• Александров Михаил Владимирович
  • 2010
  • 29

Повышение качества судовых валопроводов и совершенствование технологии их изготовления автореферат диссертации для написания диплома, курсовой работы, тема для доклада и реферата

Повышение качества судовых валопроводов и совершенствование технологии их изготовления - темы дипломов, курсовиков, рефератов и докладов Ознакомиться с текстом работы
Специальность ВАК РФ: 05.08.04 — Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства
  • Реферун рекомендует следующие темы дипломов:
  • Анализ существующей конструкции валопровода, способов сборки и защиты деталей
  • Анализ особенностей технологических процессов изготовления облицовок и сборки валопроводов
  • Реферун советует написать курсовую работу на тему:
  • Анализ использования клеевых соединений в судовом машиностроении
  • Анализ требований к клеевым соединениям при использовании валопроводов
  • Реферун советует написать реферат на тему:
  • Анализ напряжений в деталях валопровода облицовка - гребной вал
  • Анализ напряженного состояния разделительного слоя при осевом сдвиге, кручении, изгибе
  • Реферун предлагает написать доклад на тему:
  • Температурные деформации в разделительном слое
  • Напряжения в защитных покрытиях
  • Проверка податливости соединений с полимерным разделительным слоем
  • Расчет конструктивных параметров соединения
  • Технология нанесения полимерных защитных покрытий
Поделиться с друзьями:

Выдержки из автореферата диссертации Александров Михаил Владимирович, 2010, 05.08.04 — Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

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 девдвудных 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 судоремонгных 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 эксплуатации валопровода;

2) исследование на моделях и натуральных образцах влияния конструкторских, технологических и эксплуатационных факторов на характеристики клеевого цилиндрического соединения;

3) исследование клеевого соединения «облицовка - гребной вал»;

4) разработка методики расчета прочности и рекомендации по проектированию клеевых соединений;

5) разработка промышленной технологии сборки бронзовых облицовок с гребными валами;

6) 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 конструкгорско-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:

1) 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;

2) определена минимальная толщина разделительного слоя на основе эпоксидного клея или полиуретана, которая должна быть достаточной для компенсации погрешностей изготовления и сборки соединения;

3) 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.

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;

2) разработан для использования в судостроении и судоремонте типовой технологический процесс сборки гребных валов с облицовками и разделительным слоем на основе полиуретана;

3) сформулированы требования к технологической оснастке, к подготовке поверхностей и к окружающей среде, предназначенные для практической реализации технологического процесса изготовления вапопровода с полимерным разделительным слоем в условиях механического цеха;

4) 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.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Обоснована целесообразность и возможность применения гребных валов с разделительным слоем между телом вала и облицовкой, физико-механические и технологические свойства которого соответствуют определенным требованиям, сформулированным на основе теоретических и экспериментальных исследований. Применение такого технического решения позволяет достичь сформулированную цель, то есть повысить надежность валопровода за счет уменьшения пиков концентрации напряжений, эффективной гидроизоляции вала и равномерного нагру-жения дейдвудных подшипников.

2. Аналитическими исследованиями установлено, что разделительный слой на основе эпоксидной смолы не соответствует полному набору требований, предъявляемых к подобному элементу гребного вала. Показано, что из-за большого абсолютного значения модуля упругости композиций на основе эпоксидной смолы, в разделительном слое могут возникать напряжения, превышающие предел выносливости. Причиной возникновения этих напряжений может стать наложение негативных воздействий, вызванных погрешностями изготовления и сборки гребного вала, а также условиями его эксплуатации.

3. Аналитически показано влияние масштабного фактора на прочность разделительного слоя между валом и облицовкой. Нагрузки от веса гребного винта и гребного вала, воспринимаемые разделительным слоем, возрастают прямо пропорционально диаметру гребного вала.

4. Доказано, что использование тонкой пленки клея (1 < 0,1мм) в качестве разделительного слоя малоэффективно. Наличие технологических погрешностей не обеспечивает надежной изоляции гребного вала и облицовки. Предложена методика аналитической оценки суммарной технологической погрешности изготов-

ления и сборки. Доказано, что толщина разделительного слоя должна быть больше, чем сумма технологических погрешностей.

5. Установлено, что температурные деформации и напряжения в разделительном слое при естественном нагреве или охлаждении гребного вала, а также при установившемся режиме тепловыделения в процессе трения облицовки вала о дейдвудный подшипник невелики и поэтому учитывать их при оценке надежности разделительного слоя нецелесообразно.

6. Определены преимущества технического решения, в котором используется современный эластомер для одновременного выполнения функций защитного покрытия и разделительного слоя. Показано, что такое решение может обеспечить снижение напряжений в разделительном слое от эксплуатационных нагрузок, а также обеспечить надежность защитных покрытий во всем диапазоне размеров гребных валов и эксплуатационных нагрузок.

7. Экспериментально установлено, что разделительный слой на основе эпоксидного клея или полиуретана способен обеспечить эффективное электрическое разъединение гребного вала и облицовки. Для этого необходимо, чтобы толщина разделительного слоя была достаточной для компенсации погрешностей изготовления и сборки соединения. Показано, что толщина слоя должна быть 1-3 мм. При такой толщине разделительного слоя абсолютные значения электрического сопротивления составляют десятки кОм и десятки МОм соответственно для эпоксидной смолы и полиуретана.

8. Установлено, что повышение температуры до 100 ° С в зоне дейдвудного подшипника возможно в процессе нормальной эксплуатации, однако это не оказывает влияния на работу соединения «гребной вал_ - облицовка» при толщине разделительного слоя 1=1-3 мм.

9. Доказано, 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.

10. По результатам аналитических и экспериментальных исследований разработаны методы расчета основных параметров соединительного устройства «гребной вал - облицовка» с разделительным слоем на основе полиуретана холодного отверждения для использования при проектировании.

11. Разработаны типовые технологические процессы сборки гребных валов с облицовками и разделительным слоем и нанесения защитного покрытия на основе полиуретана холодного отверждения для использования в судостроении и судоремонте.

12. Сформулированы требования к технологической оснастке, к подготовке поверхностей и к окружающей среде, которые должны быть соблюдены в условиях механического цеха судостроительного, судоремонтного или специализированного предприятия.

13. Разработана и реализована в практике промышленная технология сборки гребных валов с облицовками с разделительным слоем на основе полиуретана. Обеспечение заданных параметров по качеству разделительного слоя были проверены на специальных образцах, имитирующих гребной вал малотоннажного судна (проект «ЭКОДЕЙДВУД»);

13. Исходные требования, технологические рекомендации и технологическая оснастка, а также промышленная технология формирования разделительного слоя между телом гребного вала и антифрикционной облицовкой, разработанные в диссертации, приняты на коммерческую реализацию в ООО «ЛОМО-Инфраспек».

14. Ожидаемый экономический эффект в сфере эксплуатации флота от полной реализации рекомендаций, изложенных в диссертации, может быть оценен суммой около 2,0 млн. долларов США в год.

4. СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК:

1. Александров М.В. Об опыте сборки бронзовых облицовок с гребными и дейдвудными валами. «Вестник технологии судостроения», № 9,2001, с. 36-38.

2. Александров М.В., Лысенков П.М. Напряженное состояние разделительного слоя между гребным валом и его облицовкой. «Судостроение», № 6, 2001, с. 57-58. Доля автора диссертации - 50%.

В других изданиях:

3. Александров М.В. Влияние погрешностей формы деталей сопряжения «вал - втулка» на минимальную толщину разделительного слоя. Сб. трудов НТО им. академика А.Н. Крылова, 2001, вып. 31, часть 4.

4. Александров М.В. Некоторые особенности технологического процесса сборки облицовок с гребными валами с использованием клея. Сборник рефератов ДР ВИМИ, вып. 3,2001.

5. Александров М.В. К вопросу о применении клея для соединения деталей судового машиностроения. Сборник рефератов ДР ВИМИ, вып. 4,2001.

6. Александров М.В. Прочность соединений «вал - втулка» с разделительным слоем на основе полиуретана холодного отверждения. Сборник рефератов ДР ВИМИ, вып. 1,2002.

7. Александров М.В. Повышение качества судовых валопроводов и совершенствование технологии их изготовления. Тезисы трудов II Российской научно-практической конференции судостроителей «Единение науки и практики», СПб, 14-15.10.2010г., с.78-79.

Поделиться с друзьями: