Введение к работе
Актуальность темы. Российский флот состоит из всех известных типов судов и кораблей, одним из наименее надежных компонентов которых является движительный комплекс и, в первую очередь, валопровод. Наиболее нагруженным и подверженным повреждениям, связанным с коррозией и фретинг-коррозией, считается гребной вал. Примерно половина морского коммерческого флота РФ состоит из судов, оборудованных водяной смазкой подшипников гребных валов. Гребные валы имеют бронзовые облицовки, выполняющие две функции: создания оптимального трибосопряжения в дейдвудных подшипниках и защиты вала от контакта с морской водой. Кроме того, гребной вал, как правило, имеет защитное покрытие на участках, расположенных вне дейдвудных подшипников в виде лакокрасочных покрытий, композиций на основе эластомеров и эпоксидных компаундов, армированных стекловолокном. Весь речной и военно-морской флот также ориентирован на охлаждение и смазку водой подшипников гребных валов.
Опыт эксплуатации флота с водяной смазкой дейдвудных подшипников свидетельствует о том, что сопряжения «вал - бронзовая облицовка» подвержены действию коррозии и фретинг-коррозии, а защитные покрытия не обладают достаточной надежностью, разрушаясь преимущественно в зонах соединения с бронзовыми облицовками. Коррозионные процессы интенсифицируются при наличии разного электрического потенциала между валом и облицовкой. По этой причине традиционное прессовое соединение стального вала с бронзовой облицовкой является потенциальным источником повреждений гребного вала.
Гребной вал расположен в труднодоступном и необслуживаемом пространстве. Обеспечение надежной работы гребного вала не может эффективно поддерживаться за счет постоянного наблюдения и технического обслуживания. Регулярные профилактические работы также невозможны по технико-экономическим соображениям, поскольку для полноценного осмотра и ремонта необходима постановка судна в док, демонтаж гребного винта и гребного вала. Длительный простой судна и значительные издержки судовладельца (доковый тариф, ремонтные работы, запасные детали, потеря провозоспособности) приводят к дополнительным затратам и потерям, исчисляемым от тысяч до десятков тысяч долларов в сутки, в том числе и за счет упущенной прибыли.
Так как к настоящему времени приемлемых решений данной проблемы не предложено, актуальным является необходимость всестороннего анализа существующих конструкций валопроводов, способов сборки и защиты деталей, анализа технологических процессов изготовления облицовок и сборки валопроводов, а также разработка технологии использования клеевых соединений в разделительном слое между валом и облицовкой.
Решение этой проблемы требует теоретического анализа, экспериментального исследования и оценки прочности соединений «гребной вал - облицовка» с разделительным слоем, обеспечивающих надежную работу валопровода. Необходимость обоснованного выбора конструкций соединения требует экспериментального исследования множества вариантов конструкторских решений, используемых материалов, влияния различных эксплуатационных факторов. Промышленные методы реализации найденных решений определяют необходимость разработки новых технологических процессов изготовления и сборки соединений
«гребной вал - облицовка» с разделительным слоем в условиях судостроительных
и судоремонтных предприятий.
Поэтому сформулированные задачи диссертационных исследований являются актуальными, научно-практическое решение которых возможно только на основе комплексного подхода.
Объект исследования. Объект исследования настоящей диссертационной работы - соединение «гребной вал - облицовка» с разделительным слоем и технология его изготовления.
Цель работы. Целью работы является повышение качества судовых вало-проводов и совершенствование технологии их изготовления для достижения необходимых показателей надежности.
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:
1) исследование напряженного состояния клеевого слоя в соединении
«гребной вал - облицовка» при действии нагрузок, соответствующих эксплуата
ции валопровода;
-
исследование на моделях и натуральных образцах влияния конструкторских, технологических и эксплуатационных факторов на характеристики клеевого цилиндрического соединения;
-
исследование клеевого соединения «облицовка - гребной вал»;
-
разработка методики расчета прочности и рекомендации по проектированию клеевых соединений;
-
разработка промышленной технологии сборки бронзовых облицовок с гребными валами;
-
внедрение в производство технологического процесса сборки облицовок с валами с применением клея.
Методы исследования. Теоретические методы анализа и синтеза конструкций соединений «гребной вал - облицовка с разделительным слоем. Экспериментальные исследования серии опытных образцов, отличающихся конструкторско-технологическими параметрами, материалами разделительного слоя и их свойствами. Обработка результатов экспериментальных исследований на основе корреляционно-регрессионного анализа и синтеза, в том числе, программы «Advanced Grapher».
Новые научные результаты. Новые научные результаты, полученные лично автором в процессе теоретических и экспериментальных исследований:
-
впервые установлены закономерности распределения напряжений и деформации в полимерном разделительном слое соединения «гребной вал - облицовка», а также в зоне сопряжения трех элементов: гребного вала, облицовки и защитного покрытия, позволяющие обоснованно использовать современные полимерные материалы;
-
определена минимальная толщина разделительного слоя на основе эпоксидного клея или полиуретана, которая должна быть достаточной для компенсации погрешностей изготовления и сборки соединения;
-
установлено, что по таким основным параметрам, как прочность при низкой и повышенной температурах, электрическое сопротивление, масштабный фактор, податливость, работоспособность при предельных нагрузках и сплошность, разделительный слой на основе полиуретана превосходит разделительный слой на основе эпоксидной смолы.
5
Практическая значимость заключается в том, что: ,
1) разработан для использования при проектировании гребных валов метод расчета основных параметров соединения «гребной вал - облицовка» с разделительным слоем на основе полиуретана холодного отверждения;
-
разработан для использования в судостроении и судоремонте типовой технологический процесс сборки гребных валов с облицовками и разделительным слоем на основе полиуретана;
-
сформулированы требования к технологической оснастке, к подготовке поверхностей и к окружающей среде, предназначенные для практической реализации технологического процесса изготовления валопровода с полимерным разделительным слоем в условиях механического цеха;
-
разработан для использования в судостроении и судоремонте типовой технологический процесс нанесения защитных покрытий на основе полиуретана холодного отверждения.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и получили положительную оценку в трудах Российского НТО судостроителей им. акад. А.Н. Крылова в 2001г., на II Российской научно-практической конференции судостроителей, Санкт-Петербург, 14-15.10. 2010г., а также на заседаниях кафедры «Технология судового машиностроения» ГОУ ВПО «СПб ГМТУ» в 2008-2010г.г.
Реализация результатов. Разработанная промышленная технология сборки гребных валов с облицовками с разделительным слоем на основе полиуретана реализована в АОЗТ «Производственное предприятие «СИГМА». Разработанные в диссертации исходные требования, технологические рекомендацию, технологическая оснастка, а также промышленная технология формирования разделительного слоя между телом гребного вала и антифрикционной облицовкой, приняты на коммерческую реализацию в ООО «ЛОМО-Инфраспек».
Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 научно-технических работ, 6 из которых лично, одна - в соавторстве, доля автора диссертации - 50%. В изданиях из перечня ВАК опубликованы 2 научные статьи, одна - в соавторстве, доля автора диссертации - 50%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав с основными выводами, заключения, списка использованных литературных источников и двух приложений. Основное содержание работы включает 121 машинописных страниц, включая 28 рисунков, 16 таблиц, список использованных источников из 54 наименований. Приложения содержат 2 страницы.
