, связанных с морской перевозкой лесных грузов, о срочных мерах, соблюдение которых призвано повысить безопасность их перевозки.

Предлагаемая методика определения нагрузок, действующих на элементы системы крепления груза, разработана с учетом, что прочность стензелей не должна превышать прочности фальшборта и, следовательно, при определенном угле наклонения судна, близком к предельному расчетному, или при постоянном аварийном крене, должен происходить полный или частичный сброс штабеля в море за счет разрушения (разрыва) отдельных элементов системы крепления лесного палубного груза.

Первый контур крепления блока лесного палубного груза (рис. 9) образован поперечными охватывающими найтовами, установленными с шагом от 1,5 до 3,0 м и создающими предварительное усилие вертикального натяжения Тв.

Предлагаемая расчетная схема, позволяет, при необходимости, учесть и прочность стензелей обоих бортов за счет создания второго замкнутого контура крепления (поперечно-опорного).

Второй контур крепления образован парой стензелей, примыкающих к обеим сторонам блока лесного палубного груза и имеющих крепление к фальшбортам на уровне планширя. Верхние концы стензелей соединены найтовом (стензельной стяжкой), проходящим поверх блока и включающим талреп для создания необходимого натяжения Тст.

Все ярусы рассматриваемого расчетного блока принимают однородными в поперечном направлении, при этом точки приложения равнодействующих сил в каждом ярусе расположены в диаметральной плоскости и на половине высоты пакета.

При динамическом наклонении судна на каждый ярус рассматриваемого блока пакетов действует суммарная массово - инерционная сила Р и сила бокового давления ветра при шквале.

Каждый ярус блока подвержен нагрузке по нормали к верхней палубе от собственной массово - инерционной силы и аналогичных сил от всех остальных ярусов, расположенных выше.

Произведение силы на коэффициент трения, равный tg<p, дает величину силы трения, препятствующей смещению, вызываемому силами /у.

Вертикальное усилие Тв во всех четырех бортовых ветвях двух охватывающих блок поперечных найтовов принимается одинаковым, и оно передается одновременно только на крайние бортовые стопы блока, создавая дополнительную удерживающую силу трения.

Силы трения скольжения по люковым крышкам и между ярусами пакетов принимаются одинаковыми и определяются коэффициентом трения f=tglб0=const, а результирующие нагрузки от каждого яруса передаются на подветренный стензель в виде сосредоточенных нагрузок Еу„ значения которых изменяются линейно по высоте блока пакетов (рис. 9).

В результате начального изгиба верхнего конца стензеля пониженного борта возникающая сила через соединяющий найтов передается на стензель повышенного борта.

Руководствуясь положениями теории сопротивления материалов, необходимо определить прочность стоек фальшборта, воспринимающих через планширь боковое давление от подветренного стензеля, затем учесть реальные способы заделки основания стензеля в гнезде на верхней палубе и конструкцию крепления стензеля на фальшборте, а также растяжение стального троса стензельных стяжек и построить эпюры перерезывающих сил, изгибающих моментов и форму линии изгиба стензелей, а также рассчитать поперечные отклонения их свободных концов.

Применение изложенной методики в случае, если прочность стензелей не учитывается в составе крепления, т.е. для случая крепления блока только поперечными найтовами, позволит более точно рассчитать их необходимую и достаточную разрывную прочность на конкретном типе судов.

Основные положения предложенного Минтрансу России проекта циркулярного письма касались необходимости выполнения нескольких срочных мероприятий, соблюдение которых призвано повысить безопасность перевозки лесных палубных грузов.

В частности обращалось внимание на необходимость посыпания тонким слоем песка в зимнее время очищенной от снега и льда поверхности верхней палубы и люковых крышек до начала погрузки палубного груза.

При погрузке пакетов с инвентарными стропами из синтетических (полипропиленовых) канатов, которые вдвое снижают коэффициент трения между ярусами пакетированных пиломатериалов в штабеле, предложено поверх защитного тента обязательно устанавливать стяжки пар стензелей такой прочности, чтобы их разрывная нагрузка, по возможности, не превышала половины разрывной нагрузки основных найтовов.

В качестве альтернативы чисто продольной укладке бревен при перевозках в Неограниченном районе плавания рекомендовано выполнять между стензелями продольную укладку бревен поверх основной массы поперечно уложенных бревен с креплением поперечными найтовами как показано на рис. 11.

По результатам согласования с Главным управлением Российского морского регистра судоходства и рассмотрения в Управлении надзора в сфере морского и речного транспорта Федеральной службой по надзору в сфере транспорта было издано соответствующее циркулярное письмо от 09.12.2004 г. за № МС-262.

Рис. 11. Схема укладки и крепления бревен, уложенных поперек и вдоль судна, в Неограниченном районе плавания:

1 - обух, 2 - продольно уложенные бревна; 3 - лесной найтов; 4 - стензельная стойка;

5 - поперечно уложенные бревна

Основные результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Определено, что все виды лесных грузов на судне образуют штабели, обладающие свойствами, которые отличаются от свойств, составляющих их грузовых мест, что опасно проявляется в условиях морской перевозки, вызывая смещение груза. При этом смещаемость штабеля зависит не только от свойств грузовых мест, но и от порядка и способа их укладки.

2. Впервые в качестве расчетной схемы для элементов крепления лесных грузов на верхней палубе судов вместо модели «монолитного груза» предложена модель штабеля, состоящего из отдельных ярусов грузовых мест, смещение которого начинается с соскальзывания верхнего яруса. Эта модель позволила принять новую схему действующих нагрузок и деформаций, применимую при разработке систем крепления лесных палубных грузов.

3. Впервые выявлено значительное снижение коэффициентов трения в реальных штабелях пакетированных пиломатериалов на судах, по сравнению с принятыми в действующих международных и национальных нормативных документах. Раскрыты причины случаев смещения штабеля лесного груза на верхней палубе судна в зимних условиях - соскальзывание в результате оттаивания льда над люковыми крышками.

4. Выявлено, что имеет место неполное использование провозной способности судов смешанного (река-море) плавания при перевозках лесных грузов, по причине чрезмерной жесткости требований к протяженности диаграммы статической остойчивости.

5. Предложена корректировка требований к углу заката диаграммы статической остойчивости судов смешанного (река-море) плавания при перевозке бревен на люковых крышках.

6. Разработаны, исследованы и внедрены в практику работы флота в виде циркулярного письма Федеральной службы по надзору в сфере транспорта от 09.12.2004 г. за № МС-262 предложения по дополнению Правил безопасности морской перевозки лесных грузов, позволяющие реально повысить уровен1. безопасности человеческой жизни при морской перевозке и уровень сохранности лесных грузов.

7. Достоверность результатов подтверждена практикой морских перевозок лесных грузов в 2002-2004 гг. Результаты работы найдут полное практическое внедрение при разработке новой редакции «Правил безопасности морской перевозки лесных грузов».

Основные положения диссертации изложены в следующих печатных работах автора:

1. Карпович O.E., Карпович Е.Б. Некоторые вопросы нормирования безопасности перевозки лесных грузов на судах смешанного (река-море) плавания. / Безопасность водного транспорта: Труды международной научно-практической конференции // Под общ. ред. Н.Г. Смирнова, A.C. Бутова, O.K. Безюкова / Том 1. -СПб.: ИИЦ СПГУВК, 2003. с. 109-113.

2. Карпович O.E. Нормирование безопасности морской перевозки генеральных грузов. / Седьмая международная конференция: Российское судостроение и судоходство на мировом рынке. Тезисы докладов конференции. - СПб.: ИПК Ленэкспо, 2003. с. 55-58.

3. Карпович O.E. Актуальные вопросы обеспечения безопасности морской перевозки грузов. / Сборник научных трудов ЦНИИМФа. Проблемы развития морского флота. - СПб: ЦНИИМФ, 2004. с. 142-147.

РНБ Русский фонд

2005-4 44896

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРАКТИКИ РАЗМЕЩЕНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ ЛЕСНЫХ

ГРУЗОВ НА СУДАХ, АВАРИЙНЫХ СЛУЧАЕВ ПРИ ИХ ПЕРЕВОЗКЕ

МОРЕМ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Международная и национальная практика морских перевозок лесных грузов, случаев смещения лесных грузов, их последствий.

1.2. анализ действующих международных и национальных нормативных документов.

1.3. Номенклатура (перечень наименований лесных грузов, применяющихся при их транспортировке морем), транспортные характеристики и свойства лесных грузов.

1.4. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОВЕДЕНИЯ ШТАБЕЛЕЙ БРЕВЕН И ПАКЕТИРОВАННЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НА ВЕРХНЕЙ ПАЛУБЕ СУДНА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА СТЕНЗЕЛИ.

2.1. Рассмотрение вариантов механических моделей штабелей из бревен круглого леса) и из пакетов пиломатериалов и выбор расчетной модели.

2.2. Лабораторные и натурные исследования пределов изменения транспортных характеристик и свойств бревен и пакетированных пиломатериалов.

2.3. Разработка схемы распределения расчетной нагрузки на стензели и методики определения нагрузок, действующих на стальные стензели и найтовы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ ЗАГРУЗКИ СУДОВ СМЕШАННОГО (РЕКА-МОРЕ) ПЛАВАНИЯ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ БРЕВЕН НА ВЕРХНЕЙ ПАЛУБЕ С УЧЕТОМ ПРИМЕНЕНИЯ КРИТЕРИЯ НЕСМЕЩАЕМОСТИ ГРУЗОВ.

3.1. Анализ требований к диаграмме остойчивости, лимитирующих использование провозной способности судов смешанного (река-море) плавания при перевозке лесных грузов.

3.2. Анализ значения критерия несмещаемости при перевозке бревен на верхней палубе судов смешанного (река-море) плавания.

3.3. Разработка дополнительных требований к диаграмме остойчивости, обеспечивающих полное использование провозной способности судов смешанного (река-море) плавания при перевозке бревен на верхней палубе поперек судна.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ДОПОЛНЕНИЮ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ МОРСКОЙ ПЕРЕВОЗКИ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ.

4.1. Разработка основных положений проекта Приложения к Правилам, содержащего методику расчета прочности стальных стензелей для крепления пакетированных пиломатериалов и поперечно уложенных бревен.

4.2. Разработка проекта циркуляра Минтранса РФ о внесении в Правила дополнений, содержащих требования по обеспечению безопасности перевозки пиломатериалов в пакетах и бревен на верхней палубе.

Россия является одним из крупнейших в мире производителей и потребителей различных видов лесных грузов. В связи с расширением номенклатуры товаров, производимых из различных видов древесины, наблюдается увеличение удельного веса лесных грузов в общем объеме товаров международной торговли.

Повысить эффективность и качество работы морского транспорта при перевозках лесных грузов можно за счет совершенствования технологии транспортировки, которая обеспечивает безопасность перевозок, сохранность материальных ценностей, более полное использование грузоподъемности и вместимости транспортных средств.

Проблемам обеспечения безопасности морских перевозок смещающихся грузов посвящены работы А.Н. Крылова [27], JI.P. Аксютина [1, 2], М.Е.Барановского [5, 6], М.Н. Гаврилова [15], Э.А. Гагарского [16], В.Е. Михайлова [34, 35], В.И. Снопкова [53, 54], Е.Б. Карповича [19, 20, 21].

Недостаточная изученность транспортных характеристик и свойств лесных грузов приводит к авариям судов, зачастую, с тяжелыми последствиями.

Накопленный опыт таких перевозок еще мало обобщен и систематизирован. Рассмотрение лишь отдельных вопросов приводит, с одной стороны, к аварийным ситуациям в результате смещения различных лесных грузов (пиломатериалов в пакетах, бревен и др.), сопровождающееся потерей части перевозимого груза, иногда, приводящее к гибели судна, с другой — к чрезмерным неоправданным расходам на его крепление.

Анализ проблемы показал, что все виды лесных грузов на судне образуют штабели, обладающие свойствами, которые отличаются от свойств, составляющих их грузовых мест, и опасно проявляются в условиях морской перевозки. Одним из таких свойств является смещаемость. При этом смещаемость штабеля зависит не только от свойств грузовых мест, но и от порядка и способа их укладки. Также, имеет место неполное использование провозной способности судов смешанного (река-море) плавания при перевозках лесных грузов, по причине чрезмерной жесткости требований к протяженности диаграммы статической остойчивости.

Целью диссертационной работы является повышение безопасности морской перевозки и сохранности лесных грузов путем:

1. Уточнения требований к морской перевозке пакетированных пиломатериалов и к расчетной схеме нагружения стальных стензелей.

2. Корректировки требований к углу заката диаграммы статической остойчивости судов смешанного (река-море) плавания при перевозке бревен на люковых крышках.

3. Разработки предложений по дополнению Правил безопасности морской перевозки лесных грузов.

Поставленные задачи решались на основе качественного и количественного анализа существующей технологии морской транспортировки лесных грузов путем лабораторных исследований физико-механических свойств лесных грузов, их стендовых и натурных испытаний. Достоверность результатов подтверждена практикой перевозок лесных грузов в 2002-2004 гг. Результаты работы найдут полное практическое внедрение при разработке новой редакции «Правил безопасности морской перевозки лесных грузов».

Основные результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Определено, что все виды лесных грузов на судне образуют штабели, обладающие свойствами, которые отличаются от свойств, составляющих их грузовых мест, что опасно проявляется в условиях морской перевозки, вызывая смещение груза. При этом смещаемость штабеля зависит не только от свойств грузовых мест, но и от порядка и способа их укладки.

2. Впервые в качестве расчетной схемы для элементов крепления лесных грузов на верхней палубе судов вместо модели «монолитного груза», предложена модель штабеля, состоящего из отдельных ярусов грузовых мест.

3. Впервые выявлено значительное снижение коэффициентов трения в реальных штабелях пакетированных пиломатериалов на судах, по сравнению с принятыми в действующих нормативных документах. Раскрыты причины случаев смещения штабеля лесного груза на верхней палубе судна в зимних условиях - соскальзывание в результате оттаивания льда над люковыми крышками.

4. Выявлено, что имеет место неполное использование провозной способности судов смешанного (река-море) плавания при перевозках лесных грузов, по причине чрезмерной жесткости требований к протяженности диаграммы статической остойчивости.

5. Предложена корректировка требований к углу заката диаграммы статической остойчивости судов смешанного (река-море) плавания при перевозке бревен на люковых крышках.

6. Разработаны, исследованы и внедрены в практику работы в виде циркулярного письма Федеральной службой по надзору в сфере транспорта от 09.12.2004 г. за № МС-262 предложения по дополнению Правил безопасности морской перевозки лесных грузов, позволяющие реально повысить уровень безопасности человеческой жизни при морской перевозке и уровень сохранности лесных грузов.

7. Достоверность результатов подтверждена практикой перевозок лесных грузов в 2002-2004 гг. Результаты работы найдут полное практическое внедрение при разработке новой редакции «Правил безопасности морской перевозки лесных грузов».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Аксютин Л.Р., Благовещенский С.Н. Аварии судов от потери остойчивости.-Л.: Судостроение, 1975. — 198 с.

2. Аксютин Л.Р. Борьба с авариями морских судов от потери остойчивости. Л.: Судостроение, 1986. - 160 с.

3. Александров М.Н. Безопасность человека на море. — Л.: Судостроение, 1983. -208 с.

4. Барабанов Н.В. Теоретические и экспериментальные исследования фальшбортов и узлов крепления палубных грузов // Копия отчета о НИР Л.: Ленинградский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1977. С.1-22.

5. Барановский М.Е. Обоснование расчетных формул для критерия несмещаемости незерновых навалочных грузов. — Л.: ЦНИИМФ, вып. 210, 1975. С.86-106.

6. Барановский М.Е. Безопасность морской перевозки навалочных грузов. М.: Транспорт, 1985. - 189 с.

7. Бекенский Б.Е. Практические расчеты мореходных качеств судна. — М.: Транспорт, 1974. 274 с.

8. Бекерский В.И., Фролов Н.А., Богданов Б.П. Расчет крепления палубных грузов на морских судах. М.; 1977. С.3-8 (Технология морских перевозок. Экспресс информация. / ЦБНТИ ММФ: вып. 2 (54).

9. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Том 1. Статика корабля. — Л.: Судостроение, 1975. -336 с.

10. Бревна пиловочные лиственных пород, поставляемые для экспорта. Технические требования. ГОСТ 22299-76. М.: Издательство стандартов, 1984. 4 с.

11. И. Бревна пиловочные хвойных пород, поставляемые для экспорта. Технические требования. ГОСТ 22298-76. М.: Издательство стандартов, 1976. 5 с.

12. Васильев К.П. Что должен знать судоводитель о картах погоды и состоянии моря. — JL: Гидрометеоиздат, 1980. — 231 с.

13. Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные. Регистр СССР. Л.: Транспорт. 1974. - 360 с.

14. Войнаровский Ю.М. Определение условий несмещаемости навалочного груза с учетом фазовой связи угловых колебаний судна с орбитальным движением. / Труды ЦНИИМФ. Л.: Транспорт. 1982. вып. 272. С.52-55.

15. Гаврилов М.Н., Станкеев В.М. Прогрессивная технология морских перевозок лесных грузов. Серия Технология морских перевозок. — М.: ЦБНТИ ММФ, 1977. С. 3-24.

16. Голдобенко А.В., Гагарский Э.А. Организация морских пакетных перевозок. -М.: Транспорт. 1973. — 184 с.

17. Дооборудование т/х «Капитан Гончаров» съемными металлическими стензелями. Расчетно-пояснительная записка. 935-901-002Р. — Л.: ЦНИИМФ, 1990. 30 с. Техническое описание. Инструкция по эксплуатации. 935-072-002 ДЭ. - Л.: ЦНИИМФ, 1990. - 8 с.

18. Информация об остойчивости т/х «Ладога» пр. 285. СПб. ВИТКО, 2004. 86 с.

19. Карпович Е.Б. Классификация грузов по модели смещения. / Сохранная и безопасная перевозка грузов. — Л.: Транспорт, 1986. С.5-10.

20. Карпович Е.Б. Расчет несмещаемости груза с учетом сил трения. / Технология морских перевозок грузов. — Л.: Транспорт, 1987. С.28— 31.

21. Карпович О.Е. Актуальные вопросы обеспечения безопасности морской перевозки грузов. / Сборник научных трудов ЦНИИМФа. Проблемы развития морского флота. СПб: 2004. С. 142-147.

22. Кодекс безопасной практики для судов, перевозящих лесные палубные грузы. (Резолюция А.715(17) в книге «Сборник кодексов ИМО» СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 1997. - 330 с. С. 108-178.

23. Кодекс безопасной практики размещения и крепления грузов (Резолюция А.714(17) в книге «Сборник кодексов ИМО» СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 1997. - 330 с. С. 178-329.

24. Кодекс остойчивости неповрежденных судов всех типов, на которые распространяются документы ИМО. (Резолюция А.749(18) принята 4 ноября 1993.

25. Крепление лесных грузов на открытых палубах лесовозов. Правила проектирования. Конструкции. Проект отраслевого стандарта. С 219104.003. 1975.46 с.

26. Крылов А.Н. Суда, перевозившие паровозы. Собрание трудов Т.9, ч.2. М. - Л.: АН СССР, 1949. - 313 с.

27. Лаврушин Г.А. Прочность и долговечность средств пакетирования грузов. М.: Транспорт, 1987. - 160 с.

28. Луговский В.В. Теоретические основы нормирования остойчивости морских судов. Л.: Судостроение, 1971. - 248 с.

29. Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море. 1974 (Текст, измененный Протоколом 1988 года к ней с поправками). СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002. - 925 с.

30. Международная Конвенция о грузовой марке 1966 г., измененная протоколом 1988 года к ней (КГМ 66/88). СПб.: ЦНИИМФ, 1999. -135 с.

31. Международный экспедитор. №2, 2000. с. 39.

32. Методика определения нагрузок, воспринимаемых стензелями при перевозке палубного груза. Классификация стензелей и методы расчета их прочности. ОСТ 5.0156-74. — 36 с.

33. Михайлов В.Е. Оптимальные характеристики найтовов и эффективность их применения для крепления контейнеров. «Судостроение» №3, 1998. С. 31-33.

34. Михайлов В.Е. Основы расчета безопасного крепления крупнотоннажных контейнеров при морских перевозках. СПб.: МАНЭБ, Российский морской регистр судоходства. 1998. — 131 с.

35. Новицкий П.Б., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение. 1985. — 248 с.

36. Оценка прочностных характеристик стензелей и фальшборта т/х «Высокогорск». 1102-140-МИК.001. Владивосток: ЗАО «Морская инженерная компания», 2002. — 7 с.

37. Пакеты транспортные лесоматериалов. Размеры. ГОСТ 16369-96. М.: Издательство стандартов, 1997. 5 с.

38. Перспективы развития европейского рынка хвойных пиломатериалов. БИКИ № 140 (8786), М.: Всероссийский научно-исследовательский конъюнктурный институт. 07.12.2004. С. 6-7.

39. Пиломатериалы лиственных пород. Технические условия. ГОСТ 2695-83. М.: Издательство стандартов, 1997. — 14 с.

40. Пиломатериалы хвойных пород черноморской сортировки, поставляемые для экспорта. Технические условия. ГОСТ 9302-83.

41. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры. ГОСТ 24454-80.

42. Пиломатериалы хвойных пород северной сортировки, поставляемые для экспорта. Технические условия. ГОСТ 26002-83.

43. Пленка полиэтиленовая термоусадочная. Технические условия. ГОСТ 25951-83.

44. Правила безопасности морской перевозки генеральных грузов. Общие требования и положения. 4-М, Том 2. СПб.: ЦНИИМФ, 1996. С. 6-66.

45. Правила безопасности морской перевозки лесных грузов. 4-М, Том 2. Книга 2. СПб.: ЦНИИМФ, 1997. С. 5-74.

46. Правила безопасности морской перевозки грузов. (РД 31.11.21.162003). СПб.: ЦНИИМФ, 2003, - 74 с.

47. Правила о грузовой марке морских судов. СПб.: РМРС, 1999. С. 326-373.

48. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. СПб.: РМРС, 1999.-471 с.

49. Правила перевозок грузов железнодорожным транспортом. Книга 1. М.: Юридическая фирма Юртранс, 2003. С.339-343.

50. Правила техники безопасности на судах морского флота. М.: Мортехинформреклама, 1992.— 235 с.

51. Рекомендации по обеспечению безопасности плавания судов в осенне-зимний период и в штормовых условиях (РОБПС 77). — М.: Рекламбюро ММФ, 1977. 60 с.

52. Снопков В.И. Технология перевозки грузов морем. — СПб.: АНО НПО «Мир и семья», 2001. 560 с.

53. Снопков В.И., Конопелько Г.И., Васильева В.Б. Безопасность мореплавания. М.: Транспорт, 1994. - 247 с.

54. Современный словарь иностранных слов. М.: Русский язык, 2001. — 742 с.

55. Справочник по строительной механике корабля. Том 1. — JL: Судостроение, 1982.

56. Стензели для крепления лесных грузов. Правила проектирования. Конструкции. РД 5.2211-89. 22 с.

57. Степин П.А. Сопротивление материалов. — М.: Высшая школа, 1983. -303 с.

58. Стехновский Д.И., Васильев К.П. Под общ. ред. С.Г. Погосова. Справочник по навигационной гидрометеорологии. М.: Транспорт. 1976.- 166 с.

59. Транспортные пакеты и блок-пакеты пилопродукции. Пакетирование, маркировка, транспортирование и хранение. ГОСТ 19041-85.

60. Шиманский Ю.А. Динамический расчет судовых конструкций. — JL: Судпромгиз, 1963. — 444 с.

61. American Bureau of Shipping. Guide for Certification of Container Securing Systems. 1988 (Section 4 Design Considerations and Principles). 4.3.3 Loading Cases. Англ.

62. Comparison of general cargo ship losses and fatalities. MSC 77/25/4. IMO. Maritime Safety Committee. 2003. Англ.

63. Counting the costs of bad stowage. Shipping World and Shipbuilder. February 2003. P.7. Англ.

64. Dangers of deck cargo. Fairplay Solutions. October 2003. Pp. 34-35. Англ.

65. Guidelines for the preparation of the Cargo Securing Manual. MSC/Circ.745. 13.06.1996. Pp. 73-83 in the book "Code of Safe Practice for Cargo Stowage and securing". IMO, London, 2003. Англ.

66. Heimstaedt Peter. Ladungssiccherung in der Holzfahrt. Schiff & Hafen. 11/2001. Pp. 124-129. Нем.- 13668. Inadequate stowage and packing costs money. Shipping world and shipbuilder. October 2003. Англ.

67. JOHN R.KNOTT. Lashing and Securing of Deck Cargoes. London: The Nautical Institute, 2002. - 207 p. Англ.

68. King-Tao Liu, R.Keith Michel. Design of On-Deck Container Securing Systems. Marine Technology. Vol 14. 1977. Англ.

69. Lashing Deck Cargo. Safety at Sea International. February 2004. P. 28. Англ.

70. Lloyd's Register of Shipping. Chapter 14. Freight Container Securing Arrangements. Section 8 — Determination of forces (8.2 Resulting forces — 8.2.2). Англ.

71. Lloyds List, N 58, 421. Tuesday, June 10, 2003. P. 3. Англ.

72. M(Mike) G.Fothergill. Lumber deck cargo loading manual. London: The Nautical Institute, 2002. - 63 p. Англ.

73. Packaged timber deck cargo: Dangerous densities. Carefully to carry. Issue 4. London: UK P&I Club, May 1997. Pp. 1-8. Англ.

74. R.E.Thomas, O.O.Thomas, J.Agnew, K.L.Coll, K.Ranking, Thomas Stowage. The properties and Stowage of Cargoes. — Glasgow: Nautical Publishers, 1995. 97 p. Англ.

75. Report on the investigation of the cargo shift, abandonment, and grounding of mv Kodima in the English Channel 1 February 2002. — Southampton: Marine Accident Investigation Branch, Department for Transport. Report N 1/2003, January 2003. 81 p. Англ.

76. Silvonen P., Macklin K., Mattila K., Huuska O. M/S FJORD PEARL, Shifting of cargo and Danger Situation, January 2, 2002. Investigation report 8/2003 M. Waterborne accidents and incidents. — Helsinki: Multiprint Oy, 2003. -97 p. Англ.

77. Stop your timber escaping. Fairplay Solutions. N 28. January, 1999. 21 p. Англ.

78. Timber Cargo Regulations. C.R.C., c.1496. CANADA SHIPPING ACT. Timber Cargo Regulations, 2002. Pp. 1-7. Англ.

79. Timber Deck Cargo Study. Safety Study No 1/2003. MAIB UK. Southampton. 2003. 36 p.

80. The sharp end of timber handling. Cargo Systems. No. 2. February, 1995. Pp. 26-27.