автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Повышение надежности капролоновых дейдвудных подшипников судов флота рыбной промышленности

О*

? - ЛУБЕНКО

Владимир Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ КЛПРО&ЛОИОВЫХ ДЕЙДВУДНЫХ подшипников СУДОВ ФЛОТА РЫБНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ : 05.08.04 - технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Астрахань 1996 г.

Работа выполнена

в Астраханском государственном техническом универешеге Государственного комитета Российской федерации по рыболове! в\

Официальные ониоиешы : , доктор технических наи

старший научный сотрудни БАХАРЕВА Виктория Ефимовш

до1:юр техндчееккх на\/ старший научный С01рудни ЛЫСЕШСОП Начел М^йлсвш

. . ч доктор технпмескнх. ед к; гфофесст

■..:',' ■ ' ■ ПОГОДАНВ Леонгард Иваношп

i- таи ор| дшиашм.-1осуд:1рсгкзн11ьш>ш>^ш(1Ч1сс:(ело1шеаь;-лш1..• институт ;>аразпшик» и зкеалуатшш флота ' ! ипрорыбфлот'' ! '.¡суларствсиадго ышктл;• Российской федерации пго рыл'- ю^ству

состоится '! Ноября '.996 года на соседа тш ешь'иализироеапио: сонет Д053.23.03 по защите диссертаций на соискание учСнок степехш локгоу технических на\ к «т»« Саш-!-Пе1с-рб_\ ргском гос\ дарственноN5 :.к>рско гехыпгском униьерсигетр

;/.■:• : 190008. С-Пстеро\ р/ ъг Лоцманская. ,3 ■'*

Г да.; ертациен мсскьоочка!лмшьсч в-библиотеке Олшя-! 1е)еро_.ргс1-"о; •Счл дарственною морского технического университета

' р ит на автореферат и двух экземплярах. ;ущ:сниы'й т,с%ч-тюучрсж:1ени оси:: направлять з адрес епецналтшюванного соьег;;'

Автореферат отослан ОН октября РМ<6 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доггор технических наук, профессор

В.Л. Р\ссч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. С начала 80-х годов наблюдались аварии капролоновых дейдвудных подшипников (КДП) судов флота рыбной промышленности в виде подплавлений или больших сверхнормативных износов. Последние приводили к поломкам гребных валов в рейсе судна. Флот рыбной промышленности (ФРП) нёс большие убытки из-за необходимости буксировки потерявших ход судов из отдалённых районов мирового океана в базы флота. Существовавшая теория и результаты предыдущих исследований не давали объяснения наблюдавшимся явлениям.

Целями настоящего исследования являются:

- повышение надёжности капролоновых дейдвудных подшипников судов флота рыбной промышленности за счёт обеспечения безотказной работы;

- мшшмизащш затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт КДП за установленный срок службы.

Методы исследований : теоретических - кластерный, корреляционный и регрессионный анализы, анализ временных рядов наблюдений за износами КДП, суперпозиция кортежей наблюдений за износами КДП, извлекаемых из компьютерной базы данных, анализ напряженно-деформированного состояния набухающих капролоновых втулок, вероятностное прогнозирование и прогнозирование зазоров в КДП по линейному тренду, экспериментальных -дифрактометрические исследования микроструктуры образцов капролона, моделирование процесса заклинивания гребного вала набухшим капролоновым подшипником на крупномасштабном испытательном стенде, исследование процесса длительного набухания капролоновых втулок, запрессованных в металлические обоймы.

Научная новизна. Построена модель напряжённо-деформированного состояния набухшей капролоновой втулки, запрессованной в металлический стакан (дейдвудную трубу), учитывающая перемещение границы между наружным сухим и внутренним набухшим слоями капролона с течением времени. Доказано, что главной причиной заклинивания гребных валов втулками, ведущим к подплавлению КДП, является объемное расширение капролона, вызванное набуханием; натяг же его в дейдвудную трубу имеет второстепенное значение.

Выполнен комплекс экспериментальных исследований заклинивания вала капролоновой втулкой на крупномасштабном стенде, имитирующем условия

работы подшипников на судах, подтвердивший правильность предлагаемой модели напряжённо-деформированного состояния капролоновых подшипников. Установлено явление потери устойчивости цилиндрической формы внутренней поверхности заклинившей втулки. Исследован процесс уменьшения зазора между валом и втулкой при длительном эксперименте по набуханию втулок. Впервые исследована микроструктура капролона после его длительной эксплуатации на судах, в том числе и после аварий с подплавлением подшипников.

Разработана структура компьютерной базы данных наблюдений за износами капролоновых дейдвудных подшипников и создана система управления этой базой данных. С использованием накопленных в ней 3519 наблюдений над 784 судами, приписанным к 18 крупнейшим портам базщэования ФРП, предложены два метода прогнозирования зазоров капролоновых дейдвудных подшипников -вероятностный для группы однотипных судов, работающих в сходных условиях промысла и адаптивный с использованием линейного тренда износа ■. - для отдельного судна др!цдфбых условиях эксплуатации.

Практическое значение диссертационной работы состоит прежде всего в том, что она послужила основой для разработки двух нормативно-технических документов, регламентирующих конструкцию капролоновых дейдвудных подшипников семи типов рыбодобывающих судов. Применение их на судах Каспийского бассейна привело к резкому уменьшению аварийности КДП.

Другим направлением реализации разработок соискателя явилось создание и внедрение на ремонтируемых, а в последнее время - и на строящихся судах ФРП серии приборов типа "Дейдвуд" для безразборной диагностики зазоров капролоновых дейдвудных подшипников в рейсе судна. В сочетании с предложенными методами прогнозирования зазоров приборы позволяют значительно повысить надёжность капролоновых дейдвудных подшипников.

На защиту выносятся :

- система уравнений, описывающая поведение набухающего капролонового дейдвудного подшипника как двухслойного тела, запрессованного в жесткую металлическую обойму;

- зависимость влияния кристалличности капролона на его износостойкость;

- метод прямого измерения кристалличности капролона с помощью рентгеновской дифрактометрии;

- зависимости твёрдости капролона от термообработки и пропитки маслом;

- структура специализированной базы данных по износам КДП и система управления ею;

- методика краткосрочного прогнозирования износов капролоновых дейдвудных подшипников отдельного судна с использованием показаний прибора контроля износов типа "Дейдвуд";

- методика среднесрочного прогнозирования износов капролоновых дейдвудных подшипников группы однотипных судов ФРП с использованием результатов их эксплуатации, накопленных в базе данных.

Апробацпя. работы. Научные положения, результаты исследований и инструкторских разработок докладывались на двух международных (Ленинград, 1985 и 90 гг.), шести всесоюзных (Ленинград, 1982 и 88 гг., Харьков, 1987 г., Николаев, 1989 г., Севастополь, 1990 г., Астрахань, 1994 г.) научных конференциях, на отраслевых совещаниях Минрыбхоза по предотвращению аварий валопроводов и дейдвудных устройств (Калининград, 1981 и 83 гг. и Мурманск, 1986 г.), а также на 15 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета. Приборы типа "Дейдвуд" неоднократно демонстрировались на всесоюзных и-международных выставках, в том числе за рубежом (Каир,. . 1996 г.). ' •

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения, библиографии (262 наименования, в том числе 17 на иностранных языках) и приложений. Изложена на 217 страницах и включает 37 рисунков и 29 таблиц.

• Публ икацнй. . Содержание диссертации опубликовано в 25 научных работах (в том числе 17 работ в соавторстве) и двух научно-технических отчётах; получено три авторских свидетельства на изобретения и диплом Всесоюзной выставки достижений народного хозяйства.

Благодарность. Автор приносит благодарность работникам Главного управления, бассейновых инспекций и участков Регистра судов России за предоставление обширных данных по износам КДП, работникам рыбной промышленности всех бассейнов за помощь в выяснении причин аварий КДП судов, отдельная благодарность - работникам производственных управлений "Калининградрыбпром", "Мурманрыбпром" и бассейнового управления "Каспрыба" за помощь во внедрении результатов настоящих исследований на судах и судоремонтных заводах.

Особой благодарности заслуживают сотрудники Хабаровского филиала и головного предприятия ЦНИИ Технологии судостроения, ЦНИИ Морского флота, Черноморского ЦПКБ (г Одесса), Мурманского отделения и головного института "Гипрорыбфлот", принимавшие активное участие в обсуждении промежуточных результатов исследований, рассмотрении и согласовании разработанных на их основе нормативно-технических документов и конструкторской документации,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Капролон, полученный впервые в 1963 г., оказался перспективным материалом для изготовления дейдвудных подшипников судов. В группе полиамидов он наиболее прочен, что обусловлено наличием упорядоченной структуры макромолекул и большим содержанием кристаллической фазы. Кроме того, капролон химически стоек к воздействию бензина,керосина,бензола,толуола,ацетона и других агрессивных жидкостей, нетоксичен, тропикоустойчив и хорошо работает без специальной смазки при достаточном охлаждении забортной водой.

Влияние влагопоглощения на изменение зазоров в полимерных подшипниках исследовалось Г.В. Авакянцем, Р.Г. Мирзоевым, А.И. Кане, А.Л. Левиным и Л.А. Чухриньш. Обширный комплекс работ по разностороннему изучению свойств капролона как материала судовых дейдвудных подшипников выполнен Б.И. Смирновым. Определению величины установочных (монтажных) зазоров КДП, влиянию температуры и влагосодержания на механические свойства капролона, совершенствованию конструкций и технологичности ДП, модификации капролона и поискам новых композиций посвящены работы, выполненные в ЦНИИ ТС и его Хабаровским филиале, в Мурманском отделении института "Гипрорыбфлот" и в Черноморском ЦПКТБ Минморфлота. • Однако с расширением применения капролона стали наблюдаться .случаи появления специфических аварий дейдвудных подшипников (ДП) в виде подплавлений или больших износов, ранее не встречавшихся в практике судовых экипажей. Эти аварии являлись следствием недостаточного учета таких отрицательных свойств капролона, как: .....

1. Релаксационных явлений, выражающихся в том, что' величины напряжений и деформаций, вызванные механическим нагружением, изменялись во времени;

2. Значительного влагопоглощения, составляющего от 3 до 14%;

3. Высокого коэффициента линейного расширения при нагреве;

4. Малого коэффициента теплопроводности (в 150-200 раз меньше, чем у стали) и относительно низкой температуры плавления (213-225°С);

5. Зависимости физико-механических свойств от температуры и влагосодержания полиамида.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы.

В главе 1 выполнен анализ состояния вопроса. Определены границы применимости капролона для дейдвудных устройств судов ФРП. Показано, что среднетоннажные и малотоннажные суда, составлявшие на 1995 год свыше 80% судов флота рыбной промышленности, имеют дейдвудные устройства, смазываемые и охлаждаемые забортной водой с капролоновыми (68% судов) или резинометаллическими (12% судов) дейдвудными подшипниками (РМП). Число судов с подшипниками из бакаута не достигает и 0,5%, их устанавливали только в тех случаях, когда ремонт выполнялся зарубежными предприятиями. Текстолитовые подшипники на судах ФРП в настоящее время практически не встречаются.

Крупнотоннажные суда флота рыбной промышленности (супертраулеры, суперсейнеры, плавбазы и танкеры снабжения) оснащены ДП с масляной смазкой и резиновыми уплотнениями манжетного типа, производимыми по лицензиям. Таких судов в составе ФРП насчитывается приблизительно 19%. Эксплуатация дейдвудных подшипников с масляной смазкой, а также промежуточных опорных подшипников водопроводов не встречает затруднений. Случаи отказов та-

ких подшипников крайне редки; ремонт их отлажен, долговечность достаточна. Проблемой для дейдвудных устройств (ДУ) с масляной смазкой является только недостаточная надежность уплотнений манжетного типа, пропускающих в море больше смазки, чем указывалось фирмами-лицензиарами.

Результаты анализа применяемости капролоновых и металлических дейдвудных подшипников на судах ФРП на начало 1995 года, выполненного методами кластерного анализа, показаны на рис. 1. Установлено, что мало- и сред-нетоннажные рыбодобывающие суда с КДП, составляющие основу флота рыбной промышленности (28 типов судов, в основном крупносерийной постройки), располагаются компактной областью ]. Металлические ДП применяются, как правйло, при мощности главного двигателя более 2,5 тыс.' квт. При близких мощностях главных двигателей, см. области 2 и 3, внутренние диаметры КДП больше, чем у металлических подшипников из-за напрессовки на стальной гребной вал бронзовых облицовок.

Облает» применения капролоновых и метэялических дейдвудных подшипников на судах флота рыбной промышленности

800

600

2

га" к

X С X

3

4

о с

400

о

5 Я 5

я

>5

X X

о а

£ х ш

200

10

Мощность на валу, тыс. квт

Области : 1- малые и средние добывающие суда с капролоновыми подшипниками, 28 типов судов; 2- большие добывающие суда с металлическими ДП, 10 типов судов; 3 - плавбазы и крупные транспортные суда с капролоновыми ДП, 8 типов судов; 4 - плавбазы и крупные транспортные суда с металлическими ДП, 4 типа судов.

Рис. 1.

Особенность эксплуатации судов флота рыбной промышленности. заключается в том, что производственная деятельность (добыча и обработка улова, перегрузка продукции и снабжения), особенно в экспедиционном промысле, осуществляется в открытом океане. Условия работы ФРП значительно тяжелее условий работы морского транспортного флота, суда которого совершают в море только переходы между портами, так как производственная деятельность судна (прием или выгрузка груза) осуществляется в порту. Главный двигатель добывающих судов нарабатывает за год до 7.5-8.0 тыс. час, в то время как транспортные суда морского флота - не более 3.5-3.8 тыс. час. Среднегодовая наработка дейдвудных устройств надводных кораблей ВМФ на порядок меньше •-"наработки судов ФРП. .

На промысловых судах характерно применение в качестве движителей винтов регулируемого шага (ВРШ), обеспечивающих оптимальное использование мощности на режимах траления. Но по этой причине суда ФРП при равной с транспортными судами мощности главных двигателей и частоте, вращения гребного вала имеют значительно большую'массу винта и гребного вала, что -создаёт повышенные нагрузки на дейдвудные подшипники, особенно кормовой.

Ещё одной особенностью эксплуатации дейдвудных устройств добывающих судов экспедиционного промысла является длительная (до полутора месяцев) безостановочная работа главных двигателей и, соответственно, валопроводов. Столь напряжённый режим ухудшает условия теплоотвода из капролоновых подшипников и не встречается ни в транспортном, ни в речном, ни в военном флотах.

Из опыта работы рыболовного и морского транспортного флотов известно, что капролоновые дейдвудные подшипники подвержены подплавлению в процессе эксплуатации. До недавнего времени причиной подплавления считалась небрежность экипажей судов или намотки тросов и сетей на ступицу винта, из-за чего прекращалась циркуляция воды через дейдвуд. Однако по нашим наблюдениям, значительное число аварий с подплавлением КДП не могло быть объяснено этими причинами, так как свыше, чем в 60% случаев подплавлений намотки каких-либо предметов на винт на судах ФРП не были обнаружены. Более того, существуют типы рыболовных судов, добывающие рыбу несетными способами, для которых намотка тралов или сетей на винт практически невозможна. Тем не менее, аварийность капролоновых дейдвудных подшипников и этой группы судов достаточно высока.

Судовладельцы высказывали предположение о некачественном ремонте дейдвудных устройств судов на каких-то отдельных судоремонтных заводах, а представители судоремонтных предприятий пытались объяснить аварии КДП неграмотным техническим обслуживанием их со стороны членов судовых экипажей. Но анализ данных, собранных нами в базах флота показал, что обширная география аварий и разнотипность судов, часто не работающих с сетями и тралами, заставляет искать причины аварий не в субъективных факторах, а в

конструкции дейдвудных устройств, единои для однотипных судов различных бассейнов.

По большинству случаев можно отметить, что подплавление подшипников происходило после некоторого периода стоянки судна с неработающим валопро-водом. Износ подшипников в это время не происходил, а уменьшение зазоров из-за набухания и натяга капролона во втулки происходило весьма быстро. Интенсификации этого процесса иногда способствовало то, что стоянка судов проходила в акваториях с повышенной температурой забортной воды.

Для большинства аварий характерна малая наработка валопровода за единицу времени, предшествовавшего аварии. Следовательно, для судов, характеризующихся стояночными режимами работы либо длительными простоями вероятность заклинивания гребных валов капролоновыми подшипниками весьма высока. Из описании аварий также следует, что типичным признаком предстоящего подплавления капролоновых дейдвудных подшипников являлись затруднения^ проворачиванием гребного .валэ^квалифицируемые экипажем как затруднения с запуском главного двигателя.

Таким образом, можно заключить следующее:

-значительная часть подплавлений КДП (свыше 40%) не связана с прекращением протока воды через подшипники;

-большинство из этих случаев характеризуется малой наработкой валопро-водов за единицу времени;

-типичным признаком предстоящего подплавления является затруднение с запуском главного двигателя, конкретнее - возрастание сопротивления вращению гребного вала.

Из результатов обследований КДП инспекторами Регистра и опросов членов судовых команд известно, что процесс уменьшения зазоров в капролоновых дейдвудных подшипниках растягивается во времени на 2-3 года. К сожалению, и набухание, и деформации от натяга в судовых условиях происходят одновременно. Результатом уменьшения зазоров является ухудшение условий охлаждения облицовок гребных валов и дейдвудных подшипников, а иногда и заклинивание гребного вала в подшипнике.

Проблема повышения надежности КДП была конкретизирована судовладельцами флота рыбной промышленности в 1981 году в виде следующих вопросов:

- какова аварийность однотипных судов на различных бассейнах и у разных судовладельцев одного бассейна,

- различается ли аварийность подшипников из капролона, произведенного разными заводами,

- как повысить качество капролона или обеспечить его (качества) стабильность,

- перспективен ли капролон как материал дейдвудных подшипников,

- как и чем контролировать износ капролонового дейдвудного подшипника в

рейсе (не поднимая судна в док и не вызывая водолаза для подводного осмотра дейдвудного устройства).

Цели исследования, поставленные на стр. 1, достигнуты путём решения следующих пяти задач.

Первая заключалась в определении элементов ДУ с КДП, надежность которых не удовлетворяет требованиям эксплуатации и снижает общий уровень его надежности. Задача решена путем сбора информации об отказах ДУ в эксплуатации с последующей разработкой конструктивных и технологических мероприятий по устранению причин их отказов. Для этого была создана система - сбора информации в недостатках дейдвудных устройств р КДП, и разработаны согласованнее-, с судовладельцами решения .по. улучшению их ^чества, реализованные в нормах зазоров.

Ко второй задаче относится определение причин недостаточной надёжности капролона как антифрикционного материала и разработка технических мероприятий по её.повышенгао. Причины недостаточной надёжности выявлены V экспериментальными и расчётными методами.

Третья задача состяла в разработке методов прогнозирования состояния КДП, направленных на предупреждение сверхнормативных износов антифрикционных вкладышей из капролона.

Четвертая задача - корректировка нормативов зазоров в капролоновых дейдвудных подшипниках, позволяющих повысить их надёжность.

Пятая задача - создание средств и методов безразборной диагностики износов капролоновых дейдвудных подшипников и оснащение ими судов ФРП.

В главе 2 выполнена разработка базы данных, анализ результатов эксплуатации КДП и прогнозирование зазоров на их основе. Для выяснения динамики изнашивания капролоновых дейдвудных подшипников наиболее распространенных рыболовных судов с 1981 г. выполнялся сбор статистических сведений. Источниками информации о состоянии КДП являлись акты освидетельствования дейдвудных устройств судов в разобранном виде в доке формы 6.3.17 или 6.3.10 Морского Регистра судов, имеющие наибольшую достоверность из рассмотренных альтернативных источников при большом объеме информации. Этот источник был принят в качестве основного также потому, что он унифицирован по всей стране, то есть содержит ответы на однотипные вопросы.

Под наблюдением находятся 10 основных типов промысловых судов ФРП из 30 - "Атлантик", СРГМ и БМРТ всех модификаций, СТР, ПСТ, ТСТ и РДОС "Моряна". Дедвейт судов от 321 до 2529 брт, мощность главных двигателей от 588 до 3500 квт, диаметры гребных валов по облицовкам от 240 до 465 мм. Семь типов судов оборудованы винтами регулируемого шага, два типа - винтами фиксированного шага и один тип (СРТМ) в разных модификациях имеет или ВФШ, или ВРШ. Три типа судов имеют неповоротные и один тип - поворотные рулевые насадки; шесть типов судов насадок не имеют.

Сбор сведений производился в основных базах рыболовного флота (табл. 1). В настоящее время база данных содержит свыше трёх с половиной тысяч записей наблюдений за 783 крупнотоннажными и среднетоннажными рыболовными судами, оснащенными капролоновыми дейдвудными подшипниками.

Таблица 1.

Репрезентативность базы данных судов всех типов _по портам их приписки_

№ Порты Кол-во Кол-во Кол-во Среднесут.

п/п приписки записей судов зап/суд. нараб., час

1 Калининград 641 113 5,67 11,46

2 Петропавловск-Камчатский 591 117 5,05 9,77

3 Находка, Владивосток 565 145 3,90 9,57

4 Мурманск 546 119 3,03 13,77

5 Таллин 268 47 5,70 12,68

6 Корсаков, Невельск, Холмск 265 77 3,44 10,08

7 Клайпеда 160 49 5,33 10,97

8 Лиепая, Вентспилс 121 27 4,48 12,85

9 Санкт-Петербург 80 15 5,33 13,32

10 Рига 78 21 3,71 14,24

11 Одесса 73 25 2,92 12,22

12 Керчь, Севастополь 66 18 5,00 9,98

13 Астрахань 44 10 4,40 5,68

Итого по всем портам : 3498 783 4,44 11,30

Наблюдениями охвачены свыше 53% построенных судов наблюдаемых типов. Наивысший процент охвата (76% от построенных) достигнут для судов типа БМРТ. Весьма высок охват и судов типа "Атлантик" (67%) и судов типов ПСТ и ТСТ (62%). Небольшой охват наблюдениями судов типа СТР (22%) объясняется тем, что большое количество судов этого типа базируется на Дальнем Востоке, где сбор сведений был затруднен. Выборки по судам всех типов, за исключением "Моряны", .можно считать репрезентативными.

Извлеченные из актов Регистра данные об износах КДП занесены в базу данных (табл. 2), формируемую в памяти компьютера. Содержание двадцати восьми полей базы данных соответствует пунктам акта Регистра, относящихся к валопроводу и дейдвудному устройству. Одна запись содержит до 400 символов.

Наблюдения за износами КДП с момента ею установки и до замены или до списания судна образуют последовательность нескольких заппсей, которио мы назвали кортежем. В базе данных начало кортежей обозначено в столбце У логической величиной У (#УеБ, Да), конец - N (#N0, Нет).

В некоторых полях базы данных наблюдаются пропуски, вызываемые либо полным отсутствием информации в соответствующем пункте акта Регистра, либо ее недостаточностью, либо явной недостоверностью. Пропущенные данные

Фрагмент базы данных износов капролоно

(поля NS, DT, Y/N, DOC, Rl, R2, R3, R4, R5 и

TYPE ND NAME BN RN OWNER PORT DATE PLACE

АТЛ 1 АТЛАНТИК 7101 М-27678 КБТФ КАЛИНИНГР Авг 22, 77 КАЛИНИНГ

АТЛ 2 АТЛАНТИК 7101 М-27678 КБТФ КАЛИНИНГР Ноя 30,78 КАЛИНИНГ

АТЛ 3 АТЛАНТИК 7101 М-27678 КБТФ КАЛИНИНГР Фев19, 80 КАЛИНИНГ

АТЛ 5 АТЛАНТИК 7101 М-27678 КБТФ КАЛИНИНГР Май 23, 89 ПРЕГОЛЯ

СРТ 0 РАЗИНО 241 М-12389 УМРЗФ НЕВЕЛЬСК Июн 1,74 ХАБАРОВСК

СРТ 1 РАЗИНО 241 М-12389 УМРЗФ НЕВЕЛЬСК Сен 1,76 ХОЛМСК

СРТ 2 РАЗИНО 241 М-12389 УМРЗФ НЕВЕЛЬСК Ноя 1,79 НЕВЕЛЬСК

СРТ 4 РАЗИНО 241 М-12389 УМРЗФ НЕВЕЛЬСК Дек 6, 85 НЕВЕЛЬСК

СРТ 5 РАЗИНО 241 М-12389 УМРЗФ НЕВЕЛЬСК Апр 7, 88 НЕВЕЛЬСК

СРТ 6 РАЗИНО 241 М-12389 УМРЗФ НЕВЕЛЬСК Июн 4, 90 ПУСАН, КОР

подразделяются на четыре группы. Пропуски первой группы можно игнорировать из-за их малозначительности. Ко второй группе относятся поля баз данных, отсутствие информации в которых снижает ценность записи, но не препятствует ее использованию. Отсутствие информации в третьей группе полей, к которым относятся величины зазоров в подшипниках до (ZDN, ZDK) и после (ZPN, ZPK) докования, данные о замене КДП (СОМ) и иногда данные о их наработке между докованиями NM (если эти данные невозможно уточнить из других полей или записей) способно разорвать кортеж и поэтому недопустимо. Такую информацию необходимо реставрировать. К последней, четвертой группе относится информация, без которой данную запись вообще невозможно использовать.

Опыт показал, что как бы тщательно ни выполнялся сбор данных, пропуски в отдельных полях неизбежны. Поэтом)' была решена задача обработки баз данных по взносам КДП с целью восстановить пропущенные данные во второй и третьей группах шлей и занести их в запись, что обеспечивало непрерывность кортежей и давало возможность выполнить более глубокий анализ результатов эксплуатации КДП. Кроме того, была создана специализированная система управления базами данных (СУБД) по зазорам капролоновых девдвудных подшипников, выявляющая и обрабатывающая кортежи наблюдений. Система содержит следующие программы:

DOBAW - создание бланка для пополнения наблюдений за судами;

RDZ и KOS - преобразование даты наблюдения из числового формата DT в формат даты DATE; расчет промежутка времени между докованиями по датам, извлекаемым из двух записей, ограшгчивающих кортеж; расчет среднесуточной наработки валопровода в часах для каждой записи и среднесуточной наработки валопроводов однотипной группы судов, приписанных к одном)7 порту;

KOR - реставрация наработки валопровода NM по среднесуточной нара-

Таблица 2.

щвудных подшипников судов различных типов

юказаны; поле СОМ ограничено 38 знаками)_

; N Y ZPN ZPK NM NT СОМ

Y 350 370 5169 54169 ЦЕНТРОВКА ПО НАГРУЗКАМ ПО МЕТОДИКЕ АР

N Y 120 220 7300 61080 КАПРОЛОНОВЫЕ ПОДШИПНИКИ ЗАМЕНЕНЫ Н

N 400 400 8320 69400 КАПР ЗАМЕНЕН НА РМП, КОРМОВАЯ ЧАСТЬ ОБ

215 215 12970 38910 РМП ЗАМЕНЕНЫ НА КАПРОЛОН,СВЕД.О ЦЕНТР

Y 150 150 0 0 СУДНО ПОСТРОЕНО В 74 ГОДУ В ХАБАРОВСКЕ

150 140 9500 111 ОБЩАЯ НАРАБОТКА УСЛОВНО

N 230 190 9139 18S75 НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

Y 220 200 11 32500 НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

160 150 5187 37687 КАПРОЛОН НЕ ЗАМЕНЕН. ЦЕНТРОВКА НЕ ПPO^

N 150 140 7183 12340 КАПРОЛОН НЕ ЗАМЕНЕН. ЦЕНТРОВКА НЕ ПРО!*

ботке однотипной группы судов, приписанных к одному порту, для тех записей, в которых отсутствуют указанные данные; заполнение пропусков в базах данных и пометка их в отличие от прочих данных по наработкам, считающихся абсолютно достоверными;

PAP - выделение из базы данных сдвоенных трендов роста зазора;

TTREN - перезапись кортежей наблюдений над зазорами из базы данных в электронную таблиц}' тревдов;

WOZRAST - вычисление возраста судна по первичной и текущей датам и занесение его в базу данных;

CORTEGE - вычленение отдельных кортежей, запись их в электронную таблицу и построение диаграмм;

REGZAZDAYS и REGZAZCHAS - регуляризация наблюдений за зазорами КДП однотипных судов через равные промежутки календарных дней или через равные промежутки наработок валопров'ода в часах.

Помимо рутинных операций пополнения базы данных и систематизации наблюдений, СУБД позволяет применить как методы заполнения пропущенных значений с пристрастным подбором, так и с помощью регрессии. При пристрастном подборе используются модели порождеши пропусков, достоверно известные исследователю.

В качестве примера работы СУБД на рис. 2 изображены кортежи одного из судов, на рис. 3 - суперпозиция 49 кортежей группы однотипных судов, приписанных к одном)' порту и эксплуатировавшихся в сходных условиях.

Наличие тренда, то есть тенденции развития износов во времени, заставляет рассматривать износ КДП на значительных отрезках времени как нестационарный процесс. Однако изменение статистических характеристик износов во времени может быть медленным, поэтом)' в практике на нзносы распространяются все закономерности, присущие стационарному случайному процессу.

2 £

с£ о

п Я

со

Преобразование кортежей зазоров БМРТ "Оскар Сепре"

а) кортежи зазоров в хронологическом порядке

6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5

1.янв.73 7.ноя75 12.сен.78 18.июл.81 23.май.84 29.мар.87 '1.фев.Э0

Дата

6) приведение кортежей к единому началу 6,5

10 20 30 40 Наработка, тыс. час.

Рис. 2.

Выделение тренда, то есть отыскание аналитической зависимости, наиболее точно соответствующей детерминированной составляющей временного ряда выполнено построением функции регрессии членов ряда износов на время набухания и изнашивания подшипника (рис. 3). Отрицательный знак суммы износов и набухания КДП в период от нуля и до 9000 часов наработки валопровода указывает на превалирование набухания над изнашиванием в этот период.

Прогнозирование остаточного ресурса КДП для решения вопроса о целесообразности их ремонта перед длительным рейсом выполняется вычислением периода работы / прогнозируемого по тренду и определяемого пересечением линии предельно допустимых зазоров (рис. 4) с трендом в точке С, а также гарантированных периодов надежной работы КДП и I тп, определяемых пересечением линии предельно допустимых зазоров с верхними границами доверительных интервалов.

Процедура прогнозирования остаточного ресурса КДП по линейному тренду на основе контроля изменения зазора сводится к экстраполяции найденного тревда зазоров 20С, рис. 4 и определения момента пересечения его с линией

Регрессия.износов и набухания КДП на суммарное время работы кормовых подшипников валопроводов

Суда типа БМРТ, порт приписки Таллин, 22 судна, 49 кортежей 6

2 2

оГ

з х

Г5 X >. ю га

х +

о о х

о

5 4 3 2 1 О -1

< ► ♦ ♦ •

» . ♦ ♦ ♦ ► ^^ ♦ ♦

ж 4» ► * ♦ ♦ *

ь Ж ^ ♦ ♦

¡•'г*: ♦

•V

10 20 30 40 50 60 Наработка валопровода, тыс. час

Рис. 3.

70

предельного состояния 2 в точке С. Допустимое нормами эксплуатации увеличение зазора КДП составляет Д£. В период с ¿0 до 1р на основе выполненных измерений (ломаная линия) построен тренд

2р=г+а[(р-Г) (1)

где ( - среднее значение временного интервала. Время достижения предельного технического состояния капролонового подшипника определяется из (1), задавшись ££ ■

/ \ А2

'а, =

Время остаточного ресурса подшипника (от момента последнего п - го измерения до достижения предельного состояния) составляет

о.г

V о

А2

\2р

'0.

-1

Последовательно измеряя зазоры через равные промежутки времени (что возможно при оснащении судов приборами типа "Дейдвуд", описанными в главе 5), в расчетах можно вместо временных периодов использовать количество выполненных измерений п. Задаваясь необходимой точностью прогноза и величиной прогнозируемого периода, можно определить минимальное количество измерений и соответствующий ему период наблюдений. Для прогнозирования остаточного ресурса КДП, то есть решения вопроса о целесообразности их ремон-

Прогнозирование остаточного ресурса КДП по линейному тренду зазоров

та перед длительным рейсом, достаточно вычислить период работы, прогнозируемый по тренду и определяемый пересечением линии предельно допустимых зазоров с трендом (рис. 4, точка С), а также гарантированный период надежной работы КДП, определяемый пересечением линии предельно допустимых зазоров с верхними доверительными границами (точки А и В).

Прогнозируемый гарантированный период надежной работы определяется из уравнения

г + =г0 +К2 ■

Зная количество измерений п, величины зазоров 20, и определив из уравнения тренда 2, можно найти минимальный прогнозируемый гарантированный период надежной работы ?т,„(см. рис. 4).

Для краткосрочного прогнозирования (обычно на один-два временных интервала вперед) остаточного ресурса КДП применены адаптивные методы, в которых более полно учитывается информация, содержащаяся в последних наблюдениях. На основе этой информации корректируются параметры принятой модели изнашиваши и набухания, тем самым модель адаптируется к изменившимся условиям.

Простейшая адаптивная модель процесса основана на вычислении экспоненциальной средней в момент I:

= а21 + у®,., > (2)

где а - параметр экспоненциального сглаживания,

а = const, 0 < а < 1 ; (3= \ - а .

Формулу (2) можно представить в виде :

St = St_^a{Zt-St_{) .

Если St l рассматривать как прогноз на один шаг вперед, то величина Zt - S,_j является погрешностью этого прогноза, а новый прогноз St получается в результате корректировки предыдущего прогноза с учетом его ошибки.

Подставляя в формулу (2) последовательно значения ряда зазоров, имеющего п членов, получим

и=1

St=a^-Zt_^fi'-SQ- , (3)

1=0

где Sg - величина, характеризующая начальные условия для применения формулы (3).

При практическом использовании формулы (2) затруднение вызывает выбор параметра а. С его увеличением повышается роль последней информации об изменениях в развитии временного ряда зазоров, однако при этом плохо сглаживаются случайные колебания. Уменьшение а приводит к большему сглаживанию осредненной кривой, поскольку дисперсия экспоненциальной средней

= ^ .

2-а

Выбор значения а во многом определяется целью. Чем более краткосрочен прогноз, тем большее значение имеет свежая информация, т.е. результаты последних наблюдений, и, стало быть, значение а нужно выбирать из предела 0,5 < а < 0,7. При сравнительно долгосрочных прогнозах следует в большей мере учитывать информацию о развитии процесса за продолжительный период времени и значение а выбирается из интервала а = 0,1 - 0,3.

Предложенная методика адаптивного прогнозирования зазоров в капроло-новых дейдвудных подшипниках была опробована во время рейса БМРТ "Малахит", приписанного к порту Калининград. Дейдвудное устройство указанного судна было снабжено прибором диагностирования зазоров КДП типа "Дейдвуд-2". Дисперсия фактических значений зазоров составляла от 0,36 до 0,58 мм в различных рейсах. По заключению экипажа, такая точность вполне достаточна для нужд эксплуатации.

Вероятностное прогнозирование зазоров КДП заключается в определении вероятности невыхода (или выхода) зазора за границы, установленные нормативными требованиями (рис. 5). Вероятностные методы целесообразно применять для прогнозирования состояния капролоновых дейдвудных подшипников группы однотипных судов, приписанных к какой-либо базе флота или для всего бассейна.

Математическая формулировка заключается в следующем: известны значения функции зазоров в моменты времени / (;= 1, л ' tl е 7j). Необходимо

определить вероятность того, что значение функции £(/) выйдет за допустимые пределы в моменты времени ((/' = гс+1, и+2,..., п + т\ ti е Г2), т.е.

Определить вероятность (4) просто, если известен закон распределения

со

где ^ с1ор

- допустимое значение функции > /гД£) - плотность распределения значений во временном сечении I. с математическим ожиданием и дисперсией .

Вероятностное прогнозирование зазоров капролоновых дейдвудных подшипников группы однотипных судов

Вероятность свершориапшвого зазора ч^

1ый (минимально

Вероятность уменьшения зазора до нулевых значений

Ч Вероятность отрицательных зазоров (заклинивания «ала) и подплавлени* подшипника

Рис. 5.

Исследованиями баз данных установлено, что закон распределения зазоров в определенный момент времени имеет нормальный характер, поэтому вероятностное прогнозирование сводится к прогнозированию изменения матема-16

тичесюго ожидания или средней квадратической ошибки. Значения а] и "'<(£) определяются из анализа баз данных путем проверок нулевой гипотезы и выделения нелинейного тренда зазоров (рис. 3) в разные моменты времени.

Вероятностное прогнозирование возможно, если задана точность вычисления вероятности. Задачу можно сформулировать следующим образом. Прогнозируемый процесс (рост зазоров) характеризуется показателем Е,, который в каждый момент времени / будет случайной величиной и подчиняется нормальному'закону распределения с плотностью вероятности /(£•').

Вероятность нахождения в пределах [а, А] в момент времени /=/0при известной плотности вероятности /(£?0)

а

ъ

Абсолютная величина разности между вероятностями в моменты времени /0 и I не должна превышать величины 6. Поскольку

\р(£е[а,Ьр)-Р(£е[а,Ьр0)\:

ь ъ

<5ир|/(£/)-/(^о)|(я-г>) то границы временного интервала и при которых справедливо неравенство

будут определять пределы возможного использования выбранного закона распределения для решения задачи вероятностного прогнозирования зазоров КДП.

Прогноз износов по тренду зазоров группы судов типа ПСТ, приписанных к порту Мурманск, и типа СРТМ, приписанных к портам Калининград и Пстропавловск-на-Камчатке показали хорошую сходимость наблюдаемых зазоров КДП с их прогнозируемыми величинами.

В главе 3 выполнен комплекс экспериментальных исследований поведения капролона в процессе эксплуатации, в частности, уменьшение зазоров КДП от набухания и заклинивание вала набухшей капролоновой втулкой на крупномасштабном стенде, имитирующем условия работы подшипников на судах. Исследован процесс уменьшения зазора между валом и втулкой при длительном

эксперименте по набуханию втулок. Впервые исследована микроструктура ка-пролона после его длительной эксплуатации на судах, в том числе и после аварий с подплавлением подшипников.

Эксперименты по набухашпо выполнены на пяти сериях образцов втулок наружным диаметром 120 мм и длиной 45 мм. Каждая серия состояла из трех втулок с толщиной стенки 10. 15 и 20 мм. Серии А, Б, В и Г были запрессованы в металлические обоймы (табл. 3); одна серия набухала в свободном состоянии. Маркировка втулки состоит из буквы, показывающей посадку, и цифры, равной толщине стенки втулки в мм. Эксперимент, продолжавшийся около 3 лет, показал следующее:

Таблица 3.

Зазоры или натяги капролоновых втулок

Серия Зазор Зазоры (-), натяги (+)

вту- или для толщин, мм

лок натяг 10 15 20

А Зазор -0,172 -0,256 -0,272

Б Натяг меньше, чем по ОСТ 0,042 0,027 0,03

В Натяг по ОСТ 0,172 0,198 0,163

Г Натяг больше, чем по ОСТ 0,287 0,266 0,245

1. Наиболее интенсивный прирост размеров капролоновых втулок наблюдается в течении первых 70-100 суток замачивания (рис. 6). Во вгулках, запрессованных в металлические обоймы, внутренний диаметр уменьшается за этот период на величину от 0,25 до 0,37 мм, что составляет от 25 до 40% зазора,

0

2

п-0,2

о. I-

<и

1-0,4

5 Ч

1-0,6 х

<и

3

2.-0,8

о. С

О 200 400 600 800 1000 1200

Время набухания, сутки

Рис. 6.

Уменьшение внутреннего диаметра капролоновых втулок с толщиной стенки 15 мм от набухания в пресной воде

-•-А15 — Q™ Б15 -..д... В15 --Х-- Г15

С0®0- «а

регламентированного действующими нормативными документами для вала соответствующего диаметра.

2. Деформации капролоновых втулок, набухающих в свободном состоянии, существенно отличаются от деформаций втулок, запрессованных в обоймы. Наружный диаметр свободных втулок увеличивается почти по линейной зависимости (рис. 7, сплошные линии), причем прирост наружного диаметра при номинальном размере 120 мм только за первые 50 суток составляет от 0,3 до 0,5 мм, то-есть 0.32-0.45 % диаметра в зависимости от толщины стенки втулки. Прирост размера тем больше, чем меньше толщина стенки втулки. Так, при толщине стенки 20 мм наружный диаметр увеличился на 0.35 мм, при толщине стенки 10 мм - на 0.5 мм. Можно предположить, что во втулках с большей толщиной стенки капролон, оставшийся в сухом состоянии под поверхностью, препятствует увеличению наружного диаметра втулки. Из этого следует, что модуль упругости набухшего капролона меньше модуля упругости капролона в состоянии поставки.

Изменение размеров наружного и внутреннего диаметров капролоновых втулок толщиной 10 и 20 мм при набухании их в свободном состоянии

Время набухания, сутки Рис. 7.

3. Внутренний диаметр втулок, замачиваемых в свободном состоянии, остается практически без изменения для втулок с толщиной стенок 15 и 20 мм и увеличивается для втулки с толщиной стенки 10 мм. Степень увеличения наружного диаметра втулок, набухающих в свободном состоянии, обратно пропорциональна толщинам их стенок.

4. Уменьшение внутреннего диаметра запрессованных капролоновых втулок с толщинами стенок 15 и 20 мм пракпиески не зависит от величины перво-

начального натяга, с которым они были запрессованы в металлическую обойму.

5. Аномалии в уменьшении внутренних диаметров втулок равной толщины, имеющих разные натяги (например, линии А15 иВ15нарис. 6) могут быть объяснены тем, что на уменьшение внутреннего диаметра более существенное влияние, чем натяг, оказывает другой фактор - кристалличность капролона. Втулки были выточены из разных отливок капролона, возможно, имевших различную кристалличность.

6. Полное набухание свободной втулки толщиной 10 мм поизошло за 330 суток, после чего прирост наружного и внутреннего диаметров прекратился. Достичь остановки роста размеров свободных втулок толщиной 15 и 20 мм за время эксперимента не удалось.

7. Установлено, что наиболее склонны к росту размеров из-за набухания толстостенные капролоновые втулки (рис. 7, табл. 4). Таким образом, при нормировании зазоров обязательно должны учитываться толщины втулок.

Таблица 4.

Аппроксимация показателей процесса набухания экспоненциальными и обратно-пропорциональными зависимостями

Втулка Модель а Ь Формула К-т корр. R-squar, %

А10 Экспонен. -0,0549 0,00067 Y=exp(a+bX) -0,943 88,95

Б10 Обратная 1,24409 0,00124 1 /Y=a+bX 0,948 89,94

В20 Экспонен. -0,083 -0,0095 Y=exp(a+bX) -0,9572 91,62

Г20 Экспонен. -0,1537 -0,0018 Y=exp(a+bX) -0,9659 93,3

8. В летние месяцы (июль-сентябрь) с повышением температуры воды диаметр втулок увеличивается (процесс набухания интенсифицируется); после снижения температуры воды в зимнее время диаметр втулок уменьшается. Таким образом, экспериментально подтверждены сезонные колебания размеров втулок, наблюдавшиеся ранее экипажами судов. Однако следует, отметить, что эффект сезонного набухания наблюдается не на всех втулках (как и не на всех судах). Так, втулки Б15 и Г15 (рис. 6) не проявили тенденции к росту размеров в летнее время. Последнее может быть объяснено различием микроструктуры капролона в разных партиях его изготовления.

На крупномасштабном стенде "Ру бин", позволяющем имитировать условия эксплуатации ДУ, были выполнены исследования явлений, предшествующих, сопутствующих и завершающих процессы заклинивания и последующего иод-плавления КДП, смазываемого водой. Размеры капролоновых втулок: диаметр внутренний 98,7+0Дмм, длина 195+0,5мм, толщина стенки 20+0,1мм. Втулки были запрессованы в обоймы из нержавеющей стали с натягом 0.2+ом, соотвествую-щим ОСТ. Испытания проводились в летнее время (июль-август) при температуре воздуха в помещении от 28°С ночью до 36°С днем. Наименьшая тем-

пература воды, периодически добавляемой из водопровода в замкнутую систему охлаждения установки, была 20-21° С. Частота вращения вала стенда составляла 1180-1200 мин"1, что соответствовало линейной скорости скольжения от 6,0 до 6,17 м/с, удельная нагрузка 0,30-0,33 мПа. Прокачка подшипников осуществлялась пресной водой, циркулирующей в замкнутом контуре; за время испытания вода нагревалась до 50-54°С.

Развёртка внутренней поверхности втулки, заклинившей гребной вал

Рис. 8.

Эксперименты по заклиниванию вала втулкой позволили установить:

1. В результате совместного действия набухания капролона в воде и температурного расширения внутренняя поверхность втулки теряет устойчивость цилиндрической формы; на ней появляются выступы и впадины (см. рис. 8).

2. При превалировании процессов набухания над процессами изнашивания замеры диаметров не могут дать истинного представления о наличии или отсутствии зазоров между валом и втулкой из-за возникновения на внутренней поверхности втулки выступов и впадин.

3. Определение истинных значений зазоров возможно только при построении цилиндра максимального диаметра, вписанного в деформированную капролоно-вую втулку и сравнении его диаметра с диаметром облицовки гребного вала.

. 4. Мощность двигателя стенда (17 кВт) во много раз меньше мощности главного судового двигателя, работающего на гребной вал равного диаметра, поэтому процессы заклинивания и подплавления подшипников на стенде и в судовых условиях несколько отличались. Двигатель стенда останавливался практически сразу после достижения зазорами нулевых значений (заклинивания), что позволило сохранить деформированную поверхность капролонового подшипника неподплавленной и выполнить исследование ее геометрии (рис. 8). В судовых же условиях двигатель благодаря большей мощности продолжает вращать вал даже после достижения зазорами нулевых значений, интенсивно нагревая поверхности и капролоновой втулки, и облицовки. От нарастающего теплового расширения капролона резко сокращается проходное сечение зазора для охлаждающей воды, что вместе с увеличением работы трения на поверхности подшипника приводит к подплавлению его поверхностного слоя. Давлением воды часть расплавленного капролона выжимается из зоны трения; зазор резко возрастает, увеличивается расход охлаждающей воды и восстанавливается нормальный температурный режим работы подшипника. Остывший капролон самопроизвольно образовывает в нужном месте подшипника опору гребному валу и продолжает работать после подплавления иногда в течении нескольких лет.

Далее были выполненеы исследования микроструктуры капролона.

Большое влияние на износостойкость, влагопоглощение, набухание и линейное расширение оказывает микроструктура капролона. Она состоит из аморфной и кристаллической фаз, причем их соотношение может изменяться в широких пределах (по известным данным, в 2-3 раза) в зависимости от условий протекания процесса полимеризации при изготовлении заготовок для втулок. В процессе полимеризации кристаллическая фаза образует сферолиты, как бы плавающие в аморфной фазе. С повышением содержания кристаллической фазы растёт твёрдость и износостойкость капролона, уменьшается влагопоглощение и, соответственно, набухание. Но при этом возрастает хрупкость и ухудшается технологичность капролона. С увеличением аморфной фазы растёт ударная вязкость, увеличивается влагопоглощение и, соответственно, набухание. Однако последнее свойство капролона позволяет создать самокомпенсирующий подшипник с помощью зависимостей, аналогичных приведенным в табл. 4, которые можно выявить из баз данных, табл. 2, с учётом зависимостей износов и набухания от времени, подобных изображенному на рис.3 для одного из типов судов.

Микроструктура капролона может изменяться в процессе эксплу атации. Аморфизация капролона может происходить в результате действия нормальных сжимающих нагрузок и повышения температуры, а кристаллизация -под влиянием тангенциальных сил трения и понижения температуры. Для практических целей важна оценка аморфно-кристаллического состояния капролона, которое влияет на результаты эксплуатации, увеличивая или сни-

жая сопротивление КДП воздействию внешних факторов. Поэтому была разработана методика оценки кристалличности структуры и исследованы образцы капролона, в том числе побывавшего в эксплуатации и после под-плавления. Методика основана на построении вспомогательных линий фона и аморфного гало на рентгеновской дифрактограмме и оценке интенсивно-стей рефлексов от кристаллов (рис. 9).

Методика обработки дифрактограммы капролонового образца

аЬ - линия фона, сс!е - кривая интенсивности аморфного гало, ММ - интенсивность/, интерференционного максимума, мм, К1. - интенсивность /2 аморфного гало, мм.

Рис. 10.

Капролон, представляющий собой своеобразную микроконструкцию из кристаллических и аморфных областей, имеет на дифрактограммах отражения не только от кристаллов, но и гало от аморфных областей. Интенсивность кристаллических рефлексов пропорциональна количеству кристаллитов, а интенсивность аморфного гало зависит от общего количества аморфной составляющей. Сравнивая интенсивность рефлексов и гало, можно судить о степени кристалличности образцов. Степень кристалличности Ск определяется по выражению:

С =—^--100 ,%,

к 1х+12

где - интенсивность интерфереционного максимума, дифрагированного кристаллом, /2 - интенсивность аморфного гало.

Для исследований микроструктуры капролона рентгенографированием были отобраны пробы капролона как в состоянии поставки, так и после эксплуатации, в том числе и закончившейся аварией с подплавлением подшипника. На основании результатов исследований, представленных в табл. 5, можно сделать следующие выводы:

1. Степень кристалличности капролона, успешно эксплуатировавшегося в течении ряда лет в дейдвудных подшипниках судов, различна для разных слоев втулки и составляет для нерабочей стороны образца от 62 до 70% и для поверхности трения (рабочей стороны) от 75 до 79%. Таким образом, при нормальной эксплуатации поверхностные слои капролона кристаллизуются, способствуя увеличению износостойкости втулки.

Таблица 5.

Показатели кристалличности капролона в зависимости от состояния и видов эксплуатации_

Группа Число Исследуемая Средняя Среднеквадр.

образцов образцов поверхность кристаллич- отклонение

в rpvnne образцов ность. % кристалличности, %

В состоянии 3 а 70,0 3,4

поставки б 72,7 1,7

в 71,7 2,2

Итого по группе: 71,44 2.3

После нормальной 4 рабочая 75,25 2,4

эксплуатации (1786 нерабочая 71,0 6Д

суток, 14700 ходовых боковая 72.5 5.1

часов) Итого по группе: 73,0 4,85

После эксплуатации 3 нерабочая 57,0 4,68

с подплавлением (718 боковая 57,3 7,73

суток, 1800 ход. часов) Итого по группе: 57,17 6,11

2. Методика определения степени кристалличности с применением рентгеновского дифракгометра, разработанная для капролоновых образцов, вырезанных из втулок, эксплуатировавшихся в различных условиях, позволяет достоверно установить, что в капролоновых дейдвудных подшипниках судов ФРП поверхность трения втулки имеет повышенное содержание кристаллической составляющей. Следовательно, в той части капролона, которая при эксплуатации сопрягается с другими вращающимися деталями, имеют место процессы, увеличивающие долю кристаллической составляющей. В результате втулка, однородная по микроструктуре в состоянии поставки, становится неоднородной в процессе ее эксплуатации.

3. Подобран режим съемки дифрактограмм с капролоновых образцов. На дифрактограммах можно выделить четко различающиеся области для сопоставления отражения как от кристаллической составляющей капролона, так и от аморфных гало.

4. Благодоря быстродействию дифракгометра разработанную методику определения степени кристалличности капролона можно применять как средство оперативного контроля.

Исследование механических характеристик капролона, эксплуатировавшегося в дейдвудных устройствах судов (табл. 6) позволило установить следующее:

1. Обработка результатов определения коэффициента к, устанавливающего зависимость между твердостью и напряжением материала в упругой области показала, что наименьшее значение его соответсвует капролону в состоянии поставки, а по мере увеличения срока экспулатации втулки этот коэффициент возрастает, достигая наибольшего значения у подплавленных втулок.

2. Учитывая простоту методики (экпериментальная зависимость между НВ и сг имеет вид: с = к ■ НВ\ и отсутствие повреждения цзделия в процессе измерений, можно рекомендовать метод тВ^рДости для оперативного контроля модуля нормальной упругости и временного сопротивления при растяжении на поверхностных слоях капролоновых дейдвудных втулок в период их эксплуатации.

' •' Таблица 6.

Результаты эксперимента по контролю механических характеристик капролона а, МПа и НВ методом твердости

Группа Средние величины Среднеквадр. отклонения

образцов НВ к НВ к

В состоянии поставки 76,4 213 0,36 2,99 14,56 0,025

После нормальной 81,9 221 0,37 5,55 16,18 0,031

эксплуатации

После эксплуатации, 63,8 114 0,56 2,69 5,83 0,031

закончившейся подплавлением

Лабораторные опыты по повышению износостойкости капролона за счет его термообработки с последующими износовыми испытаниями образцов показали следующее:

1. Термообработка капролона в масляной ванне по режимам, рекомендованным в литературе, не повышает его износостойкости. В нескольких случаях зафиксировано даже ухудшение антифрикционных свойств термообработанно-го капролона.

2. Поверхностную пропитку капролона маслом рекомендовать нельзя, так как, во-первых, она требует долгого времени (три недели и более), которых нет у судоремонтников между расточкой дейдвудных втулок в окончательный размер и монтажом их на судах, во-вторых, пропитка втулок заранее, т. е. в состоянии заготовки на предприятии-изготовителе капролона нецелесообразна потому, что глубина пропитки невелика, а обычно снимаемый слой стружки достигает десятков миллиметров; следовательно, наиболее насыщенный маслом слой будет удален при окончательной обработке втулки в заданный размер на судоремонтном заводе.

3. Скорость изнашивания каиролона, изготовленного на различных предприятиях, поизводящих капролон для нужд ФРП, значительных различий не имеет. Сравнительные испытания износостойкости пар образцов все же показали, что высшей износостойкостью обладает капролон производства Одесского экспериментального завода Черноморского проектно-конструкгорского бюро.

Ранее исследовались изменения внутреннего диаметра капролоновых втулок от натяга в дейдвудную трубу при двух состояниях материала - полностью сухом и полностью набухшем. Однако за срок службы КДП на судах флота рыбной промышленности набухание каиролона с максимальным насыщением на всю толщину'*практически невозможно."С другой стор6ны, по расчетам предшествующих авторов, заложенным в отраслевой стандарт по КДП, заклинивания валов набухшим подшипниками не должно быть, но на практике такие явления имели место с последующими авариями ДУ

В 4 главе предложены схемы расчета деформаций внутренней поверхности КДП для моделей,;-учитывающих"'изменение механических, характеристик каиролона' из-за набухания в прилегающем -к внутренней цилиндрической поверхности втулки тонком слое. Капролоновая втулка рассматривается как двухслойная труба (рис. 10); при этом модуль упругости набухшего внутреннего слоя каиролона (внутренней трубы) Ех со временем уменьшается. Модуль

Дейдвудная втулка как двухслойная составная труба из сухого и набухшего слоев капролона

Сух! кап

рь - равномерное наружное давление от натяга; р, - давление на контакте сухого и набухшего слоев капролона, Е - модуль упругости сухого капролона, Е1 - модуль упругости набухшего капролона.

Рис. 10.

упругости наружного сухого слоя остается постоянным, равным модулю упругости капролона Е в состоянии поставки. С течением времени граница между слоями капролона с различными модулями упругости, находящаяся на радиусе гу перемещается от внутренней поверхности радиуса г0 в начальный период набухания и до наружной поверхности радиуса гг после набухания капролона на полную толщину.

Смещение внутренней поверхности К ДП к центру под действием равномерно распределенной нагрузки р..

' 4х\х1ргг?

р ~ Т?1 ' 1

х2 +

Г1 1

Е{хх -1

смещение внутренней поверхности КДП под действием натяга А:

-1

И А =

х^ЕЬ-

х\-\

О о

2ч

+ £

х\-1

где х=г1!г0, х2=г2/г0, р2 =рь, 8 —Е /Ех, ц - коэффициент Пуассона материала втулки.

Исследование процесса уменьшения зазора в подшипнике при смещении границы между сухим и набухшим слоями капролона от внутренней до наружной поверхности втулки показало,что наибольшие деформации внутренней поверхности КДП к центру наблюдаются при положении границы между набухшим и сухим капролоном, не достигающем половины толщины втулки, то есть вскоре после спуска судна на- воду - в начальный период набухания капролонового подшипника. Доказано, что основным фактором, вызывающим дополнительные смещения внутренней поверхности КДП и приводящим к заклиниванию гребных валов втулками, является объемное расширение капролона, вызванное набуханием; натяг же его в дейдвудную трубу имеет второстепенное значение.

Расчётные формулы приращения толщнньг втулок, вызываемых натягом и набуханием капролона, были использованы для нахождения безопасных величин зазоров капролоновых дейдвудных подшипников.

По заказу бассейновых рыбопромышленных объединений "Каспрыба" и "За-прыба" на основании теоретических и экспериментальных исследований процессов набухания капролона с учетом статистики изнашивания капролоновых дейдвудных подшипников в различных бассейнах страны были разработаны Временные нормы зазоров капролоновых дейдвудных подшипников судов типов СРТМ пр. 502ЭМ, СТР пр. 503, ЖМЗ пр. 1375, РДОС пр. 1361, "Каспий", МРТР пр. 1282 и мотобота "Скиф" пр. 00761. Эти нормы, содержащие увели-

ченные по сравнению с ОСТ зазоры для КДП диаметром до 330 мм, были согласованы с Регистром СССР и головными организациями по калролоновым дейдвудным подшипникам Минсудпрома и Минрыбхоза СССР. Практическое применение этих норм на Каспийском бассейне позволило ликвидировать аварии дейдвудных устройств судов указанных типов в виде подплавлений дейд-вудных подшипников.

В 5 главе на основании анализа методов диагностирования дейдвудных подшипников и существующего оборудования выполнено обоснование системы диагностирования встроенного типа; непрерывного действия, основанной на ис-* • * пользовании'электрокбнтйкгных датчиков дискретного тина (рис: 11), устанавливаемых в зонах максимальных износов носового и кормового дейдвудных подшипников. Рассмотрение проблем методологии диагностирования КДП позволило определить задачи организации системы диагностирования, после чего

- ' . Устройство датчика износов КДП. ' по АС СССР № 1138697, 1307115 и 1652885

Контакты

Рис. 11.

были сформулированы требования к системе диагностирования КДП. Рассмотрен алгоритм, реализация которого позволила определить требования к безотказности, ремонтопригодности и контролепригодности приборов контроля износов КДП.

Предложенная диагностическая модель КДП (рис. 12) позволяет учесть три группы его параметров: установленных при его проектировании 1пр - натяг, зазор, длина подшипника (их количество ограничено); параметры, приобретенные КДП при его изготовлении 1тг (действительные геометрические размеры, физические, химические свойства материала антифрикционного вкладыша и т. д., их достаточно много) и параметры, отражающие изменения КДП в процессе эксплуатации 1ЭКСПЛ (набухание антифрикционного вкладыша, изнашивание, деформирование и т. д., их также достаточно много).

Диагностическая модель капролонового дейдвудного подшипника

Рис. 12.

Анализ опыта эксплуатации первой партии электроконтактных датчиков, установленных с приборами "Дейдвуд-1" и "Дейдвуд-2" на судах типа БМРТ и "Атлантик" Калининградской базы тралового флота (табл. 7) выявил, что пове-

Таблица 7.

Установка приборов типа "Дейдвуд" на судах

Номер, Тип Дата Название и тип судна, Порт приписки, Когда

присвоенный при- уста- на котором судовладелец установлен

прибору бора новки выполнена установка или завод-строитель прибор

6 Д-1 янв.83 "Иван Дворский", Калининград, При

БМРТ пр. 394 база тралфлота ремонте

7 • Д-1 фев.83 "Малахит", Калининград, При

БМРТ пр. 394 база тралфлота ремонте

8 Д-2 апр.84 "Петр Лизюков", Калининград, При

РТМ типа "Атлантик" база тралфлота ремонте

9 Д-2 янв.87 "Юрий Малахов", Калининград, При

РТМ типа "Атлантик" база тралфлота ремонте

10 Д-2 мар.85 "Тезей", Калининград, При

РТМ типа "Атлантик" база тралфлота ремонте

005 Д-4 1991 "Высоковск", Мурманск, При

БМРТ пр. 394АМ упр. тралфлота ремонте

007 Д-4 1994 СРТМ пр. 05025 Завод-строитель При

головной г. Киев постройке

010 Д-4 1995 СРТМ пр. 05025 Завод-строитель При

головной, стр. № 801 г. Хабаровск постройке

014 Д-4 1995 СРТМ пр. 05025 Завод-строитель При

стр. № 802 г. Хабаровск постройке

012 Д-4 1995 СРТМ пр. 05025 Завод-строитель При

стр. № 803 г. Хабаровск постройке

дение электрических датчиков со ступенчатым расположением контактов описывается марковскими случайными процессами, то есть процессами с дискретным временем или цепями Маркова. Анализ этих процессов позволил выразить вероятность скачкообразного перехода датчика и всей системы диагностирования из состояния в состояние при срабатывании очередного контакта датчика.

Эти проработки позволили выполнить конструирование датчиков и приборов семейства "Дейдвуд" от первой и до шестой модификаций (табл. 8). Научно-исследовательские и часть опытно-конструкторских работ, в частности, все ОКР по приборам "Дрйдвуд-Г*, " Дейдву.д-3" и "Дейдвуд-6" были выполнены в Отраслевой'лаборатории судовых' валопроводов Министерства рыбного хозяйства СССР под руководством автора. Опытно-конструкторские разработки приборов "Дейдвуд-2" и "Дейдвуд-4'; по поручению Министерства выполнил Калининградский филиал Центрального конструкторского бюро объединения "За-прыбд"; он же разработал конструкторскую, документацию ддя.установок этих, приборов на судах, пр. -3'94, 394А, типов "Тибий'.' и "Атлантик". Аналогичную документацию для установки приборов на судах пр.394АМ разработало ЦКБ Минрыбхоза в г, Мурманске, а на судах проектов 502ЭМ и "Моряна" - ЦКБ Минрыбхоза в г. Астрахани.

Таблица 8.

Характеристики приборов контроля износов дейдвудных подшипников_

Характеристика Дейдвуд-1 Дейдруд-2 Дейдвуд-4 Дейдвуд-6

Год разработки 1982 1984 1987 1992

Количество датчиков (количество точек,

контролируемых в подшипниках), шт. 3-5 до 5 3 3

Принцип контроля износов ручной ручной автомати автомати-

ческии ческий

Контроль целостности кабельных линий нет нет есть есть

Стоимость (в ценах 1990 года), руб. не определялась 1400 6000 4000

На основании опыта успешной эксплуатации приборов "Дейдвуд" Минрыб-хоз СССР совместно с проектантом новой серии рыбодобывающих судов пр. 05025 - Киевским ЦКБ "Шхуна" принял решение об установке их на новостроя-щихся судах этой серии. С 1994 года эти приборы устанавливаются на судах пр. 05025, строящихся в г.г. Киеве и Хабаровске.

В заключении подведены результаты выполненных теоретических, экспериментальных исследований и внедрения разработок на судах флота рыбной промышленности.

Основные положения диссертации освещены в следующих публикациях :

1. Анализ трендов зазоров капролоновых дейдвудных подшипников рыболов-

ных траулеров //Сб. трудов /Астраханский технический институт рыбной промышленности и хозяйства.- 1996,-С. 156-163.

2. Исследование действия натяга капролона в дейдвудную втулку и набухания

на модели двухслойной трубы //Вестник Астрах, гос. технич. ун-та.- М.: 1996, № 2,- С. 265-270.

3. Приборы типа "Дейдвуд" для контроля износов капролоновых дейдвудных

лодшипников в рейсе судна. В сб. тезисов докладов Всесоюзной научно-технической конференцшг"Проблемы повышения надежности судовых валопроводов", Л.: 1988,-С. 136-137,

4. Прибор контроля износов капролоновых дейдвудных подшипников "Дейд-

вуд-4",-Астрахань, 1988,- 8 с. (Проспект 5-й международной выставки "Ин-. рыбпрОМ-90"). _

5. Принципы построения -приборов.контроля и.диагностирования дейдвудных/

подшипников//Сб. трудов "Краткие результаты деятельности института" / Астраханский технический институт рыбной промышленности и хозяйства,-Астрахань, 1990,- С. 110-111.

6. Непрерывный контроль износа капролоновых дейдвудных подшипников. /В

соавторстве с Зверевым B.C., Гудковым В. А,- Судоремонт флота рыбной промышленности,- 1986,- № 61,- С. 27-28.

7. Причины интенсивного износа капролоновых дейдвудных подшипников /В

соавторстве с Лавриновым А.Б., Федоровым И.П.- Рыбное хозяйство.-1982,-№ 1.-С. 39-41.

8. Проблемы эксплуатации и ремонта валопроводов и дейдвудных подшипни-

ков судов флота рыбной промышленности //Проблемы повышения надежности судовых валопроводов: Тез. докл. Всесоюз. н-техн. конф./ НТО Суд-пром,- JL- 1988,- С. 125-127.

9. Проблемы эксплуатации и ремонта дейдвудных подшипников //Судоремонт

флота рыбной промышленности,- 1989,- № 71,- С. 72-73.

10. Методика обработки баз данных наблюдений за износами капролоновых

дейдвудных подшипников //В соавторстве с Абдуллой аль-Мамуном. Вестник Астрах. гос. технич. ун-та,- М.: 1994, № 1.-С. 268-272.

11. Результаты экспериментального исследования трения бронзового вала по

капролоновой втулке //В соавторстве с Вольпертом А.Х. Сб. трудов "Судостроение и судоремонт", Астраханский технический институт рыбной промышленности и хозяйства, Астрахань, 1990,- С. 5-7.

12. Диагностирование дейдвудных подшипников судов //В соавторстве с Гинз-

бургом А.С. Тез. докл. VI межвузовского совещания-семинара "Методы и средства технической диагностики",- Харьков, ХАИ, 1987,- С. 62-63.

13. К вопросу' создания единой концепции центровки судовых валопроводов /В

соавторстве с Вольпертом А.Х., Соколовым В.Н.- Краткие результаты научной деятельности института / Астрах, техн. ин-т рыбной пром-сти и хоз-ва,- 1990,-С. 113-115.

14. Требования к валопроводам для их технологичности при ценгровке//В соав-

торстве с Вольпертом А.Х. Проблемы повышения надежности судовых валопроводов: Тез. докл. Всесоюз. н-техн. конф.- JL: 1988,- С. 139-140.

15. Алгоритм обработки нерегуляризованных временных рядов наблюдений за

износами капролоновых дейдвудных подшипников //Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре: Тез. докл. региональной научно-практической конф./ Астрахань, 1994,- С. 82.

16. Опыт внедрения системы контроля износа дейдвудных подшипников //В

соавторстве с Камаловым И.Р. Судостроение.- 1988,- № 7.- С. 23.

17. Нормы износа и межремонтных периодов валопроводов и дейдвудных уст-

ройств РДОС пр. 12911 и СРТМ пр. 502ЭМ //В соавторстве с Никешиным К.Н. Судоремонт флота рыбной промышленности,- 1989,- № 70,- С. 7-9.

18. Методика расчетов зазоров и натягов в дейдвудных подшипниках.- Астра-

хань, 1986,- 4 с. (Инфор.м. листок о НТД. /В соаторстве с Турпищевой М.С., Камаловым И.Р.- Астрах. ЦНТИ,- № 222-86).

19. Результаты экспертизы валопровода судна типа СРТМ пр. 502ЭМ //В соав-

торстве с Вольпертом А.Х./ Тез. докл. 39-й научно-техн.конф.- Астрах, гос. техн. ун-т,- 1995,- С. 98-100.

20. Прибор контроля "Дейдвуд-2",- Астрахань, 1985,- 4 с. (Информационный

листок о НТД/В соавторстве с Камаловым ИР,- Астрах. ЦНТИ. № 85-9).- 4 с.

21. Прибор контроля "Дейдвуд-4",- Астрахань, 1989.- 4 с. (Информационный лис-

ток о НТД/В соавторстве с Никешиным К.Н.- Астрах. ЦНТИ. № 89-17).- 4 с.

22. Результаты сравнительных испытаний износостойкости капролона различ-

ных производств //В соавторстве с Приходько B.C., Потепаловой Е.М.-Судоремонт флота рыбной промышленности,- 1986,- № 60,- С. 23-24.

23. Разработа методов и средств технического диагностирования дейдвудных

подшипников. //Отчет по теме 549-84,- ВНТИЦентр, Руководитель Лубен-ко В.Н.- Гос. per. № 01830028050,- Астрахань, 1984,- 97 е.: илл.

24. Разработа методов, средств и рекомендаций по совершенствованию техни-

ческой эксплуатации и диагностированию валопроводов и дейдвудных устройств. //Отчет то теме 549-85 за 1985 г. Руководитель Лубенко В.Н.- Гос. per. № 01830028050,- 117 е.: илл.

25. Система непрерывного контроля износов дейдвудных подшипников типа

"Дейдвуд-3",- Астрахань, 1988, 4 с. (Проспект Выставки достижений народного хозяйства СССР/ Лубенко В.Н.).

26. Прогнозирование зазоров капролоновых дейдвудных подшипников группы

однотипных судов //В соавторстве с Абдуллой аль-Мамуном.- Тез. докл. региональной научно-практической конф., поев. 300-летию флота России/

Астрахань. 19%.- С. 12.

27. Метод контроля механических характеристик капролоновых дейдвудных вту -

лок /Б ссоиюрстве с Турпищевой М.С., Камаловым И.Р.- Судоремонт флота рыбной промышленности,- 1986.- № 66,- С. 25-26.

28. A .C. 1138697 СССР, МКИ GOln 3/56. Датчик износа. /Лубеню В.Н., Лаврн-

нов А.Б., Причодько B.C., Зверев B.C. (СССР)-3516456/28, заявл. ?5.П 8А опубл. 07.02.85. Бюл..№ 5,- 2 с.

29. A.C. 1307115 СССР, МКИ Fl 6с 17/24. Устройство контроля износа подшип-

ников. /Лубенко В.Н., Зверев B.C., Прихода® B.C. (СССР) - 40002682/27, заявл. 27.12.85, опубл. 30.04.87, бгол. № 16,- 3 с.

30. A.C. ¡652885 СССР,МКИ GOln 3/56. Датчик износа. /Лубенко В Н . Зперсв

B.C., Приходько B.C. (СССР).- № 4704468/28. заявл. 14 0'>.89. опубл. 30.05.91 Бют К\ 20,- 3 с.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

БМР I бо ,;,шой морозильный рыболовный траулер

ВРПО 15сгсоюзш>е рыбопрелп нпленное объединение

ЛИ ;;'.-|'|двудш.|р подшипник

ДУ д-ейдвудн V устройсшо

КДП /<.аг р ллоновый дейдвудный лодшишшк

ПС'1 |к "\>лию-свежьевой траулер

РДОС рь.оодобыкающес и обрабаппит-лиес судно

СРТМ средний рыбоЛГ>1»'Г|.1Й ЛЛ-^ -.'.^ММ! 1ЫЦИК

СТГ сейнср-траулер рефрижер^ .-орьий '

СУБД система упраапения базой дшпшх

ГСП" / упцелошн'й о.'йиер-траулер

ФР1! флот рыбной промышленности

ЦИК1Б ¡ингралыюе сроектно-шиструк»омское и тсхнолошческос

агту тир. аоо

Зак. 312 от 23.09 96