Усилия, возникающие в буксирном канате.

При буксировке усилие натяжения в канате определяют три составляющие внешнего воздействия:

Постоянная сила . Обусловлена сопротивлением воды и воздуха движению буксируемого объекта- воза. Это так называемое натяжение буксира при тихой погоде. Значение буксировочной силы F₁ задается. По требованию Правил Российского Речного Регистра номинальное усилие на гаке буксира определяется при скорости движения не более 5 узлов.

Ударные силы . Возникают при сильных порывах ветра, при входе воза на мелководье, в битый лед и т.д. Носят апериодический (случайный) характер.

Гармонические силы F₃. Возникают из-за качки буксира и воза.

Волнение возникает из-за ветра, при этом скорость бега волны и длина волны связаны отношением

где:

Период колебания волны , а частота колебания волны, , тогда угловая частота ветрового волнения .

Наихудшие условия для буксировки возникают при движении воза вразрез волны (на встречу волне). Тогда скорость движения относительно гребня волны - скорость судна, период относительного колебания , частота колебания и относительная угловая частота колебания судна возрастают .

Если буксир и буксируемое судно имеют одинаковый размер, то положение судов относительно волны будет зависеть от длины буксирного каната: при длине каната кратной длине волны усилие в канате будет меняться мало. Следовательно, с помощью буксирной лебедки надо выбирать такую длину буксирного каната, при которой колебания усилий в нем будут минимальными.

Рассмотрим случай, когда буксируемое судно значительно больше буксира. В этом случае колебанием центра тяжести буксируемого состава можно пренебречь, а колебания центра тяжести буксира остаются, значит остаются колебания усилий в канате.

При свободном состоянии центр тяжести буксира описал бы орбиту около среднего положения, имеющего оси X и Y, координаты которой определяются уравнением для эллипса

где

Примечание: a – не превышает половину высоты волны, определяется при модельных испытаниях и уточняется при сдаче головного судна.

При достаточно большой длине канат определенным образом провисает под силой собственной тяжести, поэтому вертикальные составляющие колебания можно не учитывать.

Длина буксирного каната изменяется, как и ордината X, тогда скорость выбирания (травления) определяется первой производной по времени

,

где -максимальная скорость навивки на барабан, а ускорение центра тяжести буксира по горизонтальной оси определится второй производной

Тогда гармонические силы, возникающие в канате можно определить по уравнению

,

Где

Амплитуда гармонического усилия на буксирном тросе, Н

Кроме трех составляющих внешнего воздействия на характер натяжения буксира влияют компенсирующие пассивные и активные усилия.

Компенсирующие пассивные усилия создаются упругостью и весовой игрой каната.

Упругость буксирных канатов зависит от свойств материала и их длины. Удлинение жестко закрепленных стальных тросов подчиняется закону

где:

Под весовой игрой каната понимают зависимость натяжения на барабане от формы провисающего каната, которая меняется в зависимости от длины вытравленного каната. Увеличение компенсирующих свойств каната достигается включением амортизаторов из синтетических тросов, цепных смычек и сосредоточенных грузов.

Активные компенсирующие усилия создаются электроприводом.