устройство для транспортировки грузов в ледовых условиях

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ГРУЗОВ В ЛЕДОВЫХ УСЛОВИЯХ, содержащее ведущее судно, в диаметральной плоскости которого установлены ледорез для образования прорези во льду и расположенный за ним ледоразводящий выступ, а также связанное с ведущим судном ведомое плавсредство, включающее в себя расположенную подо льдом плавучую грузовую емкость, имеющую отсеки регулирования плавучести, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности в эксплуатации, ведущее судно выполнено в виде катамарана, между корпусами которого установлена с возможностью поворота относительно горизонтальной оси платформа, на которой установлены упомянутые ледорез и ледоразводящий выступ, а ведомая плавучая грузовая емкость выполнена с носовой оконечностью в виде клина и снабжена расположенными побортно в ее верхней части поворотными штангами, имеющими опорные элементы для взаимодействия с нижней поверхностью льда и датчик усилия прижима.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, которые обеспечивают транспортировку грузов преимущественно в сплошных льдах, оно может быть также использовано для транспортирования до и после ледовых полей.

Известно транспортное устройство, которое содержит в своем составе ледокол. Он образует канал в ледовом поле и ведомые судна усиленного ледового колеса, на которых размещается полезный груз, перемещаются по этому каналу.

Недостатками известного транспортного устройства являются:

разрушение ледового покрова ледоколом путем наезда на него и продавливания собственным весом, на что и используется мощность ледокола;

затруднено движение ведомых судов, т.к. осколки льда могут быть значительными;

наличие на ведомых судах своих команд, установленной мощности двигателя;

ограниченная проходимость по толщине льда.

Известно транспортное устройство, которое предназначено для транспортировки грузов по ледовому покрову водоема (авт.св. 68735, кл. B 63 B 35/12, 1946).

Описанное устройство для транспортировки грузов в ледовых условиях содержит ведущее судно, в диаметральной плоскости которого установлены ледорез в виде фрезы для образования прорези во льду и расположенный за ним ледоразводящий выступ. За ведущим судном размещено связанное с ним плавсредство, включающее в себя расположенную подо льдом плавучую грузовую емкость с отсеками для регулирования плавучести.

Недостатками транспортного устройства являются:

невозможность использования на чистой воде;

загрузка полезной нагрузки в камеру повозку на ледовой поверхности, что предопределяет низкое КПД, т.к. вся полезная нагрузка воздействует на ледовую поверхность;

опасность использования в неустойчивых ледовых полях, когда наблюдаются подвижки;

невозможность преодоления трещин.

Целью изобретения являются: снижение стоимости транспортировки единицы полезного груза; повышение проходимости (практически устраняется зависимость от толщины льда).

Цель повышает эффективность эксплуатации транспортного средства ледовых условиях.

Достигается это тем, что ведущее судно выполнено в виде катамарана, между корпусами которого с возможностью поворота относительно горизонтальной оси платформа, на которой установлены упомянутый ледорез и ледоразводящий выступ, а ведомая плавучая грузовая емкость выполнена с носовой оконечностью в виде клина и снабжена расположенными побортно в ее верхней части поворотными штангами, имеющими опорные элементы для взаимодействия с нижней поверхностью льда и датчик усилия прижима.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство для транспортировки грузов в ледовых условиях в рабочем положении; на фиг.2 ведущее судно катамаран; на фиг. 3 то же, продольный разрез; на фиг.4 разрез по А-А; на фиг.5 разрез по Б-Б на фиг.3; на фиг.6 ведомая плавучая грузовая емкость (далее грузовая емкость); на фиг. 7 устройство опорных штанг на грузовых емкостях; на фиг.8 схема пневматического принципиального управления баластом; на фиг.9 возможное выполнение датчика давления с принципиальной электрической схемой; на фиг.10 узел крепления ледорезного устройства.

Все изображения выполнены упрощенно, более подробно представлены элементы, которые относятся к отличительным признакам.

Предлагаемое устройство содержит катамаран 1, который соединен тягой 2 с грузовой емкостью 3, грузовая емкость 3 на своей верхней поверхности имеет четыре штанги 4, которые упираются в нижнюю поверхность льда 5. На катамаране 1 расположено ледорезное устройство 6 в виде дисковой фрезы 7 и ледоразводящий выступ 8 (далее выступ), который расположен за дисковой фрезой 7 как можно ближе, тяга 2 размещена в щели 9, которая образована дисковой фрезой 7. В качестве режущего инструмента ледорезного устройства может быть использована не только фреза 7, но и пила с роликовой цепью. Фреза 7 является более предпочтительной, т. к. излом самого диска исключается из-за его прочности, а зубья должны быть сменными. Зубья должны иметь режущую кромку не только радиальную, но и боковую для обеспечения поворота транспортного устройства, причем боковые кромки должны выступать за поверхность самого диска фрезы.

Катамаран 1 содержит два корпуса 10, на которых крепятся два турбовинтовых двигателя 11 (далее двигатели). Корпуса 10 могут использоваться частично как хранилище для топлива для аварийного запуска, а для работы можно топливо разместить в грузовой емкости 3 для снижения массы катамарана 1. Нижняя часть корпусов 10 катамара 1 выполнена в виде опорной плоскости, площадь которой обеспечивает заданное удельное давление на верхнюю поверхность ледового покрова. На корпусах 10 крепится жилое помещение 2 с командным пунктом и платформа 13, которая выполнена в виде замкнутой прямоугольной рамы и имеет цапфы 14, которые опираются на стойки 15. Привод 16 размещен на кронштейне 17 и соединен двойным шарниром Гука 18 со звездочкой 19, которая передает вращательное движение роликовой цепью 20 на звездочку 21, соединенную через шлицевое соединение с фрезой 7. Фреза 7 опирается своим валом 22 на подшипники 23 и удерживается в центральном положении тарельчатыми пружинами 24. Один из уступов 25 имеет шлицевое соединение. На раме 13 размещен выступ 8. В передней части катамара 1 имеется управляемая поворотная шторка 26, которая способна занимать положение, показанное пунктиром. Тяга 2 выполняется из одного или нескольких тросов, которые имеют достаточную длину (не менее 500 м), чтобы уменьшить угол между тягой и льдом, и, следовательно вертикальную составляющую от усиления натяжения. Одновременно с тягой 2 прокладывается линия управления грузовыми емкостями 3. Грузовые емкости 3 содержат корпус 27 со скосами 28 и ребрами 29, герметичными люками 30, штанги 4, на концах которых размещены ролики 31. Скосы 28 образуют клин. Условно две передние штанги 4 на фиг.6 показаны вcтавленными, а две задние убранными. Штанги размещены по краям корпуcа 27 и утоплены в выемы 32. Kаждая штанга 4 имеет качающийся гидроцилиндр 33, который шарнирно соединен с ней (линии подсоединения гидравлических магистралей не показаны). Гидроцилиндры 33 управляются гидронасосом 34 от емкости 35 с рабочей жидкостью. На штангах имеются датчики усилия 36. Такой датчик может быть выполнен, в частности, как тензометрический датчик. Каждая грузовая емкость 3 имеет отсеки 37, которые через электроуправляемые клапаны 38 соединены с источником сжатого воздуха 39. Нижняя часть отсеков 37 соединяется с водной средой через отверстия 39, а верхняя часть через электроуправления клапана 40.

Для поворота на одном из двигателей 11 меняют тягу, создается боковая сила и катамаран 1 меняет курс. При подходе к сплошным ледовым полям, которые за счет собственной массы катамарана не преодолеваются, шторка 26 поднимается, предварительно включаются двигатели 16, и фреза 7 начинает вращаться от двигателя 16, звездочки 19 и 21 и роликовую цепь 20. Ось 22 размещена незначительно выше опорной поверхности корпусов 10.

Если лед достаточно прочен, то катамаран 1 за счет скосов на передней части корпусов 10 перемещается на его поверхность и корпуса 10 катамарана 1 опираются на верхнюю поверхность ледового покрова плоскостями корпусов 10, а фреза 7 начинает пропиливать щель 9. Грузовая емкость 3 за счет скосов 28 перемещается под лед, причем контакт с нижней поверхностью льда 5 осуществляется в начальный момент ребрами 29 (как и при перемещении грузовой емкости под лед).

Из катамарана 1 включается насос 34, гидроцилиндр 33 поднимает штанги 4, при этом камера 3 опускается, а ролики 31 начинают скользить по нижней поверхности льда 5. Как видно из фиг.6 (вид К), расстояние между роликами 31 штанг 4 больше ширины корпуса камеры. Это позволяет получить большую устойчивость и достигается тем, что поворотная ось штанг 4 установлена под углом.

Вся система занимает положение, которое показано на фиг.1.

По показанию датчиков усилий 36 открывают соответствующие клапаны 40 и воздух удаляется из соответствующих отсеков 37, в отсеки 37 через отверстие 39 поступает вода, положительная плавучесть снижается максимально. По краям корпуса 27 камер 3 расположены датчики заглубления 41. Они могут быть выполнены, как показано на фиг.9, в виде мембраны 42, которая предохраняется сеткой 43. К мембране подсоединен подвижный контакт 44 реостата 45. Управление клапанами 40, 38, насосом 34 осуществляется из катамарана 1. Обратная связь осуществляется от датчиков давления 41 и датчика усилия 36. Электрическое питание также подается с катамарана 1.

Как указывалось выше, фреза 7 имеет съемные зубья c режущими как радиальными, так и боковыми кромками. Это необходимо для осуществления поворота. Действует устройство для транспортировки грузов в ледовых условиях следующим образом: грузовые емкости 3 загружаются на суше или на воде через люки 30 до незначительной положительной плавучести, которые затем герметично закрываются. Изменение положительной плавучести достигается подачей сжатого воздуха из источника 39. Такие грузовые емкости 3 выгодно подсоединить последовательно несколько, т.к. в этом случае последующие грузовые емкости 3 будут находиться в тени и иметь меньшее сопротивление. Если грузовая емкость загружалась на суше, то она затем стягивается по каткам в воду, где производится догрузка. Разгрузка также может быть осуществлена на суше. Далее одна или несколько грузовых емкостей 3 подсоединяются тягой 2 к катамарану 1, соединяется также и линия управления. На катамаране 1 опускается шторка 26, чтобы предохранить фрезу 7 от столкновений. Включаются двигатели 11, транспортное устройство начинает перемещаться. Эта операция может быть частично осуществлена на свободной воде по визуальным наблюдениям, чтобы выступающая верхняя часть корпуса 27 была минимальной. Если при изменении положительной плавучести произойдет перегрузка, то включают клапан 38 и сжатый воздух от его источника 39 начнет поступать в соответствующие отсеки.

Таким образом, достигается минимальная положительная плавучесть, которая контролируется по показаниям датчика давления 41 и датчику усилия 36. Если на нижней поверхности льда 5 будут попадаться неровности, то штанги 4 будут изгибаться, а грузовая емкость 3 из-за своей значительной массы не изменит своего положения.

При значительных складках на поверхности льда, допустим 8-10 м, они обходятся. При движении транспортного средства по чистой воде, корпуса 10 будут разводить битый лед, даже значительной толщины, фреза 7 защищается заслонкой 26, как и вся платформа. При опущенной заслонке 26 катамаран фактически становится обычным судном с усиленными скосами корпусов 10 и заслонкой 26. Поджатие от льдов не влияет на транспортное устройство, т.к. фреза 7 имеет боковые режущие кромки, которые будут при любом усилии от подвижки льда осуществлять прорезание. Если бы произошел обрыв тяги, грузовые емкости остались бы в водной среде без повреждения на длительное время, что позволяет их при благоприятных условиях вывести из данного района. Даже при затирании фрезы 7, что, как показано выше, маловероятно, платформа 13 со всем ледорезным устройством может быть отсоединена и сброшена, а катамаран с экипажем может спастись.

Сами грузовые емкости 3 после прихода в пункт назначения могут быть использованы в качестве хранилищ в водной среде или на суше. Для разведки ледовых полей катамаран 1 либо может иметь летательный аппарат, либо регулярно получать изображение с космического корабля.

Рассмотрим случай, когда ледокол перемещается на предельной толщине льда и встречается увеличение толщины его со стороны водной среды. Это дополнительное препятствие не видно с поверхности визуально, а таких "встреч" может быть множество. Для известных транспортных устройств с ледоколом и ведомыми судами потребуется сложнейшее маневрирование и может возникнуть аварийная ситуация, т. к. движение назад по своей же траектории чревато поломками винтов у любого из судов. Это связано с тем, что в образованном проходе находятся льдины той же толщины, что и основной лед. В предложенном устройстве для заднего хода катамаран 1 должен иметь дополнительный турбовинтовой двигатель с выходным раструбом противоположным основным (условно не показано). Перемещение назад будет происходить по предложенной траектории щели, как и в известном транспортном устройстве. При движении назад трос необходимо выбрать, чтобы его оставшаяся длина создавала угол к месту крепления с грузовой емкостью, обеспечивающей зазор между режущими кромками среды и тросом. Этому будет способствовать также выступ, т.к. трос ляжет на него. Еще проще решается проблема заднего хода подтоплением грузовых емкостей более чем на 5 м, управляемыми гидроцилиндрами 33, допустим до 10 м, и выполнение выступа 8 регулируемого по высоте. Выполнение выступа 8 подвижным не встретит трудностей, т. к. после остановки катамарана выступ 8 не испытывает никаких нагрузок.

Катамаран 3 может вывести все грузовые емкости на сушу, если на подходе к ней и на суше обеспечить соответствующую опорную поверхность, допустим катки, и траншею для размещения фрезы с выступом, либо они должны быть подъемными. Однако наиболее целесообразно использовать грузовые емкости с катамараном 1, образующие устойчивую систему по применению и назначению со всеми признаками на ледовых полях, таким образом: до ледовых полей и после ледовых полей транспортировать грузовые емкости 3 буксирами ледового класса, а катамаран 1 обслуживать вахтовым методом.

Экономический эффект при эксплуатации устройства по данному предложению будет складываться из следующих факторов:

устраняется давление на поверхность ледового покрова, а это ведет к снижению энергозатрат;

объем грузовых емкостей и их количество может быть очень значительным, т.к. число грузовых емкостей практически не влияет из-за того, что они находятся в "тени" первой емкости, а давление на нижнюю поверхность льда можно сделать минимальным, т. к. это регулируется, поэтому снижается стоимость доставки единицы народнохозяйственного груза;

существенно увеличивается проходимость устройства, т.к. устраняется влияние толщины льда, повышается маневренность устройства (поворот и выход из тупикового пути);

появляется возможность полного устранения опасности экипажа, т.к. катамаран может отсоединиться и уйти с экипажем, а грузовые емкости останутся в сохранности в течение длительного времени;

появляется возможность большей сохранности грузов из-за темпеpатуpы близкой к "0";

появляется возможность использования грузовой емкости в качестве хранилища при постоянной температуре.