"Плавающие колесные и гусеничные машины" - читать интересную книгу автора (Редькин М. Г.)

Поэтому, определяя запас плавучести, надо, помимо условий безопасности плавания машин, учитывать и другие факторы, анализируя их в каждом конкретном случае.
Во время эксплуатации машин загрузка их не остается постоянной. С изменением загрузки меняется и осадка машины, а следовательно, и ее водоизмещение. Так, при погрузке осадка машины увеличивается, а при разгрузке — уменьшается. Чтобы определить, насколько изменится осадка при погрузке или разгрузке определенного количества груза, необходимо знать, какое количество груза изменяет осадку машины на 1 см. Разделив вес груза (в тоннах) на эту величину, получим величину изменения осадки машины в сантиметрах.
Остойчивость
Кроме плавучести, машина должна обладать остойчивостью. Остойчивостью называется способность машины, выведенной из положения равновесия воздействием внешних сил, вновь возвращаться в положение равновесия после прекращения действия этих внешних сил.
Остойчивость обеспечивает машине возможность входить в воду с креном и дифферентом (рис. 4), плавать на волне, буксировать другую (однотипную) машину. Остойчивость, кроме того, обеспечивает команде возможность перемещаться внутри машины. Машина должна обладать достаточной остойчивостью при плавании как при продольных, так и при поперечных наклонениях, с грузом и без груза.
Придание некоторого дифферента на корму улучшает условия работы гребного винта, уменьшает так называе-
13
мую «рыскливость» машины — самопроизвольные отклонения от курса. Нос машины при дифференте на корму меньше заливается встречной волной, jiTo позволяет повышать скорость движения. Однако дифферент на корму не должен превышать 2—3°.
Поперечные наклонения машины называются креном. При крене один борт всегда выше другого.
Рис. 4. Продольная и поперечная остойчивость машины
Остойчивость бывает статическая и динамическая. Кроме того, различают остойчивость поперечную и продольную. Остойчивость машины по отношению к крену называется поперечной, а по отношению к дифференту — продольной.
Зависит остойчивость не только от формы корпуса, но и от расположения в нем агрегатов и грузов. Машина, остойчивая при одном размещении грузов, может частично или совсем потерять остойчивость, если часть грузов переместить выше. Следовательно, для оценки остойчивости машины необходимо учитывать не только ее вес и объем, но и расположение центра тяжести по высоте машины.
Известно, что независимо от положения машины на нее действуют две равные и противоположно направленные силы: вес машины (со всеми находящимися на ней грузами) и поддерживающая сила воды. При прямом положении машины обе силы — вес и поддерживающая сила — будут на одной вертикальной прямой. При наклоне на борт центр давления (вследствие изменения формы объема вытесненной телом жидкости) сместится в сторону наклона.
14
Центр тяжести и \^ентр давления будут теперь не на одной вертикали. Поэтому силы, действующие в этих точках, не совпадут, а будут параллельны. Поскольку поддерживающая сила направлена вверх, а сила веса машины •—вниз, то возникает выпрямляющая пара сил, стремящаяся вернуть машину в исходное положение.
Допустим, что под влиянием внешних сил машина накренилась на некоторый угол а (рис. 5), часть ее KLH вы-
Рис. 5. Изменение формы подводного объема машины при крене
шла из воды, а часть K'L'H, наоборот, погрузилась в воду. При этом положение центра тяжести останется неизменным, потому что грузы в машине при ее крене не переместились; не изменилась и величина водоизмещения, так как объем вышедшего из воды клина KLH равен объему погруженного в воду клина K'L'H. Однако форма подводной части машины изменилась, а следовательно, переместился и центр давления С0.
При малых кренах машины (0—15°) допускают, что центр давления перемещается по дуге окружности. Следовательно, линия действия поддерживающей силы будет проходить через одну и ту же точку М (отрезок С0М = = СУЙ — радиус окружности).
Пусть новое положение центра давления будет С\. Силы Р и D останутся перпендикулярными к ватерлинии LL/, но уже не будут направлены по одной прямой, а образуют пару с плечом GZ. Величина восстанавливающего момента будет равна PGZ, где GZ — плечо остойчивости.
Продолжим линию действия подъемной силы до пересечения с осью симметрии машины 004. Полученная при пересечении точка М называется метацентром, а расстоя-
15
ние по оси плавания между метацентров и центром тяжести — начальной поперечной метацент'рической высотой
(обозначается эта величина буквой Л/. Расстояние между метацентрам и центром давления называется поперечным (или малым метацентрическим) радиусом и обозначается буквой г.
Таким образом, машина, плавающая на поверхности воды, имеет три характерные точки:
— центр тяжести, не меняющий своего положения при любом положении машины (если грузы не перемещаются);
— центр давления (водоизмещения), перемещающийся
Рис. 6. Различные случаи расположения центра тяжести, центра давления и метацентра при крене
при крене и являющийся центром тяжести вытесненного машиной объема воды; положение центра давления по высоте машины зависит от осадки и формы обводов погруженного объема корпуса;
— метацентр, изменяющий свое положение в зависимости от крена.
Рассмотрим различные случаи расположения этих точек (рис. 6).
1-е положение. Машина остойчива: точка пересечения линии действия поддерживающей силы с диаметральной плоскостью (метацентр М) лежит выше центра тяжести машины. Восстанавливающий момент положительный: после устранения вызвавшей крен причины вес и поддерживающая сила стремятся вернуть машину в исходное (прямое) положение.
2-е положение. Машина неостойчива: точка пересечения линии действия поддерживающей силы с диаметральной плоскостью лежит ниже центра тяжести машины. В этом случае образовавшаяся пара сил будет стремиться увеличить крен машины.
16
/
3-е положение. Положение машины безразличное: метацентр совпадает\с центром тяжести машины. Сила веса и поддерживающая сила лежат на одной вертикальной прямой. По прекращении действия кренящего момента машина в исходное Положение не вернется, так как нет восстанавливающего момента.
Следовательно, если поперечный метацентр М выше центра тяжести G, то машина остойчива; если же поперечный метацентр ниже центра тяжести или совпадает с ним, то машина неостойчива.
Ранее было установлено, что Мв = PGZ, где GZ — плечо остойчивости, являющееся катетом прямоугольного треугольника GMZ (см. рис. 5).
Так как угол GMZ вследствие взаимной перпендикулярности сторон равен углу крена а, то
GZ — MGsina. Отсюда:
Мв = PMG sin a ==. Dh sin л,
где Мв — восстанавливающий момент при крене машины
в поперечной плоскости; Р — вес машины, равный поддерживающей силе
воды;
/г — начальная поперечная метацентрическая высота; а — угол крена.
Эта формула называется метацентрической формулой поперечной остойчивости машины.
Так как вес машины при крене не изменяется, то, очевидно, чем больше Л, тем больше восстанавливающий момент, т. е. с увеличением метацентрической высоты увеличивается остойчивость машины. Поэтому величина h и является мерой остойчивости.
Положение метацентра для малых углов крена (0—15°) можно считать постоянным. В действительности же при наклонениях метацентр перемещается по некоторой кривой, что учитывается специальным расчетом остойчивости при больших углах крена.
Величина метацентрической высоты зависит от размещения грузов в машине и от ширины машины. Чем ниже размещены грузы, тем ниже будет центр тяжести и тем больше метацентрическая высота. Поэтому для увеличения остойчивости все тяжелые грузы на машине следует размещать внизу. Чем больше ширина машины и чем ниже
2 М. Г. Редькин 17