УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОПЕРЕЧНЫХ И ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ВАЛОПРОВОДОВ СУДОВ

Устройство для исследований поперечных и продольных колебаний валопроводов судов
Полезная модель относится к области машиностроения и может найти применение для реализации экспериментальных методов исследований системы валопровода судов.
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 (свид. на пм. №37204, МПК G01B 21/20, 27.11.2003).
Данное устройство не применимо для адекватных исследований валопровода судов, что связано с конструктивными особенностями валопровода, а также способами крепления и расположения его в опорах.
Известен стенд для испытания моделей судового валопровода. В состав стенда входят: 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 самоцентрирующие, в качестве упорного подшипника установлен радиальношариковый подшипник, заключенный в массивный корпус (свид. на пм. №2972, МПК B63H 23/34, G01M 13/02, 03.04.1995).
Конструкция стенда сложна и включает значительное количество элементов детализирующих работу судового валопровода.
Из существующего уровня техники, который относится к рассматриваемой области, наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели, является установка для исследования продольно-поперечных колебаний балки (пат. на пм. №111636, МПК G01F 1/00, 11.03.2011). Установка содержит балку, которая опирается на четыре опоры, раму, диск, асинхронный двигатель, на валу которого насажен кулачок. Кулачок через коромысло, укрепленное в опоре, сжимает пружину, что обеспечивает возвратно-поступательное движение. Через нажимное устройство на диск, установленный на конце балки, передается переменная по величине сила и действует переменный изгибающий момент. Изменение параметров колеблющейся балки, диска и частоты возмущающей силы позволяет использовать установку для широкого круга задач.
Недостатком установки является то, что в ней балка, моделирует собой валопровод, который опирается только на точечные (шарнирные) опоры, что не соответствует действительности для системы валопровода судна.
Предлагаемая полезная модель направлена на усовершенствование вышеописанной установки.
Техническая задача - создание устройства для исследования продольно-поперечных колебаний многопролетной балки, применительно к системе валопровода судна.
Технический результат - устройство для экспериментальных исследований системы валопровода судна.
Техническая задача решается путем замены одной из точечных опор на протяженную.
Дейдвудные подшипники судна, на которые опирается валопровод судна, представляют собой подшипники скольжения и имеют определенную длину, составляющую в большинстве случаев 4d, где d - диаметр дейдвудного подшипника. Материал для дейдвудных подшипников используют разный: капролон, баббит и так далее. Материал подшипника имеет определенную податливость. Данный параметр (податливость) влияет на значение поперечных колебаний. Их измерение, контроль и учет позволит получать соответствующие экспериментальные данные для совершенствования расчетных схем системы валопровода судов.
Место расположения протяженной опоры 3 показано на фиг.1, где: 1 - балка круглого сечения, опирающаяся на точечные опоры 2 и протяженную опору 3, 4 - рама, 5 - диск, 6 - асинхронный двигатель, на вал которого насажен кулачок 7, 8 - коромысло, 9 - пружина, 10 - нажимное устройство, 11 - опора 11, 12 - направляющие, 13 - преобразователь частот.
Принцип работы устройства. Протяженная опора 3 состоит из корпуса 3a и вкладыша (втулки) - 3b. Материал вкладыша (втулки) выбирают из следующего ряда: капролон, фторопласт, резина, баббит. Выбранный вкладыш вставляют в корпус протяженной опоры и включают установку.
При вращении асинхронного двигателя 6, кулачок 7 через коромысло 8 сжимает пружину 9, которая служит для передачи возвратно-поступательного движения и переменной силы через нажимное устройство 10 на диск 5, установленный на конце круглой балки, имитирующей валопровод судна.
Переменную по величине силу определяют по формуле:
0
a
F - постоянная составляющая силы, F - периодическая переменная составляющая силы, закон изменения которой близок к sin.
0
a
Величины F и F устанавливаются в зависимости от режима испытания. Частоту возбуждающей нагрузки регулируют изменением скорости вращения вала асинхронного двигателя через преобразователь частот 13.
Нагрузку на диск 5 изменяют и регулируют положением опоры 11 коромысла 8, для чего опору перемещают по направляющим 12.
На балку 1, протяженный подшипник 3, точечные опоры 2, имитирующие систему валопровода судна, помимо продольной силы F, действует переменный изгибающий момент, так как точка приложения силы F смещена относительно оси балки на величину e (эксцентриситет).
В процессе проведения эксперимента можно менять материал вкладыша (втулки 3b) протяженной опоры 3, параметры колеблющейся балки, диска и частоту возмущающей силы, что позволяет изучать продольные, поперечные и продольно-поперечные колебания многоопорной балки, имитирующей систему валопровода судна.
Предложенное устройство, благодаря простоте своей конструкции, существенно облегчает получение экспериментальных данных для совершенствования расчетных схем систем валопровода судов.
Предлагаемая полезная модель позволяет изучить и исследовать влияние длины и жесткости дейдвудных подшипников на собственную частоту при поперечных колебаниях валопроводов судов, влияние величины износа дейдвудных подшипников на собственную частоту.
Общий вид втулки 3b моделирующий износ показан на фиг.2.
D - наружный диаметр втулки, мм;
1
d - внутренний диаметр втулки без износа, мм;
2
d - внутренний диаметр втулки с износом, мм;
l - длина втулки, мм.
k
Величину износа y определяют по формуле:
k
2
y=(D-d)/2
k
где y - износ втулки;
D - наружный диаметр втулки, мм;
2
d - внутренний диаметр втулки с износом, мм;
k
График зависимости собственной частоты балки экспериментальной установки, которая моделирует валопровод судна, от величины износа втулки y показывает, что значение собственной частоты при повышении износа уменьшается.
Используемый материал втулок, моделирующий дейдвудный подшипник судна: 1 - капролон; 2 - фторопласт; 3 - резина на фиг.3.
2
Предлагаемая полезная модель позволяет дать оценку влияния отрыва балки, моделирующей валопровод судна, от поверхности втулки. Основной характеристикой для сравнения значений собственной частоты колебания балки на точечной опоре и протяженной служит размах колебаний R, от величины зазора U.
2
Значение R при колебаниях балки на точечных опорах не превышает 0,3 мм. При колебаниях балки на протяженной опоре длиной 25 мм и длиной консоли 0,6 м с увеличением зазора U между валом и капроновой втулкой значение R увеличивается.
2
2
2
2
2
2
2
2
Влияние величины зазора U на размах колебаний R представлено на фиг.4. Экспериментальные значения U: 1 - U=0 мм; 2 - U=1 мм; 3 - U=2 мм; 4 - U=3 мм; 5 - U=4 мм; 6 - U=5 мм.
Расположение балки в капролоновой втулке представлено на фиг.5.:
1 - колеблющая балка диаметром d;
3b - капролоновая втулка;
1
1
а) - вид сечения на конце втулки с внутренним диаметром d, без образования износа U.
2
2
б) - вид сечения на конце втулки с внутренним диаметром d с образованием износа U.
Увеличение зазора и изменение формы рабочей поверхности втулки, которая моделирует износ кормового дейдвудного подшипника, существенно влияют на значение собственной частоты балки, т.к. разброс частот становится больше (фиг.4).
Приведенные результаты экспериментов показывают, что предлагаемая полезная модель имеет более широкий диапазон и точные параметры экспериментальных данных, которые нельзя получить на установке с точечными опорами.