 |
Глава 7. Вант-путенсы и такелаж
|
|
|
|
Такелаж на стеклопластиковом судне в основном такой же, как на любом другом судне небольших размеров. Чтобы уход за такелажем был минимальным, стоячий такелаж следует изготавливать из нержавеющей стали, а для бегучего использовать тросы из синтетических материалов (терилена, дакрона, найлона и т. п.). Тросы из оцинкованной стали и натуральных волокон приходится часто заменять, поэтому их редко применяют даже на дешевых судах.
В данной главе в основном описываются способы крепления такелажа к формованному корпусу. Конструкция элементов крепления должна быть разработана грамотно с учетом принятия необходимых мер, обеспечивающих равномерное распределение действующих на такелаж нагрузок. Такелаж передает на корпус судна значительные сосредоточенные нагрузки, т. е. такие, для восприятия которых формованый корпус менее всего пригоден. Эти нагрузки необходимо распределить на значительные площади.
Эмпирическое правило гласит, что основной такелаж должен быть настолько прочным, чтобы выдерживать массу судна. Но соблюдение этого правила теряет смысл, если вант-путенсы и их крепление к корпусу судна не способны нести такую же нагрузку. Если корпус не выдерживает нагрузки, то повреждения, как правило, бывают весьма значительными и приводят к необходимости выполнения при ремонте судна большого объема работ по формованию.
Согласно правилу для обеспечения повышенной надежности корпус в любом месте крепления такелажа должен выдержать нагрузки, значительно превышающие усилия, при которых рвется любая прикрепленная к нему снасть. Гораздо легче заменить трос, чем нарастить толщину борта, и, кроме того, трос может быть заменен на более толстый или более прочный, например, изготовленный из нержавеющей стали вместо обычной оцинкованной. Очень часто, увеличивая толщину троса, не учитывают прочности крепления его к борту. Человек, который крепит или заказывает трос, может не знать, нужно ли усиливать место крепления. Такие места следует проектировать с большим запасом прочности, чтобы увеличение диаметра троса в два и даже в три раза против номинального было вполне допустимо. Это условие несложно выполнить и на стадии оснащения судна, а стоимость возрастет при этом весьма незначительно.
|
|
|
Стеклопластик не всегда разрушается сразу же по достижении определенного уровня напряжений. Если напряжения превышают допускаемые всего лишь на 20%, то происходит прогрессирующее уменьшение его прочности. Однако даже при еще меньших напряжениях и общей длительности циклического воздействия, соответствующей всего нескольким годам, обычного плавания, прочность стеклопластика резко уменьшают усталостные нагрузки. Характерный пример - высокая концентрация напряжений в местах крепления вант-путенсов. Первоначально прочность может оказаться достаточной, но если не предусмотрен значительный ее запас, который достигается только при равномерном распределении напряжений, стеклопластик способен впоследствии неожиданно разрушиться. Постоянно действующее усилие, передаваемое на корпус такелажем, может вызвать достаточно большие деформации вследствие ползучести (см. § 23.15), что согласно классификационным правилам служит основанием для дисквалификации судна. На судах легкой конструкции, когда они не эксплуатируются, такелаж нельзя оставлять в туго обтянутом состоянии, особенно, если для обтяжки используются гидравлические натяжные устройства или если судно недавно отформовано, скажем, не более года тому назад.
Вант-путенсы
Обычные вант-путенсы с длинным прямым хвостовиком, которые на деревянных судах крепятся к борту пропущенными насквозь болтами, никогда не следует крепить подобным же образом к борту формованного судна, не приняв предварительно тщательно продуманных мер для распределения нагрузки. Крепление вант-путенса болтами прямо к формованной обшивке приводит к возникновению чрезмерной местной нагрузки, а вследствие разных значений модуля упругости вся нагрузка будет, скорее всего, приходиться на один борт.
|
|
|
Применение вант-путенсов в виде широких планок (рис. 39) позволит распределить нагрузки на значительную площадь, а крепление нескольких вант к одной планке с увеличенной поверхностью будет значительно надежнее, чем при использовании отдельных вант-путенсов. Для уменьшения массы такие планки сваривают из нескольких полос или вырезают в пластинах большие отверстия, т. е. делают облегченными.
|
| Рис. 39. Конструкции вант-путенсов, обеспечивающие равномерное распределение действующих нагрузок. |
В качестве материала для вант-путенсов чаще всего используют нержавеющую сталь. Применять стеклопластик не следует, даже если форма вант-путенса слишком сложна, чтобы ее можно было получить простыми методами обработки металла. Стеклопластик теряет прочность вследствие усталости и перенапряжения, а также выкрашивается из-за высокого опорного давления.
Обычно в местах крепления вант-путенсов в формованную конструкцию заделываются деревянные бруски или металлические закладные детали, к которым вант-путенсы крепятся болтами изнутри или снаружи. Такие закладные детали равномерно распределяют действующие нагрузки, в результате чего опорное давление воспринимается не только одними болтами. Кроме того, применение этих деталей позволяет сместить хвостовики вант-путенсов от борта к середине судна, чтобы они не соприкасались с предохранительным буртиком.
В местах расположения вант-путенсов обшивка корпуса должна иметь увеличенную толщину, поскольку такие места являются высоконагруженными. Согласно Правилам Регистра Ллойда требуется общее увеличение толщины борта в этих местах на длине, эквивалентной ширине бимса судна. Разумеется, утолщение должно распространяться достаточно далеко за пределы площади, занимаемой вант-путенсом.
|
|
|
Если вант-путенс крепится к крыше каюты, то она должна иметь увеличенную толщину и дополнительные упрочняющие элементы в виде шпангоутов или переборок, которые передавали бы нагрузки на корпус. Это тем более важно, что из-за конструктивных особенностей узла соединения крыши каюты с корпусом такая передача обычно осуществляется по траектории, являющейся ломаной линией. Нередкое появление в этих местах трещин, вызванных напряжениями, показывает, что необходимость усиления обычно недооценивается. Крыша каюты всегда ослабляется из-за наличия иллюминаторов, которые нередко имеют большие размеры. Кроме того, ее конструкция бывает обычно более легкой, чем конструкция корпуса. Поэтому, по возможности, крепить вант-путенсы следует к переборке пропущенными насквозь болтами.
|
| Рис. 40. Различные конструкции и способы установки вант-путенсов: а - надежное крепление обуха к палубе проходящим насквозь болтом с установкой снизу подкладной пластины; б - неудачная конструкция; направленное вверх тянущее усилие воспринимается крепежными болтами, которые могут изогнуться или «разработать» отверстия; в - рекомендуемая конструкция, основные элементы которой - уголок и подкладка из металла - просты в изготовлении и обеспечивают равномерное распределение действующих нагрузок. |
Простым и надежным является крепление болтами с проушиной или резьбовыми скобами U-образной формы, пропущенными сквозь палубу, подкрепленную снизу подкладкой. В этом случае нагрузка передается формованной конструкции через направленное вверх тянущее усилие, воздействующее на расположенную под палубой подкладку, а не через крепежные детали, пропущенные сквозь корпус. Такая схема позволяет уменьшить опорное давление, добиться благоприятного распределения действующих усилий (рис. 40) и отвечает теории прочности стеклопластиков. Кроме того, ветви пропущенной через палубу U-образной скобы испытывают чистое растяжение, а формованная конструкция в месте установки скобы находится под действием умеренного сжатия; эти состояния являются для рассматриваемых элементов наиболее благоприятными. Крепление вант-путенса к борту неизбежно вызывает появление срезывающего или изгибающего усилия, воздействующего на болты, и значительное увеличение опорного давления на формованную конструкцию. Изгиб болтов приведет к выкрашиванию формованной конструкции, «разработке» ими отверстий и, следовательно, к возникновению течи.
|
|
|
На деревянном судне крепление вант-путенсов к бортам оправдано, поскольку палуба здесь изготавливается в виде отдельной конструкции и менее способна противостоять направленным вверх тянущим усилиям, чем борта. Другое дело - стеклопластиковое судно,-на котором палуба прочно присоединена к корпусу путем приформовки, так что эти две части фактически составляют единое целое. Более того, если на судне из стеклопластика вант-путенсы крепятся к палубе, то помимо увеличения толщины палубы в местах их установки можно увеличивать толщину бортов, продолжая утолщение вниз на значительное расстояние, в результате чего приобретаются те же преимущества, которые получаются при расположении вант-путенсов на борту.
Резьбовые U-образные скобы обычно пропускают сквозь палубу в наиболее прочных местах, где толщина уже значительно увеличена за счет приформовки угольников, соединяющих палубу с корпусом, а кроме того, благодаря угловой форме сечения предохранительный буртик имеет высокую прочность и жесткость. Очевидно, экономичнее использовать для крепления те места, где толщина конструкции уже увеличена, чем специально увеличивать ее для установки вант-путенсов.
К палубе могут быть также надежно прикреплены болтами планки с обухами; при этом будет обеспечена значительно большая водонепроницаемость соединения, чем в случае прохода сквозь палубу хвостовика вант-путенса.
Для достижения дополнительной прочности и более равномерного распределения усилий вместо нескольких вант-путенсов целесообразно устанавливать одну специально изготовленную пластину с обухами. Наиболее простым решением будет применение отрезка уголка, как показано на рис. 40, в. Еще одно достоинство данного способа - возможность вынесения вант-путенсов ближе к борту, чем при использовании U-образных скоб. Направление действия усилия будет в данном случае, правда, не совсем оптимальным, но простота монтажа, дешевизна и допустимость установки любого количества крепежных болтов (для которых достаточно свободного места) являются вполне приемлемой компенсацией этого небольшого недостатка.
|
|
|
Часто используемый способ монтажа вант-путенсов, когда хвостовик проходит сквозь палубу и крепится к борту, обладает всеми основными недостатками рассмотренных способов, поскольку нагрузка передается на конструкцию через болты, а не через опорную планку, и обеспечение герметичности в месте прохода хвостовика сквозь палубу весьма затруднено.
Установленная под палубой планка позволяет преодолеть осложнения, вызванные различием в значениях модуля упругости, и добиться равномерного распределения действующих усилий по всей формованной конструкции.
Способ крепления вант-путенсов, наиболее подходящий в тех случаях, когда палуба судна не отформовывается и, следовательно, является самостоятельной конструкцией (например при установке на формованный корпус деревянной палубы), показан на рис. 41. Согласно этому способу к борту судна приформовывается планка значительных размеров, к которой болтами крепится вант-путенс. Установка планки позволяет равномерно распределить нагрузки и использовать недорогие стандартные вант-путенсы. В планке целесообразно просверлить несколько больших отверстий, чтобы уменьшить ее массу и обеспечить более надежную приформовку. Можно также взять облегченную ажурную штампованную пластину. Крепление к борту судна стандартных вант-путенсов осуществляется с помощью обычных болтов. В этом случае
нагрузки распределяются планкой, а не болтами.
Устанавливая вант-путенсы на небольшом судне, применяют также заделанную или открыто закрепленную деревянную подкладку. В процессе разработки гоночной шлюпки со сверхлегким корпусом и тонкой обшивкой при проектировании юферсов требуется не меньшая предусмотрительность и аккуратность, чем при создании несущего большие нагрузки такелажа для морской парусной яхты.
|
| Рис. 41. Крепление вант-путенса болтами к заформованной планке. |
Небольшая рабочая шлюпка с более прочным и жестким корпусом и несложным такелажем почти не нуждается в дополнительных подкреплениях. При установке на ней вант-путенсов достаточно подложить снизу простую деревянную планку. Вместе с тем, даже на судах такого типа необходим какой-либо конструктивный элемент, который способствовал бы более равномерному распределению действующих усилий.
Существующая тенденция крепить вант-путенсы с хвостовиками, проходящими через палубу, болтами к борту с внутренней стороны объясняется распространенным мнением о том, что расположенные снаружи вант-путенсы портят внешний вид судна. Однако на деревянных судах их применяют на протяжении многих поколений, а часто владельцы предпочитают иметь стеклопластиковые суда, сохраняющие традиционный облик. Иногда формованное судно с наружным расположением вант-путенсов можно даже принять за деревянное. На любом судне, превосходящем по размерам шлюпку, в районе расположения вант-путенса должны находиться шпангоуты или переборка. Эти конструктивные элементы необходимы здесь для того, чтобы оказывать сопротивление направленному внутрь сдавливающему усилию и тянущему усилию, направленному вверх. То же относится и к мачте. Ее степс, согласно современным правилам, часто устанавливается на палубе и опирается на расположенную под ней переборку. Такие переборки образуют естественные конструктивные узлы, в которых происходит перераспределение нагрузок и на которые удобно устанавливать вант-путенсы. Последние можно крепить болтами либо непосредственно к переборке, либо к наружной стороне корпуса с использованием приформовочного угольника. На рис. 42, а показано крепление расположенного снаружи вант-путенса 1 к приформовочному угольнику переборки 2, а на рис. 42, б - крепление вант-путенса 1, пропущенного сквозь палубу.
|
| Рис. 42. Крепление вант-путенса к переборке. |
В некоторых случаях между корпусом и палубой устанавливают кницу, к которой вант-путенс крепится болтами. При таком способе также достигается необходимое распределение действующих усилий. Однако нужно следить за тем, чтобы углы не стали участками концентрации напряжений. На крупных судах кницы должны быть достаточных размеров и, по возможности, иметь дополнительную опору в виде планки, заформованной в корпус.
Если вант-путенсы приходится крепить болтами, проходящими сквозь борта, то чтобы улучшить распределение нагрузок, следует пропустить болты через приформованные к борту металлические вкладыши или втулки. В процессе формования корпуса их можно зафиксировать в нужных местах формы с помощью штифтов. Углубление или буртик позволяет обеспечить более надежное крепление вкладыша, который к тому же, если в нем нарезана резьба, должен иметь плоские боковые поверхности во избежание проворачивания. Однако применение данного способа вызывает затруднение, которое заключается в том, что, хотя вкладыши можно установить в определенные места с большой точностью, сверление отверстий во многих деталях судовой арматуры поручают неопытным ученикам, выполняющим работу как попало. Поэтому положение установочных отверстий в арматуре иногда меняется в довольно широких пределах. Применение найлоновых вкладышей позволяет крепить арматуру обычными шурупами, благодаря чему изменение положения отверстий перестает играть такую важную роль. Вкладыши этого типа весьма удобны для распределения опорного давления болтов, которое в сильно нагруженных деталях арматуры бывает очень велико, особенно, когда детали крепятся к тонкостенной формованной конструкции лишь несколькими болтами.
Вант-путенсы подвержены повреждениям. Заформованный вант-путенс невозможно отремонтировать, не взломав и не удалив покрывающий его стеклопластик. Следовательно, его никогда не следует заформовывать в несущие слои конструкции. Крепление обычного прямого хвостовика нередко ослабевает.
Сцепление смолы с металлом, особенно с нержавеющей сталью, бывает, как правило, недостаточным и нарушается из-за неодинаковых значений модуля упругости и коэффициента теплового расширения. Поэтому хвостовик должен удерживаться еще и механически, например, с помощью сделанных на нем выступов или лопаток, иначе он может быть выдернут из своего гнезда.
Проходящие сквозь палубу хвостовики лучше оставлять под ней незаделанными и крепить болтами к заформованной планке. Дело в том, что уплотнения часто дают течь. Поскольку вант-путенсы почти невозможно заделать без зазоров и без полостей и каналов для просачивания воды, вода будет скапливаться внутри заформовки. Застой воды приведет к началу загнивания в этих полостях, где формованная конструкция наиболее уязвима и где недопустимо ее ослабление. Загнивание можно будет обнаружить лишь после того, как оно разовьется достаточно сильно и станет заметным снаружи. Практика показывает, что на многих судах загнивание появляется именно в таких местах. Кроме того, без доступа воздуха нержавеющая сталь будет ржаветь. Часто первым признаком загнивания служит появление ржавых пятен.
Наиболее сложные проблемы возникают при установке вант-путенсов, если в процессе оснащения судна применяют только „сухие" способы монтажа. Наращивание толщины конструкций наформовкой в этом случае будет, вероятно, затруднительно. По возможности, следует предусматривать данную операцию заранее и осуществлять ее на стадии формования. Очень неплохо, когда при формовании утолщенные места помечаются (например, краской), поскольку впоследствии обнаружить их гораздо труднее. Если местные утолщения конструкции, на стадии формования не были сделаны, то необходимо принять меры к распределению действующих нагрузок иными способами. Достаточно удовлетворительное решение - применение широкой пластины из металла или многослойной фанеры, к которой вант-путенс можно крепить болтами, особенно если он сделан так, как показано на рис. 39. Крепление будет более надежным, если пластину установить на клею или соединить ее со шпангоутами и переборками. Для уменьшения напряжений и растяжения под нагрузкой габаритные размеры или площадь сечения вант-путенсов должны быть увеличены. На деревянных судах вант-путенсы часто крепят болтами к шпангоутам, но на формованном судне это следует делать с большей осторожностью. Прежде всего необходимо выяснить, какой материал использован в качестве заполнителя. Если он легкий, то при затяжке болтов шпангоут может быть проломлен. Такой способ крепления пригоден только в тех случаях, когда заполнитель изготовлен из дерева или иного достаточно жесткого материала. Этот вопрос нужно решить со строителями корпуса заблаговременно. В пустотелый заполнитель можно ввести шпаклевку на основе
смолы или синтактный пенопласт.
Неграмотно спроектированные вант-путенсы, в частности, такие, которые крепят болтами, проходящими сквозь корпус, не имеющий утолщения, в процессе эксплуатации судна будут, скорее всего, оторваны вместе с частями конструкции. И произойдет это, вероятно, задолго до того, как мачта и такелаж подвергнутся максимально возможной нагрузке, а ведь в таких случаях при повреждениях должны выходить из строя такелаж или вант-путенсы, но ни в коем случае не судно. Для обеспечения этого требования необходимо принимать специальные меры и грамотно оценивать все действующие факторы.
|
|
|
