Тема 3.6. Грузовое устройство

Назначение.

Грузовое устройство (ГУ) – это комплекс механизмов и приспособлений, предназначенный для выполнения погрузо-разгрузочных работ на судне.

Главной целью при проектировании грузового устройства является сокращение времени стоянок судна в портах под погрузочно-разгрузочными операциями.

Классификация ГУ и способы грузообработки.

Различают ГУ:

- периодического действия (грузовые стрелы, грузовые краны, лифты и подъёмники);

- непрерывного действия (транспортёры и элеваторы).

Состав ГУ зависит от вида перевозимого судном груза и принятого способа грузообработки.

Выделяют следующие основные виды грузов:

- генеральные – грузы в упаковке (контейнеры, ящики, кипы и т.д.) и отдельными местами (металлоконструкции, подвижная техника);

- насыпные и навалочные (железная руда, уголь, щебень, цемент, зерно и т.д.);

- жидкие, или наливные (нефть и нефтепродукты, химические продукты, сжиженные газы).

Для транспортировки генеральных грузов предназначены следующие конструктивные типы судов:

- универсальные сухогрузные – могут использоваться для перевозов грузов в различной упаковке и отдельными местами;

- специализированные.

Универсальные сухогрузные суда составляют наиболее многочисленную группу транспортных судов. В качестве грузовых средств применяются грузовые краны и грузовые стрелы, закрытия грузовых люков и средства внутритрюмной механизации.

На трамповых судах, не закреплённых на постоянных линиях и совершающих рейсы между различными портами, в том числе не имеющими кранового оборудования, чаще всего применяются развитые грузовые устройства со стрелами или смешанные – со стрелами и кранами.

Для линейных судов, совершающих регулярные рейсы между определёнными портами, наиболее важным фактором является сокращение стояночного времени, поэтому их снабжают быстродействующими кранами.

К специализированным судам относятся: лесовозы, контейнеровозы, баржевозы (лихтеровозы), суда с горизонтальной грузообработкой, рефрижераторы и т.д.

Лесовозы предназначены для транспортировки круглого леса и пиломатериалов россыпью и в пакетах. В качестве грузовых средств, как и на универсальных сухогрузных судах, используются грузовые стрелы и краны. Основной особенностью лесовозов является то, что до 1/3 груза перевозится на верхней открытой палубе, образуя т.н. караван. Это обуславливает особые требования к расположению и конструкции грузовых стрел (например, лебёдки и другие конструкции размещают не на палубе, а поднимают над ней на специальные платформы) и требует наличия специальных устройств для крепления каравана (металлические стензели по бортам вдоль судна, поперечные найтовы).

Контейнеровозы предназначены для перевозки грузов в контейнерах международного стандарта грузоподъёмностью 20 т и 40 т. Для быстрого и надёжного крепления контейнеров предусмотрена ячеистая структура грузовых трюмов в виде системы вертикальных стоек из уголкового профиля, идущих по всей высоте судна от настила второго дна до верхней палубы. На некоторых судах на уровне комингса люка предусматривают приспособления, направляющие контейнер в ячейку. Большинство контейнеровозов работают на регулярных линиях с терминалами погрузки и выгрузки, и поэтому не имеют собственных грузовых средств – погрузка и разгрузка контейнеров осуществляется береговыми кранами специальной конструкции. Тем не менее, в некоторых случаях на контейнеровозах большой вместимости оказалась экономически выгодной установка катучих портальных контейнерных кранов.

Суда с горизонтальной грузообработкой (суда типа ро-ро, ролкеры) предназначены для перевозки колесной техники и штучных грузов, погрузка и выгрузка которых осуществляется накатом. Автомобили, трейлеры и прочая колесная техника загружается своим ходом, а контейнеры, пакеты и прочие транспортные объединения грузов – с помощью автопогрузчиков. Погрузка и выгрузка производится через кормовые, реже – носовые аппарели. Перемещение между палубами внутри судна осуществляется с помощью пандусов, аппарелей и лифтов. Специализированным типом судов с горизонтальной грузообработкой являются автомобилевозы, это единственный тип судов, на котором применяются бортовые аппарели.

Баржевозы (лихтеровозы) предназначены для транспортировки грузов в специальных стандартных баржах (плавучих контейнерах) – лихтерах. Распространение получили баржи водоизмещением 450 т (суда типа LASH) и 1300 т (суда типа See Bee). На судах типа LASH (рис. 3.6.1, а) принят вертикальный способ грузообработки – грузовые операции производятся с помощью перемещающихся вдоль судна козловых кранов грузоподьёмностью около 500 т. Для захвата баржи с поверхности воды кран выходит по рельсовым направляющим на консольные выступы в кормовой части судна. На судах типа See Bee (рис. 3.6.1, б) принят горизонтальный способ погрузки – перемещение барж вдоль судна осуществляется с помощью самоходных транспортных тележек, движущихся по рельсовым направляющим (соответственно, в грузовых помещениях таких судов по всей их длине поперечные переборки отсутствуют). Доставка барж с поверхности воды до уровня грузовой палубы (которых как правило три) осуществляется с помощью расположенной в корме подъёмной платформы.

Рис. 3.6.1 Лихтеровозы:

а – типа LASH; б – типа See Bee.

Ещё одним специфическим способом погрузки судов-баржевозов является докование, при котором перед погрузкой в балластные цистерны судна и грузовой трюм принимается забортная вода, чтобы грузовая палуба оказывалась несколько ниже ватерлинии. Баржи при этом не приходится поднимать – они заводятся в трюм, оставаясь на плаву. Для втягивания баржи в трюм и подведения к месту крепления используются транспортные тележки, перемещающихся по продольным направляющим, установленным на продольных переборках внутри трюма. Суда с таким типом грузообработки получили наименование Fi-Fo.

На судах для перевозки навалочных грузов (балкерах) грузообработка осуществляется преимущественно портовыми средствами. На некоторых судах используются грузовые краны (стационарные поворотные и катучие портальные). На цементовозах, зерновозах и судах для перевозки прочих сыпучих грузов могут использоваться ГУ непрерывного действия - ленточные транспортёры, элеваторы и пневмопогрузчики.

Суда для перевозки наливных грузов (танкеры) грузовых устройств не имеют, грузовые операции с жидким грузом осуществляются с помощью грузовых трубопроводных систем.

Конструкция основных элементов грузовых устройств.

1) Грузовые стрелы.

В грузовом устройстве со стрелами крепление, поворот и изменение вылета стрелы производится с использованием неподвижных судовых конструкций (мачты, грузовые колонны).

Стрелы грузоподъёмностью до 10 т называют лёгкими, более 10 т – тяжеловесными.

Лёгкая грузовая стрела с типовой оснасткой представлена нарис. 3.6.2.

Рис. 3.6.2 Типовая оснастка лёгкой стрелы:

1 - мачта; 2 – вертлюг шпора; 3 - вертлюг топенанта; 4 – стрела;

5 – врезной обух; 6 – обух оттяжки; 7 – вилка шпора; 8 – ось вертлюга;

9 – обойма направляющего блока шкентеля; 10 – обух топенанта;

11 – грузовая лебёдка; 12 – грузовой шкентель; 13 – направляющий блок шкентеля; 14 – направляющая; 15 – грузовой блок; 16 – коуш; 17 – скоба;

18 – вертлюг; 19 – грузовой гак; 20 – цепной стопор; 21 – треугольная планка; 22 - турачка лебёдки; 23 – хвостовик топенанта; 24 – топенант;

25 – направляющий блок топенанта; 26 – канифас-блок; 27 – таль оттяжки; 28 – лебёдка оттяжки; 29 – ходовой конец троса талей оттяжки; 30 - нижний блок оттяжки; 31 – верхний блок оттяжки;

32 – ушко; 33 – оттяжки; 34 – коуш; 35 – обух с проушиной.

Стрела 4 представляет собой длинную металлическую трубу переменного сечения, нижний конец которой называется шпором, а верхний – ноком.

Шпор стрелы с помощью вилки 7 крепится к вертлюгу 2, установленному в башмаке, приваренном к мачте 1. Вертлюг обеспечивает поворот стрелы в горизонтальной плоскости. На ноке стрелы расположен врезной обух 5, к которому крепится верхний конец топенанта 24 – каната для поддержания стрелы в наклонном положении и изменения угла наклона (вылета) стрелы. Топенант пропускают через направляющий блок 25, закреплённый на обухе 10 мачты посредством вертлюга 3 и скобы 17, и нижним концом закрепляют на палубе. Есть два основных способа крепления топенанта. На рис. 3.6.2 представлен способ крепления с помощью цепного стопора. В этом варианте топенант оканчивается треугольной планкой 21 с проушинами для крепления цепного стопора 20 и хвостовика топенанта 23. Цепь стопора закрепляется на палубе с помощью скобы. Хвостовик (лопарь) топенанта, с помощью которого меняется угол наклона стрелы, через канифас-блок 26 подаётся на вспомогательный барабан (турачку) 22 грузовой лебёдки. Другой способ крепления топенанта – с помощью топенантной вьюшки, на которую наматывается нижний конец топенанта. При работе стрелы топенант удерживается засчёт стопорения вьюшки.

Грузовой шкентель 12 обеспечивает вертикальное перемещение груза. Его коренной конец крепят на барабане грузовой лебёдки 11, пропускают шкентель через направляющий блок 13 и грузовой блок 15, а на ходовом конце, имеющем коуш 16 со скобой 17, подвешивают вертлюг 18 с грузовым гаком 19. Для поворота стрелы и фиксации её в положениях «над люком» или «за бортом» служат прикреплённые к обухам 6 на ноке стрелы оттяжки 33 с талями 27, ходовые концы которых 29 выбираются с помощью лебёдок 28.

При грузоподъёмности стрелы большей, чем тяговое усилие грузовой лебёдки, необходимо введение в шкентель грузовых талей.

Рассмотренные стрелы традиционной конструкции – с постоянным вылетом, изменение которого возможно только без груза – в настоящее время применяются редко.

Широкое распространение получили механизированные одиночные стрелы (систем Велле, Халлена и другие), в которых все движения – подъём и опускание груза, поворот и изменение вылета стрелы – производятся с помощью специальных механизмов. Такие стрелы обладают высокой производительностью. Топенант и оттяжки таких стрел совмещены и называются топенант-оттяжками, для работы стрелы необходимы три лебёдки – одна для шкентеля и две для топенант-оттяжек.

Оснастка Халлена изображена на рис. 3.6.3.

Рис. 3.6.3 Схема оснастки Халлена

Две топенант-оттяжки 5 закреплены на ноке стрелы 8 и через верхние 4 и нижние 10 направляющие блоки проведены на топенантные лебёдки 1. При равномерном разностороннем вращении лебёдок происходит поворот стрелы, при равномерном одностороннем вращении – подъём или опускание стрелы (изменение вылета), при неравномерном вращении – одновременно поворот и изменение вылета. Для обеспечения достаточно большого угла поворота стрелы на мачте 2 имеется широкий салинг 11, по концам которого закреплены верхние блоки 4 топенант-оттяжек. Для увеличения устойчивости стрелы при больших углах поворота на мачте устанавливается специальная опорная дуга 3, на которую опирается трос «длинной» топенант-оттяжки, что препятствует опасному уменьшению угла между топенант-оттяжками у нока стрелы.

Грузовой шкентель с гаком 7, проходя через верхний 6 и нижний направляющие блоки, наматывается на отдельную грузовую лебёдку 9.

Оснастка Велле изображена на рис. 3.6.4.

Весь топенант состоит из одного троса, оба конца которого закреплены на лебёдке 3. Сбегая с лебёдки 3, трос проходит блоки 4, 9, 5 и попадает на барабан лебёдки 2, на который он наматывается в несколько витков, после чего через блоки 6, 8, 7 возвращается к лебёдке 3. При вращении лебёдки 3 обе ветви топенанта одинаково изменяют свою длину, в результате чего изменяется вылет стрелы. При вращении лебёдки 2 длина одной ветви топенанта увеличивается, другой – уменьшается, в результате чего стрела поворачивается. Грузовая лебёдка на рис. 3.6.4 не показана.

Рис. 3.6.4 Схема оснастки Велле

Достоинством оснастки Велле является простота управления и обслуживания, так как отпадает необходимость обеспечения согласованной работы лебёдок.

Тяжеловесные стрелы всегда выполнялись механизированными. Основными отличиями в конструкции по сравнению с лёгкими стрелами является крепление (тяжеловесные стрелы опираются шпором на специальный фундамент, установленный около мачты), а так же наличие многошкивных талей в шкентеле, топенанте и оттяжках.

2) Грузовые краны.

Грузовой кран представляет собой стрелу и механизмы, объединённые в единый агрегат.

Грузовые краны сложнее по конструкции и гораздо дороже, чем грузовые стрелы, но обладают более высокой производительностью и постоянной готовностью к действию.

По способу закрепления различают краны стационарные и перемещаемые.

По конструкции различают краны полноповоротные и портальные.

Конструкция стационарного полноповоротного крана представлена на рис. 3.6.5.

Рис. 3.6.5 Общее расположение полноповоротного крана:

1 – грузовая лебёдка, 2 – топенантная лебёдка, 3 – корпус,

4 – головка корпуса, 5 – топенант, 6 – грузовой шкентель,

7 – кабина, 8 – ноковая подвеска, 9 – стрела.

Краны оснащены грузовой 1 и топенантной 2 лебёдками, обеспечивающими два рабочих движения – подъём и опускание груза и изменение вылета стрелы. Третье рабочее движение – поворот крана – осуществляется с помощью специального зубчатого механизма. Все механизмы крана, закрытая кабина оператора и пульт управления компонуются в одном корпусе.

Основные схемы кранового вооружения судов с полноповоротными кранами представлены на рис. 3.6.6.

Рис. 3.6.6 основные схемы кранового вооружения:

а – краны в ДП; б – краны у бортов;

в – краны с продольным перемещением;

г – краны с поперечным перемещением.

Схема со стационарными кранами в ДП (рис. 3.6.6, а) наиболее проста, имеет минимальную начальную стоимость и вес. Недостатком является то, что для обеспечения достаточного вылета стрелы крана за борт на крупных судах требуется большая длина стрелы и усложнение конструкции. Поэтому такая схема применяется при ширине судна не более 20 – 25 м.

Схема со стационарными кранами по бортам (рис. 3.6.6, б) позволяет сократить длину стрелы, но обладает существенными недостатками: удвоение числа кранов приводит к уменьшению коэффициента использования кранов, удорожанию и увеличению массы грузового устройства, а так же сокращению площади для палубного груза. Тем не менее, только такая схема может использоваться на крупных судах с большой шириной.

Схема с кранами, перемещающимися по продольным подкрановым путям (рис. 3.6.6, в) обеспечивает равномерную грузовую зону на причале и позволяет сократить число кранов до минимума. Недостатком, как и в случае с кранами в ДП, является трудность обеспечения требуемого вылета стрелы за борт при большой ширине судна.

Схема с кранами, перемещающимися по поперечным путям, проложенным между люками (рис. 3.6.6, г), обеспечивает достаточный коэффициент использования кранов и сокращение требуемой длины стрелы. Недостатком является существенное сокращение длины грузовых люков, что приводит к снижению скорости выполнения грузовых работ, а так же уменьшение площади для палубного груза.

Портальные катучие краны нашли применение на лихтеровозах типа LASH, а так же на некоторых контейнеровозах и навалочных судах (на судах большой вместимости их установка оказывается экономически выгодной).

Конструкция контейнерного портального крана представлена на рис. 3.6.7.

Рис. 3.6.7 Судовой портальный контейнерный кран

Так как контейнеры перевозятся не только в трюмах, но и на палубе, судовые контейнерные краны имеют высокий портал ферменной конструкции, перемещающийся по рельсовым путям вдоль судна. По верхним балкам портала (поперёк судна) перемещается тележка с грузовой лебёдкой. С целью вываливания за борт предусматриваются поворотные консоли (рис. 3.6.7) или телескопическая ферма (рис. 3.6.8, позиция 3), способная выдвигаться на любой борт судна. Контейнерные краны захватывают контейнер с помощью спредера – металлической рамы, соответствующей по размерам контейнеру, на углах которой расположены замковые устройства, фиксирующиеся в верхних отверстиях угловых фитингов контейнеров. Также спредер используется для открытия и закрытия крышек люков понтонного типа.

Захватное устройство и способы крепления барж на кранах лихтеровозов аналогичны контейнерным кранам.

На навалочных судах (рис. 3.6.8) для погрузки сыпучих грузов к тележке 4 с грузовой лебёдкой подвешивается грейфер 6, а к стойке крана – выносной транспортёр 5. При достаточном вылете телескопической фермы 3 транспортёр может на устанавливаться. Такие краны часто предусматриваются складными – в положении по-походному верхнее строение крана опускается.

Рис. 3.6.8 Портальный кран навалочного судна:

1 – крановая балка; 2 – пост управления; 3 – телескопическая ферма;

4 – тележка с лебёдкой; 5 – выносной транспортёр; 6 – грейфер;

7 – рельсовый путь; 8 – грузовой люк.

3) Механизированные закрытия грузовых люков.

Для доступа в трюмы в палубах делают большие вырезы — грузовые люки, которые по периметру ограждают вертикальным листом — комингсом высотой 500 — 600 мм.

Современные механизированные люковые закрытия обеспечивают необходимую безопасность судна, позволяют увеличить размеры люков, уменьшить трудоёмкость грузовых операций и сократить их продолжительность

Основные требования к люковым закрытиям:

1) обеспечение непроницаемости грузовых помещений;

2) достаточная прочность для размещения груза на самом закрытии;

3) сохранение работоспособности при углах крена до 8⁰ и углах дифферента до 3⁰;

4) отсутствие помех для грузообработки в положении «открыто»;

5) минимальные затраты труда на обслуживание;

6) соответствие общеинженерным требованиям (минимальная масса, высокая ремонтопригодность, технологичность).

По кинематическому признаку различают закрытия съёмные, шарнирно-откидные, откатываемые, сдвигаемые и наматываемые открытия.

Шарнирно-откидные люковые закрытия получили наибольшее распространение на судах. Данные закрытия различаются:

- по количеству секций – односекционные (на люках небольших размеров), двухсекционные (с крышками, откидывающимися к противоположным комингсам люка – двухстворчатые, или к одному из них), четырёхсекционные (как правило, секции откидываются попарно к противоположным комингсам люка), реже на люках большой протяжённости – шести- и восьмисекционные;

- по направлению откидывания – вдоль судна или к бортам;

- по кинематике привода.

Одна из створок двухстворчатого четырёхсекционного шарнирно-откидного закрытия с гидроприводом показано на рис. 3.6.9.

Рис. 3.6.9 Шарнирно-откидное люковое закрытие с гидроприводом

С помощью гидропривода 2 приводится в действие крайняя секция у комингса – открываясь, она поднимает соединённую с ней петлями соседнюю секцию.

Вертикально расположенные секции занимают мало места на палубе, что и определило широкое распространение таких закрытий на судах с близко расположенными люками.

В некоторых случаях – например, при грузообработке навалочных судов с помощью ленточных транспортёров – необходимо иметь малое возвышение секции над комингсом люка. В таких случаях секции укладываются горизонтально поворотом ведущей секции на 180⁰.

Довольно распространёнными являются так же откатываемые люковые закрытия, которые состоят из секций, при открывании люка перемещающихся на роликах вдоль одного из комингсов. Конструкция откатываемого закрытия системы МакГрегора с тросовой тягой представлена на рис. 3.6.10.

Рис. 3.6.10 Стадии открывания и закрывания

откатываемого люкового закрытия системы МакГрегора:

а – начало открывания, б – первая секция откинута,

в – люк полностью раскрыт, г- начало закрывания люка.

Закрытие состоит из нескольких секций, соединённых между собой короткими цепями. Каждая секция имеет на короткой стороне по три ролика: крайние (ведущие) катятся по внутренней направляющей, а средний (центрирующий) – по внешней. При выбирании троса, закреплённого на последней секции, все секции начинают сдвигаться вдоль люка, перемещаясь на ведущих роликах. Выйдя за пределы люка (рис. 3.6.10, а), крайняя секция поднимается на средних роликах и из-за несимметричности расположения их оси относительно оси секции становится вертикально (рис. 3.6.10, б). После того, как аналогичным образом встанут все секции и расположатся за комингсом «в гармошку», люк полностью раскроется (рис. 3.6.10, в). Закрытие люка происходит в обратном направлении (рис. 3.6.10, г). Для этого ведущий трос проводят через канифас-блок, установленный на противоположном конце люка. Водонепроницаемость закрытия обеспечивается резиновыми прокладками, а обжатие – специальными зажимами (задрайками) по периметру люка.

Очень простая и надёжная конструкция откатываемого закрытия, нашедшего широкое применение на навалочных судах, приведена на рис. 3.6.11.

Рис. 3.6.11 Откатываемое закрытие навалочного судна

Такое закрытие состоит из двух секций, которые при открывании люка откатываются на роликах к бортам по специальным направляющим.

Для люков внутренних палуб используются сдвигаемые люковые закрытия, секции которых сдвигаются, не опираясь на катки, таким образом, что каждая последующая секция входит в предыдущую.

Наматываемые люковые закрытия состоят из секций, шарнирно соединённых между собой и при открывании люка наматывающихся на ось, барабан или одну из секций. Простой и достаточно надёжной конструкцией такого закрытия, нашедшей применение на речных судах и баржах, является гофрированная лента, наматываемая на барабан.

Из съёмных люковых закрытий внимания заслуживают люковые закрытия понтонного типа (рис. 3.6.12), нашедшие применение на контейнеровозах, имеющих большое раскрытие трюмов.

Рис. 3.6.12 Люковое закрытие понтонного типа

Люковые понтонные крышки 1, соответствующие размерам грузовых люков, с помощью грузовых кранов укладываются на свободное место на палубе или на пирсе. Для точной установки крышки на место по углам люка делают специальные направляющие. На крышках имеются специальные приспособления для крепления палубных контейнеров.