Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ ИССЛЕДОВАНИЯ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.. Дизельные энергетические установки на судах морского, речного и рыбопромыслового флота в настоящее время являются доминиругсщими и это положение сохранится в перспоктиве еще не одно десятилетие. Поэтому проблема улучшения экономичности, снижения металлоемкости и повышения надежности дизельных установок тлеет общегосударственное значение
Современные тенденции увеличения удельной цилиндровой мощности судовых дизельных установок и усложнение их конструктивного исполнения неизбежно влекут за собой возрастающее влияние динамических нагрузок на все основные детали. Возрастание же динамических нагрузок приводят к повреждениям деталей и снижению надежности, причем в последние годы повреждения дизельных установок настолько участились, что проблема повышения надежности' напряженных деталей и узлов признана одной из важнейших в судовом машиностроении.
Наиболее напряженным элементом судовой дизельной установки является валопровод, на котором концентрируется вся энергия двигателя при движении судна. Поэтому технический уровень и надежность современных форсированных двигателей во многом завпеде прежде всего от решения задач, вытекающих из динамики валопровода как совокупности взаимодействующих и взаимовлиящих элементов системы двигатель-валопровод- гребкой-винт или генератор.
Вращающиеся вместе с валопроводом массы кривошішно-шатунного механизма каждого цилиндра двигателя, маховика, гребного винта ( генератора ) образуют упругую систему, элементы которой в самом общем случае могут совершать крутильные, продольные и изгибные колебания. Несмотря на определенные достижения в теории и практике исследований колебательных процессов в валопроводах судовых дизельных установок, актуальность проблемы уменьшения уровня колебаний не снижается в связи с непрекращающимися виброповреждеки-яш элементов и узлов валопроводов.
За последние годы судовладельцы морских, речных и рыбопромысловых судов для устранения виброповреждений элементов валопроводов, связанные с ремонтом и заменой демпферов крутильных колебаний, редукторов и двигателей, потеряли 18 млн. рублей, из которых одну треть составляют инвалютные затраты.
Интенсивность и уровень колебаний зависят не только от совершенства конструкции системы водопровода, но и от качества обслуживания дизельной установки. Однако вопрос регулирования колебаний валопроводов в эксплуатации, как один из эффективнейших путей обеспечения надежности судовых дизельных установок, пока еще не попал в поле зрения научно-исследовательских и проектно-конструк-торских организаций.
Для регулирования колебаний валопроводов необходимо иметь
эталонные значения параметров, которые можно определить теорети
ческими методами или при испытаниях установок. Возможные отклоне
ния параметров от "идеала" можно получить только из теоретических
исследований. . - - '
Потребности практики требуют повышения точности расчетов ко-лебательных процессов и они могут быть выполнены*толёко при условии разработки: новых способов построения расчетных схем и матема- '' тнческюс моделей о ориентацией на современные ЭШ. Становятся все более актуальными проблемы оперативного решения задач вибрацион- ного анализа, оценки надежности при различных ситуациях и "вибра-ционной диагностики технического состояния судовых дизельных установок.
Наличие машинных программ у современных ЭШ для матричных методов расчета, совершенствуемых в направлении более полной автоматизации процессов вычислений; вклйчая подготовку исходной информации , и удобную для использования форму представления результатов делают эти методы перспективными в расчетах' судовых ' конструкций.
Перспективными методами расчета судовых конструкций являются матричные форш метода начальных параметров и метода конечных элементов. Для расчетов колебаний системы валопровода судовых дизельных установок, состоящих из элементов, связь между которыми дискретна по своей физической сущности и "с ограниченным числом степеней свободы, более предпочтительным является матричная форма метода начальных параметров по сравнению с методом конечных элементов. Различные модификации матричных методов расчета' колебаний ' упругих механических систем ( Богомолов, Гантмахер,.Довдошансшй, Дж. Райе, Куравлева, Еожешник, Клогтер, Цурмуль и др.) не учитывают специфики валопроводов судовых дизельных установок и условий их эксплуатации и поэтому для реализации этих методов на современных ЭШ требуется их дальнейшее развитие как теоретической базы регулирования колебаний судовых валопроводов.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ регулирования колебаний ва-лопроводов на базе общих аналитических методов в матричной форме для обеспечения надежной и эффективной эксплуатации судовых дизельных установок.
Исследования предусматривали следующие задачи:
-
Выбор.метода начальних параметров в матричной форме и его обоснование, который был бы общим для крутильных и продольных колебании при расчетах многомассових систем валопроводов на всех этапах исследований с применением современных ЭВМ и их программного обеспечения;
-
Анализ оптимальных параметров наиболее распространенных на морских и речных судах гасителей колебаний валопроводов дизельных установок с учетом возможностей их расчета матричными методами и регулирования в эксплуатации;
-
Развитие теории колебаний в матричной форме метода начальных параметров для дискретных многомассовых систем при наличии сил трения в элементах валопроводов и гасителей колебаний с регулируемыми параметрами, для анализа колебаний, их прогнозирования и выбора режимов работы двигателей;
-
Разработка научных основ эксплуатации гасителей колебаний для конструктивных решений, рекомендаций, инструкций и технологий для судовых экипажей,.инженерно-технических работников служб технической эксплуатации #игота пароходств, судоремонтных заводов и Регистра СССР. ~
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИИ включает в себя разработку теоретических вопросов, создание промышленных образцов гасителей колебаний к экспериментальные подтверждения справедливости выдвинутых научных положений.
При разработке теоретических вопросов использовались научные толочення теории колебаний, линейной алгебры, теории матриц, теории автоматического управления, теории гидродинамической смазки, законы механики и термодинамики.
При численном моделировании процессов колебаний судовых ва-юпроводов выполнялись требования руководящих технических документов, ГОСТов и классификационных обществ. Численные эксперименты юуществлялись с применением ЭВМ различных поколений и версий ал-"оритмических языков.
Для экспериментальных исследований применялись встроенные ;истемы и переносные средства диагностирования и иеразруїцающего
контроля, достоверность показанні! которых проверялась сравкитель ными испытаниями, их длительностью и фактическим состоянием элементов ьалопроводов при их осмотрах и обмерах.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИИ. Научная новизна работы заклв чается в том, что в диссертации впервые:
сформулировано и обосновано новое научное направление - регулирование колебаний валопроводов судовых .дизельных установок;
разработаны теоретические основы регулирования колебаний ва лопроводов судовых дизельных установок;
получены математические модели и расчетные схемы дискретных систем для исследования крутильних и продольных колебаний валопроводов методом начальных параметров в форме передаточных матриц
разработаны,научные основы эксплуатации и проектирования га сителей колебаний валопроводов методом начальных параметров в йо рме передаточных матриц;
составлен универсальный каталог передаточных матриц и векто ров- состояния для отдельных элементов системы валопровода при исследованиях крутильных и продольных колебаний на различных эта пах теоретических расчетов;
получены обобщенные передаточные матрицы и векторы-состояния, охватывающие все частные случаи для числовых расчетов колебании валопроводов судовых дизельных установок;
созданы промышленные образцы силиконовых демпферов и осуществлена конверсия масляных демпферов крутильных колебаний в уело виях судоремонтного производства и разработаны технологии обслуживания и ремонта для наиболее распространенных на флоте типов демпферов крутильных колебаний.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов работы. Материалы исследо ваний по диссертации внедрены в учебный процесс Одесского высшего инженерного морского училища. Основные теоретические разделы диссертации используются при чтении лекций, при вшгалнеюги отде льпых разделов дипломных проектов и проведении лабораторного пра ктикуш ло курсу "Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эк сшгуатация". Материалы экспериментальных исследований по эксплуа' тащш валопроводов судовых дизельных установок применяются при чтении лекций в системе повышения квалификации командного соста ва ШФ при ОВИМУ.
Результаты исследовании использованы и внедрены в научно-ис , следовательских и проектных организациях, на дизелестроительных . заводах, в Правилах Регистра СССР, в ГОСТах и руководящих техни-
ческих материалах ШФ.
Технические решения выполненных исследований включались в планы новой техники Черноглорского морского и Советского Дунайского пароходств. Созданы и изготовлены в условиях судоремонтного производства новые ^конструкции силиконовых демпферов крутильных колебаний для главных двигателей на 2-х сериях судов и осуществлена конверсия масляных демпферов крутильных колебаний для главных двигателей на одной серии судов. При строительстве новых судов материалы исследований использованы для главных двигателей на'3-х сериях судов.Рекомендации по режитлам работы двигателей и технологии по обслуживанию и ремонту демпферов крутильных колебаний валопроводов внедрены на 23-х сериях судов и на 7-ми судоремонтных и дизелестроительных заводах.
Выполненные исследования повысили надежность работы дизельных установок, позволили рационально использовать мощность главных двигателей, увеличить эксплуатационный период работы судов, сократить затраты на ремонт и валютные расходы на запчасти и материалы за счет использования возможностей отечественных заводов и научно-исследовательских организаций.
Экономический эффект от внедрения на судах пароходств технических решений, подтвержденный актами внедрения, составил 1446 тыс. руб.
АПРОБАЦИЯ-РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и одобрены: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Одесского высшего инженерного морского училища имени Ленинского комсомола ( 1970 - 1989 гг.): па Республиканских-конференциях математиков в АН УССР ( Киев, 1964 - 1969 гг.); на научном-семинаре по колебаниям в Высшем техническом училище имени Н.Э. Баумана ( Москва, 1973 г.); на кафедрах соответствующего профиля института инженеров водного транспорта ( Горький, 1978 г.) и высшего инженерного морского училища ( Новороссийск, 1983 г.); на Советах пароходств и заседаниях служб технической эксплуатации флота Советского Дунайского пароходства ( Измаил, 1986 г.), Черноморского морского пароходства ( Одесса, 1988 г.);на совещаниях в инспекциях Регистра СССР Черноморско-Азовского и Дунайского бассейнов ( Новороссийск, 1983 г.; Измаил, 1986 г.; Одесса, 1989 г.) л конференции судовладельцев "Юяфлот" по технической эксплуатации флота и судоремонту ( Одесса, 1989 г.).
Технические решения законченных исследований представля-
лись на ВДНХ СССР в 1985 г. и на Всесоюзный конкурс студенческих
работ по разделу "Водный транспорт" в 1987 г., где были отмечены
наградами и поощрениями. -
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 7 книг, 22 статьи и 4 инструкции для механиков судов, инженерно-технических работников судоремонтных заводов и служб пароходств. Без соавторов опубликовано 15 работ. Выполнено 20 госбюджетных и 17 хоздоговорных работ по заказам научно-исследовательских, проектных и производственных организаций.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения (2^5 с основного текста, в том числе 37 рис. и 10 табл.), списка использованной литературы 301 наименования ( в том числе 108 наименований иностранной литературы } и приложений из III разделов.
