Графические методы плазовых работ

Проектант судна выпускает и передает заводу-строителю рабочие сборочные чертежи корпусных конструкций. Чертежи, необходимые для изготовления деталей корпуса, проектанты судов не выпускают. В спецификациях к рабочим сборочным чертежам указывают толщины листовых деталей или размеры сечений длинных полос, номера профилей деталей набора, размеры простейших книц, вырезов для пропуска ребер жесткости (в альбомах типовых узлов корпусных конструкций).

Однако измерить по указанным чертежам и задать в них точные контуры деталей, необходимые для их изготовления, невозможно из-за масштабных погрешностей. Это можно сделать, только пользуясь плазовой разбивкой.

Контуры и размеры деталей корпуса определяют в основном по проекции «корпус» плазовой разбивки. Проекции «бок» и «полуширота» используют для уточнения размеров штевней, фундаментов и других конструкций, а также для выполнения вспомогательных построений.

По способам определения формы и размеров все детали корпуса могут быть разделены на пять групп:

1. Детали, форма и размеры которых полностью заданы рабочим чертежом (прямоугольные листы и кницы, полки фундаментов, пиллерсы и т. п.);
2. Плоские детали, расположенные в плоскостях шпангоутов или им параллельные и, следовательно, изображаемые на проекции «корпус» без искажения;
3. Плоские детали, расположенные вдоль судна: а) плоскость детали перпендикулярна ПМШ; б) плоскость детали наклонна к ПМШ. В первом случае деталь изображается на проекции «корпус» одной прямой линией, во втором случабе несколькими параллельными прямыми – линиями пересечения плоскости детали с плоскостями шпангоутов;
4. Изогнутые детали, контуры и размеры плоской заготовки которых получают теоретически точными способами развертывания на плоскость: а) детали со сломом, т. е. состоящие из двух или большего количества плоских участков: б) детали цилиндрической формы; в) детали конической формы;
5. Детали двоякой кривизны (в том числе веерной формы), контур и размеры плоской заготовки которых получают приближенным развертыванием на плоскость, так как теоретически точно такие поверхности не развертываются.

Контуры и размеры деталей второй группы определяют непосредственным измерением расстояний между теоретическими линиями с учетом изложенных выше правил расположения толщин листов и профилей относительно этих линий. Так, длина флора, измеренная от ДП до обшивки, должна быть уменьшена на половину толщины вертикального киля. Кроме контуров деталей по плазу определяют также расстояния между вырезами для прохода продольного набора, места расположения шпигатов под сварные швы и т. п. По рабочему чертежу секции находят величину срезов для пропуска угловых швов, расположение и размеры вырезов облегчения набора, места и характер разделки кромок под сварку и т. п.

Контуры и размеры деталей третьей группы определяют построением. Сначала определяют истинную длину прямых или кривых линий, расположенных вдоль судна, которые называют растяжками (рис. 1). Например, на участке поверхности корпуса между 23-м и 27-м шпангоутами показана линия abcde. Дуговые расстояния между точками пересече­ния указанной линии со шпангоутами на проекции «корпус» называ­ют прогрессами и обозначают буквой П.

Для построения растяжки проводят горизонтальную базовую пря­мую, откладывают на ней нужное количество шпаций, учитывая, что величина шпации заданного участка корпуса всегда известна. На базо­вой линии обозначают шпангоуты и из шпангоутных точек к ней вос­станавливают перпендикуляры. На перпендикулярных лучах отклады­вают отрезки, равные величинам прогрессов П₁-П₄.

При плазовых построениях прогрессы принято замерять мерной (растягиваемая линия прямая) или гибкой (растягиваемая линия и, соответственно, прогрес­сы — кривые) рейками или гибкой металлической линейкой. Гибкой рей­ке или линейке, пометив на них точки a, b, с, d, е, дают распрямиться и переносят нужные отрезки на соответствующий перпендикуляр. Точ­ки на перпендикулярах соединяют прямой или плавной кривой линией (рис. 1, б), которая и образует растяжку или, иначе, истинную длину линии. Теоретическая шпация обозначена Ш, а соответствующие участ­ки растяжки называют растянутой шпацией — РШ.

Для определения растяжек можно воспользоваться формулой:

${\mathrm{РШ}}_i=\sqrt{{\mathrm{Ш}}^2+{\mathrm{П}}_i^2}$

По которой, измерив прогресс, определяют длину растяжки в данной шпации. Для каждой шпации составляют таблицу РШ = ƒ (П).

Рассмотрим определение контуров и размеров плоского стрингера между 6-м и 9-м шпангоутами, проекция которого показана на рис. 2. Обычно стыки деталей отстоят от теоретической линии шпангоута на 1/4 длины шпации, но для упрощения построений будем считать, что стыки стрингера совпадают с плоскостями шпангоутов. Согласно рис. 2, а стрингер перпендикулярен к ПМШ и, следовательно, явля­ется деталью группы 3а.

Для того чтобы установить истинную длину стрингера, пересечем стрингер в произвольной точке строевой ли­нией — вспомогательной линией, перпендикулярной к стрингеру. В данном случае строевая является линией пересечения двух плоско­стей и, следовательно, на развертке стрингера будет прямой.

Определение истинной длины стрингера производится в следую­щей последовательности:

1. Проводится горизонтальная базовая линия, на которой откладывают шпации (обычно справа налево) — растяжка строевой;
2. В точках шпангоутов к базовой линии восстанавливают перпендикуляры;
3. Откладывают расстояния от строевой до верхней Ɩ^в_i и нижней Ɩ^в_i кромок стрингера по каждому шпангоуту. Полученные точки соединииют прямыми или плавными кривыми линиями.

Для стрингера, наклонного к ПМШ (деталь группы 36), построение аналогично, но предварительно необходимо построить растяжку строе­вой, а линии шпангоутов провести друг от друга на расстояниях, рав­ных РШ (рис. 2, б). Строевая в данном случае также прямая линия, поскольку П_i = const, как это показано на разбивке.

Для деталей, отнесенных к группам 4 и 5, определяют и вычерчивают размеры и контуры не самих деталей, а их плоских заготовок, необхо­димых для последующей гибки до требуемой пространственной формы.

Проводя через пазовые точки пунктирные линии, перпендикулярные линии слома, и отклады­вая на них длину шпангоутов от соответствующих точек линии слома, например, от точек А’ и Б’ до пазовых точек В’ и Д’ получим контур раз­вертки килевой коробки — многоугольник ЕАВ’Д’БЖ. При этом не при­нималось во внимание, что в процессе гибки заготовки горизонтальная часть коробки переходит в наклонную не под углом, а по цилиндричес­кой поверхности (рис. 3, б), и не учитывалась толщина листа.

Длина согнутого участка по нейтральному слою составит:
Ɩ = (R+s/ 2)φ.

Для описанного выше способа длина пунктиров:

Ɩ₁ = 2R tg (φ/2)

По­грешность:

∆Ɩ=Ɩ₁ – Ɩ₂=2R tg(φ/2)-(R + s/2)φ = ƒ (R, s, φ)

При наиболее распространенном случае, когда R = 2s и φ = π/2, ∆Ɩ = 0,07s. Такой по­грешностью можно пренебречь. Но если R≥10s, то погрешность ≥3,5s и ее необходимо учитывать.

Для построения развертки усеченной цилиндрической летали типа ску­лового листа наружной обшивки, показанного на рис. 4, его разворачи­вают на плоскость, разгибая дуги шпангоутов вокруг образующей АБ, растянутой с учетом прогрессов П в прямую А’Б’. Растяжки пазовых кро­мок детали определяются линией В’Д'(Г’Е’ ). Отрезок т характеризует погибь листа. Поскольку деталь — часть усеченного цилиндра, то попе­речные кромки развертки будут кривыми.

Длина дуг шпангоутов на развертке равна длине дуг шпангоутов на проекции «корпус»: АГ = А‘‘ Г‘‘ и т. д. Обогнув дуги шпангоутов на проекции «корпус» гибкой рейкой или гибкой металлической линей­кой, отмечают на них положение средней и пазовых точек дуги каждо­го шпангоута. Совместив точку А, отмеченную на рейке, с точкой А‘‘ на развертке и изогнув рейку до совмещения отмеченных на ней крайних (пазовых) точек В и Г с пунктирными линиями, перпендикулярными к образующей А‘‘ Б‘‘, находят пазовые точки развертки В‘‘ и Г‘‘. Их соединяют плавной кри­вой линией. Аналогично находят точки Д‘‘ и Е‘‘. Соединив точки В‘‘ и Д‘‘, Г‘‘ и Е‘‘ прямыми, получим контур развертки. Между стрелкой выгиба среднего шпангоута на раз­вертке и его стрелкой погиби (тп) на проекции «корпус», исходя из подобия заштрихованных тре­угольников, существует соот­ношение:

y/m = П/РШ

Откуда:

$y\mathit{=}m\mathrm{П}/{\mathrm{РШ}}_{}=m\mathrm{П}/\sqrt{{\mathrm{Ш}}^2+{\mathrm{П}}_{}^2}$

Эту зависимость используют для расче­та стрелки выгиба среднего шпан­гоута при построении разверток ли­стов двоякой кривизны. Участок листа в двух смежных относитель­но среднего шпангоута шпациях полагают цилиндрической поверхно­стью и, поскольку ирогрессы слева и справа от среднего шпангоута име­ют разную величину, П₁ и П₂ принимают

$y\mathit{=}\frac{\mathit{m}\mathit{(}{\mathit{П}}_{\mathit{1}}\mathit{+}{\mathit{П}}_{\mathit{2}}\mathit{)}}{\sqrt{\mathit{4}{\mathit{Ш}}^{\mathit{2}}\mathit{+}\mathit{(}{\mathit{П}}_{\mathit{1}}\mathit{+}{\mathit{П}}_{\mathit{2}}{\mathit{)}}^{\mathit{2}}}}$

Детали пятой группы, которые нужно гнуть и в поперечном и в про­дольном направлениях, называют деталями двоякой кривизны. Как уже отмечалось, способы построения их разверток приближенны.

При реальной гибке листов одни волокна металла растягиваются, другие сжимаются. Большинство листов имеет незначительную погибь и поэтому деформациями металла можно пренебречь. Если же кривиз­на листов значительна, то в геометрически построенную развертку вно­сят коррективы, учитывающие величину деформаций. Их значения могут быть предварительно рассчитаны.

Развертывание деталей двоякой кривизны часто выполняют, ис­пользуя геодезическую линию как строевую, которая на криволиней­ной поверхности является кратчайшим расстоянием между двумя точ­ками. Натянутая по выпуклой поверхности нить занимает положение геодезической линии. При развертке поверхности нанесенная на ней геодезическая линия растягивается в прямую.

Развертывание показанного на рис. 5 листа двоякой кривизны на­чинают с построения проекции геодезической линии. К среднему 21-му шпангоуту детали параллельно хорде, соединяющей пазовые точки, про­водят касательную и находят точку касания (если количество шпангоу­тов четное, то в качестве среднего можно выбрать любой из двух средних шпангоутов). В точке касания восстанавливают нормаль к касательной, пересекающую все шпангоуты детали. Затем вычисляют отстояния точек проекции геодезической линии ∆_i от проведенной нормали.

Для перво­го шпангоута слева от точки касания

(i=1) ∆₁ = 0

А для следующих:

• ∆2 = (П₁ – П₂)φ₁;
• ∆З = 2(П₁ – П₂)φ₁ + (П₂ – П₃)φ₂;
• ∆4 – 3(П₁ – П₂)φ₁ + 2(П₂ – П₃)φ₂ + (П₃ – П₄)φ₃;
• ∆4 = 4(П₁ – П₂)φ₁ + 3(П₂ – П₃)φ₂ + 2(П₃ – П₄)φ₃ + (П₄ – П₅)φ₄.

В общем случае:

∆i = (i – 1)(П₁ – П₂)φ₁ + (i – 2)(П₂ – П₃)φ₂ + …+ 2(П_{i – 2} – П_{i – 1})φ_{i – 2} + (П_i-1 – П_i)φ_{i – 1}

Где:

• П₁, П₂,…,П_i — прогрессы в первой, второй, i-ой шпациях от среднего шпангоута, измеренные по нормали, мм;
• φ_i — угол между нормалью к среднему шпангоуту и нормалью к i-му шпангоуту, восстановленной в точке его пересечения с первой нормалью, рад;
• Углы φ_i измеряют транс­портиром, градуированным в радианах, или вычисляют, как показано на схеме рис. 6, по измеренным радиусу R и длине дуги Ɩ_i: φ = Ɩ_i/R.

Полученные значения ∆_i – могут быть отложены вверх или вниз от нормали в зависимости от изменения прогрессов в сторону от сред­него шпангоута. Если вдоль нормали от среднего шпангоута прогрессы возрастают, то ∆_i – откладывают от нормали в ту сторону, в которой про­грессы между шпангоутами меньше, и наоборот. Если изменение про­гресса вдоль нормали и углы ∆_i малы, то отклонения проекции геоде­зической линии от нормали незначительны и за геодезическую линию можно принять нормаль к среднему шпангоуту.

Для построения развертки в соответствии с рис. 7 предварительно необходимо вычислить стрелку выгиба у среднего шпангоута на разверт­ке, построить рейки-растяжки геодезической линии, а также верхнего и нижнего пазов, измерить длины дуг шпангоутов от проекции геодезиче­ской линии до пазовых точек.

Построение развертки начинают с пробивки базовой прямой линии, на которой откладывают растяжку геодезической линии в точки 17,..,26. Радиусами, равными растянутым длинам верхней и нижней дуг среднего шпангоута от геодезической линии до пазовых точек де­лают засечки, через точку 21 прово­дят перпендикуляр к геодезической линии, от которого откладывают на засечках расчетную величину стрелки выгиба шпангоута (у). От­кладывают так, чтобы выгиб следа среднего шпангоута на развертке был направлен в ту же сторону (в нос или в корму), что и погибь шпангоута на проекции «корпус».

Через полученные пазовые точки и точку 21 на геодезической линии проводят плавную кривую – след среднего шпангоута на строящейся развертке. Затем из нанесенных на растяжке геодезической линии то­чек шпангоутов радиусами, равными длинам дуг каждого шпангоута от растяжки геодезической линии до пазовых точек, делают засечки. Рейку-растяжку нижнего паза укладывают так, чтобы нанесенная на ней риска для среднего шпангоута совпала с его пазовой точкой на развертке.

Пазовые точки других шпангоутов получатся при пересечении соответствующих рисок на рейке-растяжке с засечками указанными ра­диусами. Верхний паз строится аналогично. Через три точки: верхнего паза, на растяжке геодезической линии, нижнего паза проводят след каждого шпангоута на развертке.

Правильность построения развертки проверяют диагоналями. На развертке проводят диагонали Д1 и Д2 и измеряют их длину. Затем длины дуг следов шпангоутов от точек пересечения диагоналей со шпангоутами рейкой переносят на проекцию листа, на котором ди­агонали будут криволинейны (см. рис. 6). Построив после этого ра­стяжки диагоналей, сравнивают полученные длины с измеренными по развертке. При правильном построении развертки они должны совпасть либо расходиться на величину, не превышающую 2 мм.

Контур и размеры геометрически построенной развертки корректиру­ют с учетом расчетной величины деформаций металла при гибке, исходя из формы изгиба детали. Схема корректировки приведена на рис. 8:

• Если деталь имеет парусовидную форму (рис. 8, а), то кром­ки заготовки в процессе гибки укорачиваются, а средняя ее часть растягивается;
• Для детали, имеющей седловидную форму (рис. 8,6), кромки заготовки при гибке растягиваются, а средняя ее часть укорачивается.

Абсолютную величину суммарных деформаций определяют по эм­пирической формуле:

∆ = (Hh/L)η

Где:

• Н стрелка (наименьшая) продольного выгиба детали, мм;
• h – стрел­ка поперечного выгиба детали на среднем шпангоуте, мм;
• L – длина детали, мм;
• η – полученный опытным путем безразмерный коэффи­циент, определяемый по графику, представленному на рис. 9 в за­висимости от соотношения длины L и ширины В детали.

Значения h и L находят по плазовой разбивке:

• h – непосредствен­ным измерением;
• L – по растяжке геодезической линии;
• Для определе­ния Н выполняют специальное построение, иллюстрируемое рис. 10.

К крайним шпангоутам разворачиваемого листа проводят каса­тельные, параллельные хорде среднего шпангоута, и находят точки касания «а» и «б». Проводят прямую «аб», делят ее на отрезки «ав» и «вб», пропорциональные отношению сумм шпаций до и после средне­го шпангоута. Через полученную точку «в» проводят прямую, парал­лельную хорде среднего шпангоута, до пе­ресечения ее в точке «г» с нормалью к нему. Отрезок Ог можно считать равным Н.

Корректировка развертки заключается в изменении длин кромок и середины листа:

• Для деталей парусовидной формы сле­дует удлинить пазовые кромки заготовки на (1/3)∆, а длину в средней части уменьшить на (1/6)∆ с каждой стороны заготовки;
• Для деталей седловидной формы пазо­вые кромки заготовки следует сократить на (1/4)∆, а длину в средней части увеличить на (1/4)∆ с каждой стороны заготовки.

Изменение поперечных размеров мало и им обычно пренебрегают. Опытом ус­тановлено, что форму заготовки обычных размеров (длиной 6-8 м) следует корректировать только в том случае, если произведение стрелок продольной и поперечной погибей превы­шает 2000 мм².

Следует иметь в виду, что формула для определения ∆ и подход к корректировке формы заготовки приближенные, поэтому на практи­ке при сложной форме деталей ее заготовку вырезают с припуском. Пос­ле гибки заготовки деталь контуруют, уточняя ее размеры по шабло­нам или каркасу. Излишки металла удаляют вручную тепловой резкой. В этих случаях, определив величину деформаций ∆, можно правильно назначить величину припусков.