Введение к работе
Актуальность работы. Российская Федерация обладает самой большой в мире широко разветвленной сетью водных путей сообщения Протяженность рек и каналов, а также побережий морей и океанов достигает более 2,5 млн км, а суммарная площадь акватории озёр и водохранилищ превосходит 250 тыс км2 Суда малотоннажного флота обеспечивают решение многообразных задач по перевозке грузов, людей, патрулированию границы РФ, техническим работам в руслах, поймах рек и на фарватерах, промыслу в морях, реках и внутренних водоемах, обеспечению функционирования портов К судам такого класса относятся дноочистительные краны, речные плавучие русловыправительные суда и снаряды по погружению свай, различные плавучие земснаряды, речные мотоневодники, озёрные электротраулеры, малые добывающие суда, малые траловые боты, речные буксиры, малые рыболовные сейнеры-траулеры, прогулочные яхты и др. На этих судах широко применяются отечественные судовые дизели типов 48,5/11, Ч 9,5/11, Ч 10,5/13, Ч 12/14, Ч 15/15, 415/18, ЗД6. Судовая конверсия грузовых автомобильных двигателей представлена дизелями ЯМЗ - 238Г, ЯАЗ - 204В, М 625 - У, ЗИЛ-120СРИ, ЗИЛ - 375 МЗМА -412, КамАЗ - 740, ЗИЛ -375 ЯЧ, Д- 447 и др. Для бесперебойной эксплуатации таких судов необходимы надежные пусковые устройства.
Объект исследования. Для запуска быстроходных дизельных и бензиновых двигателей применяется электростартерная пусковая система По статистике число отказов стартеров в процессе эксплуатации составляет 16-21% от общего числа отказов двигателей Надежность работы судового двигателя внутреннего сгорания обеспечивается его качественным пуском. Работоспособность электростартера зависит от его привода, основу которого составляет механизм свободного хода (МСХ), который обеспечивает соединение вала якоря стартера и коленвала двигателя при запуске и автоматическое разъединение их после выхода двигателя в режим работы. Наибольшее распространение в стартерах судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) получили роликовые МСХ Однако они обладают недостаточной работоспособностью в пределах заданного срока службы из-за частых отказов. Применяемые храповые МСХ не нашли широкого применения благодаря соударению зубьев.
Предмет исследований - фрикционные эксцентриковые механизмы свободного хода (ЭМСХ). которые лишены недостатков, присущих роликовым п храповым МСХ и их применение наиболее приемлемо в стартерах судовых ДВС
Проблема. Работа всех известных конструкций МСХ сопряжена соударением их рабочих поверхностей. Это ведёт к интенсивному изнашиванию поверхностей, а далее к пробуксовке и к полному отказу механизма. Этот недостаток вызывает необходимость применения в стартерах судовых двигателей конструкции МСХ, в которых будет реализовываться наименьший износ рабочих поверхностей Поэтому решение проблемы по повышению ресурса рабочих поверхностей МСХ является актуальной.
Гипотеза. Для динамического гашения при заклинивании необходимо применять конструктивные решения, которые будут способствовать рассеиванию энергии прилагаемых нагрузок в местах трибоспряжений. Этого можно добиться присоединением к обоймам ЭМСХ системы ударогасителей Принцип действия таких гасителей будет основываться на преобразовании механической энергии соударения рабочих поверхностей ЭМСХ в тепловую энергию внутреннего трения в поглощающих упругих элементах. Именно это условие и будет способствовать увеличению ресурса рабочих поверхностей.
Цель работы. Разработка и исследование фрикционных эксцентриковых механизмов свободного хода с поглощающими упругими элементами применительно к электростартерам судовых ДВС для повышения ресурса их рабочих поверхностей
Основные задачи:
Исследование конструкций МСХ;
Исследование пусковых процессов стартеров судовых ДВС;
Исследование изнашивания рабочих поверхностей ЭМСХ;
Разработка ЭМСХ с повышенным ресурсом рабочих поверхностей;
Разработка методики расчёта и проектирования предлагаемых ЭМСХ для стартеров судовых ДВС;
Разработка методики расчёта и проектирования упругих элементов;
7 Разработка экспериментального стенда для испытания различных МСХ, применяемых в приводах пусковых устройств судовых ДВС,
8. Экспериментальная проверка и сравнение достоверности полученных
теоретических результатов,
9. Экономическое обоснование применения упругих элементов
Научная новизна В диссертации впервые получены следующие научные результаты
- предложен совершенно новый подход к решению проблемы изнашивания рабочих поверхностей ЭМСХ. За счёт введения упругих элементов в ЭМСХ достигается замещение поверхностного трения на деталях внутренним трением в упругих элементах
- приведена энергетическая модель, основанная на расчете и сравнении энергоемкостей сопрягаемых рабочих поверхностей с энергоёмкостью упругих элементов в конструкции с целью оценки эффективности их работы
разработана методика расчета и проектирования предлагаемой конструкции ЭМСХ с упругими элементами для стартеров судовых ДВС Практическая ценность и реализация результатов. На основе научных результатов диссертации разработана методика расчёта эксцентриковых механизмов свободного хода с поглощающими упругими элементами, которая может быть рекомендована для конструкторских бюро, занимающихся исследованиями судовых ДВС Разработанная методика расчета поглощающего упругого элемента может быть рекомендована для точного расчета геометрических размеров и правильного подбора материала упругих элементов, что является необходимым условием повышения ресурса рабочих поверхностей ЭМСХ, применяемых в приводах стартеров судовых ДВС Разработанный экспериментальный стенд может быть рекомендован для проведения эксплуатационных испытаний различных конструкций МСХ, применяемых в приводах стартеров судовых ДВС Результаты научных исследований могут использоваться при разработке новых конструкций ЭМСХ конструкторами и технологами, а также в учебном процессе Унификациионные свойства внешней обоймы механизма позволяют использовать её не только в эксцентриковых МСХ, но
также в роликовых и клиновых МСХ для широкого диапазона различных механизмов.
Положения, выносимые па защиту:
разработанная конструкция обладает большим ресурсом по сравнению с известными конструкциями МСХ,
проведенные на разработанном испытательном стенде эксперименты подтверждают правильность теоретических исследований,
- предлагаемая энергетическая модель полностью доказывает гипотезу.
Реализация результатов работы. Разработанная конструкция ЭМСХ с
упругими элементами в количестве трех единиц успешно внедрена в пусковые системы двигателей судовой конверсии, показала достаточно высокие эксплуатационные качества и может быть рекомендована для пусковых систем судовых ДВС
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры теории механизмов и машин и деталей машин (2000-2007г.), на заседании кафедры судовых и энергетических установок и теплоэнергетики (2007г), на международной научно-технической конференции (Украина, г Кременчуг, 2002 г), на международной научно - технической конференции "Балттехмаш - 2002".
Личный вклад - автором сформулированы цели и задачи теоретических и экспериментальных исследований, приняты обоснования решений и научных рекомендаций, разработана конструкция фрикционного ЭМСХ с упругими элементами и методика его расчета и проектирования, разработан стенд для проведения экспериментальных исследований
Публикации. Полнота изложения материалов диссертации подтверждается 10 публикациями по данной проблеме, пять из которых патенты
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Общий объем работы составляет 191 страницу, в ней приведено 12 таблиц, 135 формул, 41 рисунок, 139 литературных источников, 4 приложения.
