Матеріали і конструкції катерів

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Зміст

Вступ

1. Аналіз специфіки конструкції об`єкта. Матеріали і конструкції катерів

1.1.1 Дюралюмінієві корпуси

1.1.2 Пластикові корпуси

1.1.3 Дерев'яні корпуси

1.1.4 Дерево, пластик або дюраль?

1.2 Аналіз конструкції на прикладі катеру Grizzly

2. Технологія виготовлення корпусу судна на прикладі катеру COBRA

3. Виготовлення макетів суден

4. Практична робота із виготовлення днища судна

Висновок

Додатки

Використана література

Вступ

Катер - узагальнена назва невеликих кораблів або суден. Ці кораблі можу бути як пасажирськими, так і сторожовими, вантажними, рятувальними, ракетними, туристичними і т.д. Водотоннажність катерів, як правило, становить до 400 тонн.

Головне, чим відрізняються катери від звичайних човнів, - в якості силової установки в них використовується двигун (мотор). Колись давно катерами називалися легкі судна з одного щоглою. Ще катером називаються гребні шлюпки на великих кораблях, трохи відстають за розмірами від баркасів. Баркас має більш закруглені обводи і більш важку споруду.

Довжина катера може становити від 1,5 метра до 40 метрів, ширина - до 7 метрів. Швидкість ходу коливається в межах 3 - 70 вузлів, якщо перевести на км / год, отримаємо, 5,5 - 130.

За формою підводної частини катера діляться на два типи: плоскодонні і кільові. Ці судна можуть бути як з виступами на дні, так і без них.

За типом руху катера ділять на наступні групи: Гліссирующие, водоізмещающіх, на повітряній подушці. Двигуни в катерах можуть бути газотурбінними, моторними або парусно-гребними.

1. Аналіз специфіки конструкції об'єкта

1.1 Матеріали і конструкції катерів

катер днище конструкція корпус

1.1.1 Дюралюмінієві корпуси

Переважна більшість човнів серійного виробництва, що випускалися підприємствами для продажу населенню і виготовляється повинні з корпусами з легких сплавів - дюралюмінію (Рис.1) (при клепані конструкції) і алюмінієво-магнієвих сплавів (при використанні зварювання).

Рис. 1

Дюралюміній - сплав алюмінію з міддю (близько 4%), магнієм (1,5%) і марганцем (0,5%) - належить до так званих недеформівних і термічно зміцнює сплавів. Для будівлі човнів найчастіше застосовують листи з дюралюмінію Д16АТ, що піддаються загартуванню для досягнення високої міцності. Це дозволяє застосовувати для зовнішньої обшивки порівняно тонкі листи: 1,5-2 мм для днища і 1,2-1,8 мм для бортів (при довжині човна 3,5-5 м). Спроби зігнути дюралевий лист в звичайному холодному стані під малим радіусом приводять до появи тріщин в матеріалі, тому необхідна попередня термообробка - відпустка. Заготівля нагрівається до 350 ° С, потім їй дають охолонути на повітрі. Після гнуття деталь потрібно знову загартувати нагріванням до 500 ° С і охолодженням у воді.

Основний принцип конструкції дюралевих човнів - в підкріпленні тонкої обшивки великим числом поздовжніх ребер жорсткості - стрингерів, які спираються на порівняно рідко розташовані шпангоути.

У дрібному суднобудуванні найбільшого поширення набули сплави марки АМг5 (5% магнію), призначені для листових конструкцій і АМг61 для листів і профілів. Листи і профілі з цих сплавів володіють пластичністю, що дозволяє піддавати їх згинанні в холодному стані. Сплави типу АМг володіють більш високою корозійною стійкістю, чим дюралюміній, і можуть використовуватися для корпусів суден, що експлуатуються в морській воді.

Алюмінієво-магнієві сплави володіють дещо меншою міцністю, ніж дюраль, тому обшивку човнів доводиться робити більш товстою, щоб забезпечити при експлуатації рівну, без вм'ятин, поверхню корпусу. А в разі виготовлення зварного корпусу дуже важко уникнути викривлення тонкої обшивки при її зварюванні з набором: у порівнянні зі сталлю алюміній володіє в 2 рази більш високим коефіцієнтом лінійного подовження при нагріванні, тому і деформації при зварюванні відповідно більше. Все це змушує використовувати для зовнішньої обшивки листи товщиною не менше 2 мм, а при зварюванні корпусів довжиною більш 5 м - вже товщиною 3-4 мм.

Інший шлях зменшення обсягу зварювання корпуса - застосування штампованих конструкцій обшивки з ребрами жорсткості у вигляді гофрів або зигов.

1.1.2 Пластикові корпуси

Для будівлі пластмасових корпусів у вітчизняному суднобудуванні використовуються виключно склопластики (Рис.2). Вихідними матеріалами для них є ненасичені поліефірні смоли і армуючі стеклонаполнітелі у вигляді тканин, полотен і джгутів (рівниці).

Рис.2

Склотканина додає пластику необхідну міцність. Найбільш міцний і щільний пластик виходить при використанні тонкої тканини сатинового переплетення типу Т-11-ГВП-9 по ГОСТ 19170-73 (перш ця склотканина випускалася з індексом АСТТ (б)-С2О). При власній товщині тканини в 0,38 мм один її шар в обшивці дає товщину 0,5 мм. Інший тип тканин, використовуваних для формования корпусів човнів, - стеклорогожа або тканину джгутових переплетення. Ця тканина більш товста - наприклад, марки ТР-07 має товщину 0,7 мм, тому для отримання тієї ж товщини обшивки, що і при використанні сатиновою тканини, досить укласти вдвічі менша кількість шарів рогожі. Однак щільні джгути волокон рогожі гірше просочуються сполучною і при слабкій накочення шарів до матриці така обшивка нерідко фільтрує воду. Тому часто обшивку формують з тканин обох типів: зовнішні шари роблять з сатиновою склотканини (при великій товщині прокладають також один-два проміжних шари між стеклорогожей), внутрішні - з стеклорогожі.

Для формування використовується ще так звана склосітка СЕ - дуже тонка і рідкісна тканину, добре просочується сполучною. Покладена в самий зовнішній шар, вона вирівнює поверхню, краде грубу текстуру нижчого шару склотканини і добре тримає шар забарвленого сполучного.

При використанні будь-якого стеклонаполнітеля намагаються витримати співвідношення маси сполучного зі склотканиною приблизно 1: 1. У вітчизняному суднобудуванні отримала застосування поліефірна смола типу НПС-609-21М - менш токсична і дешевша, ніж епоксидні смоли ЕД-5 і ЕД-6, використовувані найчастіше для ремонту.

1.1.3 Дерев'яний корпус

Дерево як суднобудівний матеріал використовують і при виготовленні порівняно великих яхт і при самостійній споруді катерів (Рис.5). Однак і тут класична конструкція дерев'яного корпусу замінюється на обшивку, клеєну з вузьких рейок, окремі поясом якої надійно з'єднані між собою за допомогою водостійкого клею і цвяхів. Гнутоклеєні або ламіновані конструкції використовують і при виготовленні таких деталей набору корпусу, як шпангоути, кіль, бімси, і т.п. Завдяки цьому вдається виготовити корпусні деталі з невеликих за розмірами якісних заготовок деревини. У своєму класичному вигляді - зі складальної клінкерної обшивкою (кромка на кромку) - дерев'яні корпуси можна бачити тільки на гребних човнах-Фофанов.

Рис.3

Недоліки деревини як суднобудівного матеріалу добре відомі: дерево вбирає вологу і розсихається, змінюючи свої розміри, схильне до загнивання і пошкодження червицями, має неоднакову міцність при навантаженні вздовж і впоперек волокон; споруда легких і міцних корпусів пов'язана з ретельним відбором деревини і високою якістю робіт.

Для зовнішньої обшивки дерев'яних суден застосовують сосну, ялина, кедр; для набору корпусу крім сосни використовують дуб та ясен - тверді і дуже міцні породи деревини. Деякі широко поширені породи, наприклад, береза, осика, бук, вільха для будівлі корпусів човнів непридатні. Вони сильно вбирають вологу, легко загнивають, особливо в контакті з металевим кріпленням, і не володіють достатньою міцністю.

Фанерні човни можуть служити протягом 10-12 років при правильній конструкції і гарній захисту зовнішньої поверхні. Велике значення має надійне закриття всіх крайок фанери по вилиці, транцем, по лінії борту - саме звідси починається розшарування фанери і її загнивання.

1.1.4 Дерево, склопластик або дюраль?

Це питання доводиться вирішувати покупцеві серійної човна або самодіяльному будівельнику. Дерев'яні човни - найбільш дешеві; матеріал доступний, легкий в обробці, а збірка корпусу з фанерною і навіть з дощаній обшивкою досить проста. Перебування на дерев'яному судні незмірно приємніше, ніж на судні з будь-якого іншого матеріалу. Однак в експлуатації ці матеріали недовговічні, особливо якщо влітку човен стоїть постійно на воді, а взимку зберігається під відкритим небом. У таких умовах фанера починає розшаровуватися через 4-5 років, легко пошкоджується при ударах і витаскуванні човна на берег. Дерев'яний корпус потребує постійного догляду, частих ремонтах, гарній захисту шпаклівкою і фарбами від води. Але все в залежить від господаря: при гарному догляді, зберіганні на березі і захисту корпусу від води човен може служити і до 30 років.

Човни з дюралюмінію і особливо алюмінієво-магнієвого сплаву витривалішими і довговічніше, хоча профілактичний малярний ремонт їм також необхідний щорічно - кожну весну. У клепані корпусі з великим числом деталей набору досить складно підтримувати чистоту. У морі і на річкових стоянках в районі агресивних стічних вод дюралевий набір і, рідше, обшивка починає інтенсивно руйнуватися; в нормальних же умовах термін служби алюмінієвих човнів перевищує 15 років.

Мабуть, більшість випускаються в даний час алюмінієвих човнів мають недостатньо високу якість обробки, не дозволяє порівнювати їх з човнами зі склопластику. Власник дюралевої човни відчуває ряд незручностей, натикаючись постійно на гострі крайки аркушів і штампованих деталей. Алюмінієві човни при плаванні на хвилюванні <гримлять> і резонують при роботі підвісного мотора; нерідко в них з'являється текти від ослаблих заклепок.

Човни зі склопластику - найдорожчі, але, купивши таку човен, можна заощадити і гроші, і час. Навесні, коли власники дерев'яних або дюралевих човнів ще вичікують погожих днів для забарвлення, пластмасову човен вже можна спускати на воду. Відпадають турботи про підтримання човна в порядку при зберіганні на березі, про захист її від корозії і загнивання. Корпус не набухає - його маса не збільшується від намокання; в принципі він може служити дуже довго (25-30 років).

Пластмасові човни - самі елегантні за зовнішнім виглядом, відрізняються високими експлуатаційними якостями: адже при їх проектуванні конструктор має можливість застосувати найбільш оптимальні обводи корпусу. Однак при недостатньо ретельному дотриманні технології виготовлення або невдалої конструкції ці переваги будуть зведені нанівець. Перш за все, склопластик не любить абразивного тертя. Якщо корпус не має гарного захисту від стирання, наприклад, захисту кіля або обшивки із внутрішньої сторони корпуса, де часто на неї наступають, то через кілька навігацій човен буде мати потребу в серйозному ремонті. Інша небезпека - відкрита поверхня армуючої склотканини, яка швидко зношується під впливом зовнішнього середовища і стирання. Отже, купившему пластмасову човен все ж не слід сподіватися на те, що човен не буде мати потребу в спостереженні за її станом.

1.2 Аналіз конструкції на прикладі катеру Grizzly

Головною відмінністю катерів Grizzly є те, що вони зроблені не з пластику, а з алюмінієво-магнієвого сплаву (Рис.6) АМГ-5 М. Тому навіть популярна модель катери Grizzly 580 R з товщиною днища 4 мм і бортами (зігованнимі для додаткової жорсткості конструкції) 3 мм має рівну вагу в порівнянні зі своїм пластиковим аналогом.

Рис.4

Однак порівнювати міцність і довговічність цих двох матеріалів (металу і пластика) просто немає сенсу. Алюмінієвий катер витримує удари на високій швидкості про підводні валуни, яких на Ладозі вистачає, тоді як відомі випадки пробивання крихкого пластикового корпусу з сумними наслідками... Конструкція корпусу всіх катерів Grizzly (Рис.)дозволяє навіть при повному завантаженні катери легко ковзати по воді.

Рис.5

Днище за формою нагадує крило чайки - така конструкція додає остійності на воді, маневреності, а також гасить вібрацію від невеликих хвиль. Верх катера (палуба) виготовлений з полірується пластику, виробленого за фінською технологією Gelocoat. У всіх катерах є безліч скриньок, бардачків і т. п., (Рис.) що не можна не переоцінити - є куди покласти рибу, рюкзаки, провіант... без побоювання, що речі намокнуть.

Рис.6

Але останнє - на любителя, а от поставити на катер сучасне навігаційне обладнання абсолютно необхідно (Рис.). Для тих моделей катерів, де передбачена каюта, відмінною опцією є система опалення Webasto, працююча автономно.

Рис.7

2. Технологія виготовлення корпусу судна

Склопластикові катери COBRA (Рис.10) почали випускати в1999 році. Перші продажі і участь катерів COBRA в українських бот-шоу показали затребуваність цих плавзасобів на українському ринку. Пізніше продукція отримала визнання в Росії і Європі. Головні достоїнства, які підкреслювали всі незалежні експерти, які проводили тестування катерів COBRA в різних країнах: швидкість, комфорт, безпеку і відмінні ходові характеристики. Сьогодні модельний ряд катерів COBRA налічує більше десяти моделей. Всі катери виготовляються під наглядом Українського Регістру Судноплавства і мають відповідні сертифікати. Катери пройшли сертифікацію Російського Стандарту, Bureau Veritas (Франція) та отримали сертифікати відповідності міжнародним стандартам якості РЄ та IMCI.

Рис.8

В якості конструкційного матеріалу застосовується саме склопластик - матеріал (Рис.) номер один в суднобудуванні, це обумовлено його високими питомими характеристиками міцності і жорсткості, при цьому він легше і дешевше металу і не схильний корозійному впливу води. Цей матеріал стійкий до негативної сонячному впливу, пружний, має низьку теплопровідність. У склопластику відмінні електроізоляційні властивості, низький коефіцієнт лінійного теплового розширення, він не чутливий до низьких температур.

Досвід відновлення катерів COBRA і досвід реставрації корпусів рібовскіх моделей човнів BRIG доводить, що склопластик має дуже високу ремонтопридатність.

Все це забезпечує катерам із стеклопластіковим корпусом більшу тривалість експлуатації. Надійність катерів COBRA і їх відповідність сучасним вимогам безпеки підтверджує досвід їх експлуатації приватними власниками, МНС України, базами відпочинку.

Рис. 9

Усі виробничі процеси проводяться в одному місці (Рис.), де зосереджені наступні ділянки: проектування і дизайну, моделювання, формування, збірки, ділянка металообробки, деревообробний ділянку, швейний ділянку; ділянка електромонтажу і обладнання

У процесі проектування корпуса одне з головних питань - обводи майбутньої моделі, від них у великій мірі залежать ходові характеристики катери, висока мореплавність, маневреність і остійність.

Важливо також правильно спроектувати внутрішній простір.

Тому наші конструктори завжди шукають компроміс між корисною площею, комфортом і зовнішнім дизайном надводної частини катера.

Спеціальна форма днища і вітрові скла дають хороший захист кокпіта від бризок і вітру у всіх катерів COBRA, як відкритих, так і каютних моделей

Рис.10

Коротко про основні етапи виробництва (Рис.13): на поліровану поверхню матриці наноситься гелькоут, поверх якого формується необхідна кількість шарів стекломата - складові частини склопластику. Після затвердіння гелькоута і стекломата виходить вже готова поверхня корпусу майбутнього катери. Одна з переваг такої технології - у склопластикових корпусів немає зварних або клепаних швів, які є місцями найбільше схильними корозії. Корпус катерів COBRA складається з відформованих (з поліефірного пластика) днищевой частини і палуби, які з'єднують між собою за спеціальною технологією. Палуба являє собою єдину деталь з великою кількістю вигинів, поднутрений і ніш, яка посилюється декількома шарами склотканини.

Внутрішній простір нижній (днищевой) частини катери складається з двох герметичних відсіків, в яких встановлені роздільні автоматичні помпи для відкачування води.

Конструкції катерів розроблялися таким чином, щоб забезпечити максимально вільну площу для людей і для монтажу додаткового обладнання.

Рис.11

Застосовуються комплектуючі від кращих світових виробників: Osculati, Taylor Made, Prelco, UltraFlex, Sunbrella, SIC Divisione, Polyplast, склопластикові матеріали Ashland і Scottbader, двигуни Volvo Penta, MerCruiser, Evinrude, Suzuki, Tohatsu. Для обробки внутрішнього простору катерів COBRA використовуються спеціальні матеріали, які можуть піддаватися впливу води і вологи без втрати своїх якостей. Вживана фурнітура як власного виробництва (релінги, трапи, килимові покриття), так і імпортного виробництва (качки, люки, ілюмінатори, фітинги і т.п.). Всі кріпильні елементи виконані з нержавіючої сталі. Для зручності пасажирів в кокпіті застосовуються рундуки, кришки яких оснащені замками і пружинними стійками. Постійно йде робота з удосконалювання дизайну (Рис.)та інтер'єру (Рис.), враховуючи нові світові тенденції і напрямки, а також відгуки про експлуатацію.

Рис.12

Рис.13

3. Виготовлення макетів суден

Виготовлення макета складається з декількох етапів:

1. Аналіз вихідних даних, формування завдання;

2. Комп'ютерна обробка креслень проекту;

3. Виготовлення підмакетника і допоміжних конструкцій;

4. Виготовлення деталей, елементів, фарбування;

5. Збірка макета;

6. Художнє оформлення.

Я пропоную розглянути сам метод створення корпусу днища катера. При будівлі пластмасових корпусів застосовують такі методи формування:

Контактне формування - основний спосіб виготовлення корпусів судів і суднових конструкцій із склопластику. Цей метод при «використанні ненасичених поліефірних смол холодного затвердіння полягає в тому, що для виготовлення оболонки корпусу потрібно матриця або пуансон (болванка), повністю копіюють обводи, розміри і форму корпусу судна. На таку матрицю (або пуансон) укладають спочатку розділовий шар, потім декоративний товщиною 0,25-0,5 мм, а потім перший шар стеклонаполнітеля, який просочують і ущільнюють пензлем (або пульверизатором) і роликом. Гладка поверхня оболонки виходить тільки з боку прилягання поверхні корпусу до пуансона або матриці (Рис.). Потім укладають наступний шар і т. д. до одержання обшивки необхідної товщини.

Рис. 14 Методи формування пластмасових суден: а - контактне, б - вакуумний метод формування, в і г - метод гумового мішка; 1 - кисть, 2 - пульверизатор, 3 - каток, 4 - резервуар з смолою, 5 - вакуумний насос, 6 - нагнітальний насос, 7-матриця, 8 - пуансон, 9 - гумовий мішок, 10 - корпус

Після затвердіння декоративного шару, який сушать протягом 2-10 год, на нього наносять смолу; потім на смолу укладають попередньо розкроєні армуючий матеріал. Надалі кожен шар армуючого матеріалу просочують смолою і ретельно накочують катками, щоб видалити бульбашки повітря з армуючого матеріалу і тим самим запобігти появі складок на його поверхні. Іноді укочування і просочення здійснюють тільки після нанесення декількох шарів армуючого матеріалу. Однак монолітність склопластику при цьому може бути порушена. Після закінчення формувань корпусу його витримують у формі при кімнатній температурі протягом 2-3 діб (іноді до 18 діб). Для скорочення процесу полімеризації корпус іноді нагрівають у спеціальній формі.

Для спрощення технології будівлі пластмасові корпуси збирають з двох-трьох поздовжніх секцій; при цьому монтажні шви розташовують в діаметральній площині та в районі з'єднання палуби з бортом.

Цей спосіб формування шкідливий, внаслідок токсичності смол і виділення ними шкідливих газів, тому робоче місце повинне добре провітрюватися, робітники повинні працювати в масках при скороченому робочому дні.

Вакуумний метод формування. При цьому методі забезпечується хороша просочення армуючого матеріалу смолою, внаслідок розрідження повітря в просторі між пуансоном і матрицею. Корпус судна можна формувати кілем вгору (рис.) або кілем униз. Скляний наповнювач викладається поверх пуансона на розділовий шар; після укладання армуючого матеріалу і нанесення на нього декоративного шару на пуансон встановлюють матрицю, щільно притягаючи її болтами до пуансона. Герметизація простору між формами досягається за рахунок кругових жолобів в пуансоні, які перед установкою на нього матриці заливають смолою. Після герметизації включають вакуумний насос і одночасно відкривають доступ до форми смоли, попередньо змішаної з прискорювачем і каталізатором. За рахунок вакууму смола автоматично заповнює простір між пуансоном і матрицею, просочуючи знаходиться в ньому армуючий матеріал. Щоб прискорити процес полімеризації, форму підігрівають паром або електроенергією.

При вакуумному методі внутрішня і зовнішня поверхні пластмасової оболонки корпусу виходять гладкими. Якість просочення (відсутність усадочних раковин, повітряних міхурів) при вакуумному способі вище, ніж при ручному. Основним недоліком вакуумного методу є неможливість отримання високого відсотка армування пластику.

Вакуумний метод доцільно застосовувати при масовому виробництві серій невеликих суден (катерів, човнів).

Метод гумового мішка. Цей метод від тільки що розглянутого відрізняється тим, що для формования потрібно тільки матриця або пуансон. При застосуванні матриці роль пуансона грає гумовий мішок (еластична діафрагма). Після укладання армуючого матеріалу в матрицю на неї натягають гумовий мішок (мал. 86, г), який потім закріплюють по її краях. Внаслідок відкачування повітря вакуумним насосом з простору між формою і мішком, останній щільно притискає армуючий матеріал до матриці. Потім цей простір заповнюють смолою, так само як і при вакуумному методі. Гумовий мішок можна застосовувати і в тому випадку, якщо щільне притиснення армуючого матеріалу до матриці забезпечується нагнітанням повітря в мішку (Рис.).

Метод гумового мішка також дозволяє отримати гладку поверхню з обох сторін обшивки, хоча обтиснення повітрям не завжди забезпечує хороше і щільне прилягання мішка до форми, особливо по краях. Вартість оснастки при цьому методі значно нижче, ніж при вакуумному, що дозволяє застосовувати його при споруді невеликих серій судів.

Метод напилення - частково механізований метод виготовлення конструкцій використовується для виготовлення шлюпок, корпусів катерів та інших малонавантажених конструкцій. Метод полягає в наступному. У спеціальному пристрої стекложгут рубають на волокна довжиною 10-120 мм. Ці волокна за допомогою спеціального пристрою підхоплюються потоками стиснутого повітря і по гнучкому шлангу подаються в наповнює головку. Одночасно по другому шлангу до голівці підводиться рідка смола з «активатором», а по третьому смола з «ініціатором». При виході з головки скляні волокна потрапляють в потік пов'язує і повністю змочуються ім. Змочена маса направляється на форму, відтворюючу виріб. Після нанесення шару смоли-скляної маси на поверхню форми, її накочують і ущільнюють, як і при контактному методі. Є й інші менш вживані методи, так як пластмасове суднобудування тільки ще розвивається.

4. Практиічна робота із виготовлення днища судна

Затвердивши аналог катеру, переходимо до виготовлення креслень нашої майбутньої матриці, що буде слугувати дном. Існують як вже було зазначено різні методи виготовлення корпусу, в умовах лабораторії можливим є контактне формування. Тому ми приступаємо до виготовлення болванки. В підготовлений резервуар («коробку») заливаємо гіпс, щоб болванка не була литою, заповнюємо внутрішній простір пінопластом або іншими матеріалами. Ще вологий гіпс вичесуємо до нашої форми днища. Матриця готова, чекаємо повного висохання, та методом контактного формування виготовляємо корпус катеру.

Висновок

Виготовлення катеру включає в себе дуже багато різноманітних етапів і кожен є невід'ємною складовою. Головним є виготовлення днища, адже саме воно буде відповідати рухові катеру, тому до нього потрібно підійти серйозно. Під час роботи ми ознайомились з деякими методами формування об'єктів, тому в подальшому ми зможемо застосовувати їх у подальших своїх роботах.

Використана література

1.http://www.stroitelstvo-new.ru/sudostroenie/rk/tehnologiya-postroyki-plastmassovyh-sudov.shtml

2. http://bora.ck.ua/manufacture.htm

3. http://tapemark.narod.ru/vodnik/1_11.html

Размещено на Allbest.ru