УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ КОЛЕБАНИЙ ВАЛОПРОВОДОВ СУДОВ

Полезная модель относится к области машиностроения и может найти применение для реализации экспериментальных методов исследований валопровода судов и других подобных систем.
Известно устройство для исследования изгибных колебаний валов, состоящее из станины, электродвигателя с регулируемой частотой ротора, к валу которого с помощью соединительной муфты прикреплен длинный вал определенного диаметра, параметры которого отвечают условию визуального наблюдения изгибных колебаний и концы которого расположены в сферических подшипниках станины, а средняя часть этого вала расположена внутри предохранительного кольца (патент РФ №37204,. 2003 г.).
Данное устройство не применимо для модельных экспериментальных исследований валопровода судов из-за конструктивных особенностей валопровода, а также способов крепления и расположения его в опорах.
Известен стенд для испытания моделей судового валопровода, содержащий: электродвигатель постоянного тока, коленчатый вал, гребной, промежуточный и упорный валы, гребной винт, со съемными лопастями и вибраторы. Гребной винт связан с коленчатым валом посредством гребного, промежуточного и упорного вала. Все валы размещаются на подвижных опорах скольжения, динамические свойства которых можно задавать в соответствии с задачей исследования. Опоры можно передвигать вдоль оси валопровода. Валы съемные и самоцентрирующиеся, в качестве упорного подшипника установлен радиальношариковый подшипник, заключенный в массивный корпус (патент РФ №2972, 1995 г.).
Конструкция этого стенда сложна и включает значительное количество элементов, моделирующих работу судового валопровода.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели является устройство (прототип) для исследований поперечных и продольных колебаний валопроводов судов. Устройство содержит раму, опоры, на которые опирается балка, асинхронный двигатель, на валу которого насажен кулачок, нажимное устройство, диск, установленный на конце балки, через который передается переменная по величине сила, вызывающая переменный изгибающий момент, при этом одна из опор, на которые опирается вал круглого сечения, имитирующий валопровод судна, является протяженной опорой, состоящей из корпуса и вкладыша, материал которого может быть: капролон, фторопласт, резина, баббит (патент РФ №143661, 2014 г.).
Недостатком устройства является то, что масса кулачка вызывает появление больших инерционных нагрузок, и, как следствие, повышенной вибрации устройства, что ограничивает интервал скоростей вращения кулачка и частоты изменения нагрузки на балку.
Техническая задача - создание устройства для проведения экспериментальных исследований системы валопровода судна, позволяющего получать уточненные экспериментальные данные для совершенствования расчетных схем системы валопровода судов.
Технический результат - уменьшение повышенной вибрации в процессе проведения испытаний путем усовершенствования конструкции устройства.
Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем раму, опоры, на которые опирается балка круглого сечения, асинхронный двигатель, нажимное устройство, диск, жестко закрепленный на конце балки круглого сечения и создающий переменную продольную силу, эксцентрично приложенную к балке круглого сечения, выполнен профилированным, а все опоры выполнены точечными подшипниковыми.
Такая конструкция устройства, с использованием профилированного диска, позволяет снизить металлоемкость устройства, его массу и сложность в изготовлении, а также устранить главный недостаток - исключить из конструкции кулачек и, соответственно, избежать появления неуравновешенной массы, которая приводит к возникновению повышенных инерционных нагрузок при работе устройства, что расширяет интервал частоты нагружения и повышает точность получаемых частот, а точечные подшипниковые опоры позволяют моделировать валопровод судна, установленный на промежуточных подшипниковых опорах.
На чертеже изображено устройство для исследования поперечных колебаний валопроводов судов (фиг. 1 - вид сбоку, фиг. 2 - вид сверху, фиг. 3 - общий вид профилированного диска).
Устройство содержит раму 1, установленный и жестко закрепленный на ней асинхронный двигатель 2, снабженный преобразователем частот 3 и приводящий во вращение балку круглого сечения 4, моделирующую судовой валопровод и подвижно закрепленную на точечных подшипниковых опорах 5, на конце которой жестко закреплен профилированный диск 6, упирающийся профильной стороной в нажимное устройство 7, снабженное пружиной 8, которая служит для передачи возвратно-поступательного движения и переменной силы на балку круглого сечения 4.
Устройство работает следующим образом. При работе асинхронного двигателя 2 и вращении балки круглого сечения 4, профилированный диск 6 вызывает периодическое сжатие пружины 8 нажимного устройства 7, что приводит к возникновению эксцентрично приложенной к балке круглого сечения 4 продольной силы. При этом возникает периодически изменяющийся изгибающий момент, вызывающий поперечные колебания балки круглого сечения 4.
В процессе проведения эксперимента имеется возможность менять параметры колеблющейся и вращающейся балки круглого сечения 4, профилированного диска 6 и частоту возмущающей силы, что позволяет изучать поперечные колебания многоопорной балки круглого сечения 4, моделирующей систему валопровода судна. Измерение, контроль и учет поперечных колебаний позволяет получать соответствующие экспериментальные данные для совершенствования расчетных схем системы валопровода судов.
Переменную по величине силу определяют по формуле:
0
a
F - постоянная составляющая силы, F - периодическая переменная составляющая силы, закон изменения которой близок к синусоиде.
0
a
Величины F и F устанавливаются в зависимости от режима испытания. Частоту возбуждающей нагрузки регулируют изменением скорости вращения вала асинхронного двигателя 2 через преобразователь частот 3.
На балку круглого сечения 4 и опоры 5, имитирующие систему валопровода судна, помимо продольной силы F, действует переменный изгибающий момент, так как точка приложения силы F смещена относительно оси балки круглого сечения 4.
Положительный эффект предлагаемого устройства - предложенное устройство, благодаря простоте своей конструкции, существенно облегчает получение экспериментальных данных для совершенствования расчетных схем систем валопровода судов.