Описан способ построения расчетной модели валопровода с заданными свойствами. Амплитудно-частотные характеристики построенной модели отвечают экспериментальным данным. Приведены результаты расчетов и экспериментов.

Отримано метод оцінки ресурсу та надійності системи валопроводу з урахуванням експлуатаційних факторів і спосіб підвищення цих показників. Розв'язано рівняння коливання вала з розподіленою масою, який обертається, з урахуванням поздовжніх сил, гіроскопічного моменту та його внутрішнього опору, що має гістерезисну характеристику. Запроваджено метод оцінки усталеності відносного положення цапф в опорах залежно від цього положення. Розроблено метод розрахунку коливань багатогранного валопроводу з різними нелінійними жорсткостями.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена основам створення матеріалів та розвитку конструкцій дейдвудних обладнань (ДО) для підвищення службових властивостей та захисту моря. Розроблені фізико-хімічні основи створення композиційних полімерних матеріалів та дейдвудних підшипників (ДП) з них. Обгрунтовані механізми зміцнення та підвищення зносостійкості поліамідів, наповнених графітом. Визначені оптимальні конструкції поліамідних ДП для суден, які експлуатуються на чистій воді, воді з піском, при великому числі реверсів валів, з ломаною лінією валопроводу. Встановлені види режимів тертя: в неметалевих ДП - напіврідинний, в металевих - рідинний. Розроблені основи технології виробництва монолітних поліамідних ДП. З'ясовано, що поліамідні ДП служать в 1,5-4 рази довше бакаутових та інших, ремонтопридатні, економічні, змащуються водою, не забруднюють море. Запропонована нова система змащення ДО двома видами масел - традиційним (для відкритих водних басейнів) та таким, що біологічно розкладається, екологічно чистим (для закритих водних басейнів). Розроблена статистична модель оцінки строків служби та міжремонтних періодів ДО за технічним станом. Запропоновані та обгрунтовані експлуатаційні критерії оцінки застосовуваності ДО, які дозволяють перейти до розробки техумов на використання різних типів ДО для різноманітних типів суден.

Проведены исследования влияния на динамические процессы в управляемых машинных агрегатах технологических процессов, которые изменяют упруго-инерционные параметры и структуру физических моделей. Показано, что упрощение физических моделей путем пренебрежения технологической жесткостью может приводить к погрешностям качественного и количественного характера. Установлены случаи развития колебаний типа биение, которые значительно повышают неравномерность нагрузок в упругих валопроводах. Амплитудные колебания в менее жестких валопроводах могут быть значительными и обуславливают изменение знака упругих моментов. Установлено, что упрощение физических моделей допускается в случаях, если технологическая жесткость близка к жесткости упругих валопроводов. При этом динамические процессы близки к одночастотным.

Разработана имитационная модель планирования проекта изготовления дейдвудной трубы с помощью метода анализа вариантов проекта с оценкой продолжительности работ на основании принятого уровня риска. Приведен пример реализации метода для оценки длительности процесса.

Проаналізовано причини та характер експлуатаційного руйнування гребного вала морського судна, виготовленого з низьколегованої сталі. Встановлено, що причиною руйнування є корозійна втома металу, хоча механічні характеристики сталі на повітрі задовільні, а тривала експлуатація вала може бути забезпечена завдяки захисту його матеріалу від морської води.

Рассмотрен малооборотный дизель как крутильная система с распределенными параметрами, состоящая из маховиков (отсеков цилиндра, гребного винта), соединенных валами. Валы могут быть невесомыми (только жесткость) либо иметь распределенные параметры. К валам могут быть приложены распределенные крутящие моменты, обусловленные гистерезисом материала валов или демпфированием в подшипниках. Приведена методика расчетов параметров крутильных колебаний при стационарных и переходных процессах системы дизель - валопровод - гребной винт с учетом распределенных крутящих моментов и переменных диаметров валов валопровода.

Предложена методика расчета температурных показателей дейдвудных капролоновых подшипников и приведены некоторые результаты исследования влияния эксплуатационных факторов на работоспособность дейдвудных капролоновых подшипников. Применение капролона в качестве материала для дейдвудных подшипников на водяной смазке показал достаточно надежные результаты работы по бронзовым и нержавеющим облицовкам. Однако при определенных эксплуатационных условиях температура в дейдвудном подшипнике может превысить теплостойкость капролона. Вследствие этого несущая способность подшипника резко снижается, происходит подплавление и ускоренный износ подшипника. Несмотря на широкое применение подшипников скольжения изготовленных из капролона в дейдвудных устройствах судов, методика их теплового расчета недостаточно освещена и не позволяет определить влияние эксплуатационных факторов на надежность ответственного узла судна. Учитывая вышесказанное, с целью повышения надежности дейдвудных подшипников из капролона, актуальна разработка методики расчета температурных показателей и определение критических эксплуатационных параметров. Эксплуатационная температура капролонового дейдвудного подшипника c водяной смазкой и охлаждением определяется на основе составления теплового баланса теплообразования в подшипнике и теплоотдачи. В результате расчета определено влияние некоторых эксплуатационных параметров на температуру нагрева дейдвудного подшипника. Использованы результаты проведенных исследований температуры нагрева дейдвудных подшипников из капролона на различных эксплуатационных режимах рыболовных судов типа СЧС. Результаты исследования показали удовлетворительную сходимость практических и теоретических параметров. Сделан вывод что, одним из определяющих факторов нагрева подшипников является расход смазывающей-охлаждающей жидкости. Материалы статьи использованы при проектировании дейдвудных устройств с использованием капролона в качестве материала подшипников.

Уперше одержано математичну модель процесу дифузії обводненого мастильного матеріалу в мастильній ємності підшипника ковзання. Розроблено методику вирішення завдання масоперенесення обводнюваного мастильного матеріалу диском, що подає до пристрою зняття й подачі робочої рідини в напірну мастильну лінію. Набула подальшого розвитку методика проведення динамічного аналізу роторних систем, яка враховує процеси дифузії й масоперенесення обводнюваного мастила в гідравлічному тракті радіального гідродинамічного підшипника з індивідуальною системою мащення, а також зональна модель радіального гідродинамічного підшипника з індивідуальною системою мащення, яка враховує еволюційні процеси структур обводнюваного мастильного матеріалу в клиноподібному зазорі підшипника. Розвинуто модель системи ротор - підшипник для розрахунку пружно-демпфірувальних характеристик мастильного шару, в якій використана розрахункова схема поточкового визначення змін реологічних характеристик несучого шару у випадку надходження води у систему мащення підшипника.

При расчетах крутильных колебаний на основе волнового уравнения важно убедиться, что полученные в результате использования граничных условий формы ортогональны. Судовой пропульсивный комплекс рассматривается как крутильная система с распределенными параметрами, состоящая из маховиков (отсеков цилиндра, гребного винта), соединенных валами. Валы могут быть невесомыми (только жесткость) либо иметь распределенные параметры. Рассмотрены участки переменного сечения. Проверена ортогональность форм. Показано влияние на ортогональность форм переходных участков между валами. Приведены примеры расчетов.

Цель работы - совершенствование методов анализа динамики судовых валопроводов с гидродинамическими подшипниками. Синтез методов динамического анализа роторных систем с подшипниками жидкостного трения, учитывающих изменение упруго-демпфирующих свойств несущего слоя проводился в два этапа. На первом этапе решение задачи, динамики судового валопровода заключалось в определении неконсервативных сил в несущем слое, являющимися откликом на внешнюю переменную гармоническую нагрузку. На втором этапе решалась задача динамики судового валопровода в условиях анизотропии несущего слоя, вызванной процессами диффузии и массопереноса в гидравлическом тракте подшипника. Проведено моделирование поведения роторной системы на основе созданной конечно-элементной модели судового валопровода морского траулера. Получены круговые диаграммы виброперемещений осей цапф по траекториям подвижного равновесия в опорах судового валопровода при различной степени обводнения смазочного масла. Получила дальнейшее развитие методика проведения динамического анализа роторных систем, учитывающая процессы диффузии и массопереноса обводненного масла в гидравлическом тракте радиального гидродинамического подшипника. Полученные параметры виброперемещений осей цапф по траекториям подвижного равновесия в опорах судового валопровода позволяют дополнить существующие системы мониторинга технического состояния, а также дает возможность разрабатывать алгоритмы действий оператора в экстремальных условиях эксплуатации.

Выполнена статистическая оценка ускорений, вызванных продольной качкой судна, в районе валопровода для ряда режимов встречного нерегулярного волнения. Дана оценка величины экстремальных ускорений с учетом долговременных распределений режимов волнения, а также по рекомендациям, приведенным в Правилах ряда классификационных обществ. Исследовано влияние инерционных сил валопровода во время качки на нагрузки, действующие на подшипники вала. Дана оценка экстремальным нагрузкам на подшипники валопровода за весь срок службы судна. Моделирование качки судна выполнялось в рамках линейной теории качки, а изгиб валопровода рассчитывался методом конечных элементов. Все расчеты выполнены для трех судов с различной длиной, что позволило сделать выводы о влиянии длины на величину дополнительных инерционных нагрузок на подшипники валопровода.

Розглянуто задачу моделювання підшипника суднового валопровода з неметалевим вкладишем як пружної основи методом скінченних елементів. Виконано аналіз існуючих матриць жорсткості стрижневих скінченних елементів на пружній основі. Розроблено матрицю жорсткості елемента на пружній основі Вінклеровського типу з параболічним законом зміни коефіцієнта жорсткості за довжиною елемента. Показана ефективність розробленої матриці порівняно з матрицями, отриманими з використанням постійного і лінійного розподілу жорсткості. Подані рекомендації щодо вибору кількості елементів, необхідних для адекватного моделювання неметалевих вкладишів підшипників суднового валопровода.

Наведено результати дослідження впливу гармонійних періодичних поздовжніх навантажень на стійкість вала валопроводу. Такі навантаження можуть виникати під час руху судна при проходженні зон турбулентності з боку гвинта на валопровід. Також у валопроводах періодичним може бути вплив коливального руху сусідньої ділянки, який передається через з'єднувальну муфту завдяки поздовжнім переміщенням. Тому актуальним є питання стійкості таких валів під час обертання. При цьому можливі різноманітні форми коливань і втрати стійкості. У зв'язку з цим дослідження здійснено, використовуючи розроблене програмне забезпечення, в якому реалізована методика комп'ютерного моделювання коливального руху стрижнів значної довжини, що обертаються під дією поздовжніх періодичних навантажень. Таке програмне забезпечення надає змогу моделювати коливальний рух валів, а також визначати параметри, за яких може відбутися втрата динамічної стійкості змодельованої системи. За допомогою зазначеного програмного забезпечення побудовано діаграми, що відображають області стійкого та нестійкого рухів стрижня, якими моделюється робота ділянки валопроводу за різних параметрів системи. Процес коливального руху розглянуто у просторі з урахуванням інерційних навантажень і геометричної нелінійності стрижня. Показано, що за певних значень швидкостей обертань і частот дії періодичного навантаження існують області нестійкого руху, за яких експлуатація обладнання може неминуче призвести до його руйнування. Здійснено аналіз отриманих результатів і зроблено висновок про можливість експлуатації обладнання у певних діапазонах частот.

Розроблено метод оперативної оцінки опору втомі моделей відновлених суднових гребних валів, у межах якого вирішені такі завдання. Проведено порівняння двох підходів до оцінки втомної міцності моделей відновлених гребних валів: за їх границями витривалості і довговічностями до руйнування. На основі кореляційних залежностей між границею витривалості і параметрами похилої ділянки кривої втоми, вираженої степеневим рівнянням, уточнено залежність для визначення коефіцієнта відносної довговічності. Також була запропонована залежність для визначення границі витривалості за відомим значенням даного коефіцієнта для випадку відсутності загального діапазону напружень у багатоцикловій області напружень. Проведено аналіз точності методу оперативної оцінки опору втомі моделей суднових гребних валів при їх порівняльних випробуваннях. При цьому були розглянуті як випадкові чинники, що впливають на точність, так і систематичні. Здійснено перевірку розробленого методу на зразках і моделях відновлених суднових гребних валів. Аналіз результатів показав, що розроблений метод дозволяє проводити оперативну порівняльну оцінку їх довговічностей до руйнування на будь-якому з рівнів напружень. Порівняно з аналогами метод дозволяє уточнювати величини логарифмів довговічностей до 8 %. Результати дослідження становлять методичну основу при проведенні порівняльних випробувань моделей відновлених гребних валів для відпрацювання технологій їх ремонту.