Czy stare rozwiązania są przestarzałe ?

Witold Kurski  - były zawodnik bojerowy

       

  O ZALETACH   STOSOWANIA PŁOZOWNIC RAMOWYCH                                                       W  DUŻYCH    ŚLIZGACH

Prezentowane na IV Międzynarodowym Seminarium „Badania Naukowe w Żeglarstwie” w Akademii Wychowania Fizycznego  Gdańsk  1997 r.

 Wstęp

Przed wielką wojną (pierwsza wojna światowa) stosowano powszechnie do  dużych ślizgów lodowych płozownice ramowe,  które w tamtych czasach były rozwiązaniem optymalnym. Takie płozownice stosowano i w czasie drugiej wojny (ZSRR) i można  je spotkać i obecnie na dużych ślizgach, ale już  w wersjach nowoczesnych  (USA).  A oto powody stosowania płozownic ramowych. Jest ich kilka, ale dopiero po analizie wszystkich czynników ocenimy zalety tego rozwiązania. Są to:

Powody konstrukcyjne.

Niezależnie czy jest to mały ślizg czy bardzo duży to ugięcia płozownicy pod obciążeniem ciężarem załogi, winny być na poziomie 36 milimetrów ( w nowoczesnych ślizgach do 50 procent więcej).  Podobnie jest z samochodami  a wynika to z pożądanego w ruchu pojazdu okresu wahań jakie ma zapewnić zawieszenie. Przy dużych rozmiarach  płozownic  trudno jest zbudować  lekką płozownicę klasycznej konstrukcji spełniającą to wymaganie. Płozownica ramowa da się zbudować jako stosunkowo lekka, bowiem pracuje na wytrzymałościowej zasadzie bezprzekątniowej ramy Vierendela i takie płozownice już budowano, zanim powstała teoria wytrzymałościowa takiej ramy.

Powody technologiczne.

Przed pierwszą wojną światową nie znano współczesnych nam klejów do drewna. A płozownicę  ramową dało  się zbudować jedynie przy wykorzystaniu połączeń śrubowych. Obecnie mamy większe możliwości i przy budowie płozownic ramowych możemy stosować i kleje i połączenia śrubowe.

Zasada pracy bezprzekątniowej  ramy

Rama bezprzekątniowa to jest właściwie wspornikowa belka o dużej odległości H pomiędzy pasami, ale pozbawiona środnika. Belka wspornikowa ze środnikiem, której wysokość H może osiągać od trzydziestu centymetrów do blisko pół metra lub więcej,  nie nadawałaby się ze względów aerodynamicznych  na płozownicę dużego ślizgu lodowego. Skoro w ramie bezprzekątniowej nie ma środnika przenoszącego siły tnące, to muszą być elementy, które spełniają jego rolę. Tę rolę przejęły  pasy górny i dolny.  Przy podziale pasów na krótkie odcinki o długości ,,a”, za pomocą przewiązek, pasy są zdolne do przeniesienia tych sił tnących i nie są przeciążone. Jako wtórny efekt powstaje zginanie pasów, ale bardzo małymi momentami. W przykładzie na rysunku 1  moment  M  zginający jeden pas jest na poziomie ośmiu procent momentu  M.

Rama bezprzekątniowa  przenosi  bez problemów pełne obciążenie,  a w wolnym miejscu pomiedzy pasami zmieścić można  listwę kilową lub kadłub ślizgu lodowego. Wtedy dolny pas przechodzi pod kadłubem, a górny pas przechodzi nad kadłubem. Konstrukcję płozownicy ramowej można zrobić jako znacznie lżejszą, w porównaniu do zwyczajnej płozownicy w postaci dźwigara dwupasowego.

Płozownica ramowa ma poza tym wspaniałe właściwości. Można zwiększyć sztywność płozownicy jeśli okazała się zbyt mała przez zmniejszenie wymiaru ,,a” i dodanie jednej przewiązki.  Jeśli chcemy zmniejszyć sztywność płozownicy, to usuwamy jedną przewiązkę i zwiększamy wymiar ,,a”. Nawet na zbudowanej płozownicy możemy to zrobić jeśli tylko nie używaliśmy połączeń klejonych.

W konstrukcji ramy bezprzekątniowej przewiązki pełnią zasadniczą rolę i są podobnie obciążone jak pasy. Siły wewnętrzne w takiej konstrukcji podlegają bardzo dokładnemu obliczeniu a ta specjalistyczna wiedza jest nieprzerwanie serwowana studentom budownictwa lądowego, budownictwa okrętowego i pokrewnych kierunków.   

Prawdopodobnie płozownica ramowa ma jeszcze jedną zaletę ale trzeba to potwierdzić wyliczeniami. Rozchodzenie się ostrzy płóz przy ugięciach płozownicy jest minimalne dlatego, że końce płozownicy uginają się ale nie obracają się. Można oczekiwać że opory  w ruchu ślizgu z powodu odkształceń płozownicy ramowej będą wzrastały mniej niż przy zastosowaniu  klasycznych  płozownic.

Przykłady zbudowanych płozownic ramowych

Na rysunku  2 pokazano płozownicę ramową rosyjskiego ślizgu transportowego, z kadłubem typu platforma, do przewozu towarów. Patrząc na ten rysunek stwierdzamy, że górny a więc ściskany pas jest cieńszy niż dolny rozciągany. Wnioskując pochopnie można by sądzić, że konstruktor tego ślizgu popełnił błędy bo przecież drewno ma na ściskanie dwukrotnie  mniejszą wytrzymałość niż na rozciąganie.

Dokładniejsze analizy wytrzymałościowe z użyciem  komputera wykazują, że właśnie takie rozwiązanie pasów jak pokazano na rysunku 2, jest prawidłowe, bowiem oprócz sił osiowych pasy przenoszą momenty gnące i pocienienie pasa to jedyny sposób aby zmniejszyć jego obciążenie od zginania. Dzięki temu wytężenie materiału w pasie górnym i dolnym jest w rezultacie prawie takie samo.

Podobnie jest i w rozwiązaniu płozownicy ramowej do ślizgu rekreacyjnego z żaglami o powierzchni  piętnaście metrów kwadratowych, przedstawionym na rysunku 3.

                     

Wnioski

 Mimo, że mamy już dwudziesty pierwszy wiek to okazuje się po wnikliwszym badaniu, że rozwiązania sprzed ponad stu laty mają poważne zalety.  Nie można więc bez poważnych analiz przypisywać tym rozwiązaniom etykiety ,,archaiczne i przestarzałe”.  

                                         

                                                               Skorygowane i uzupełnione  10 lipca 2017 r.     

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego