автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Регулирование колебаний валопроводов судовых дизельных установок

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

9 од

РОДИН Петр Тихонович

РЕГУЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ВАЛОПРОВОДОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.08.05 Судовые энергетические установки и юс элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации, на соискание ученой степени доктора технических наук

Одесса - 1993

Днссертаига является рукописью

Работа выполнена в Одесской государственно!: морской академии О^шпальннэ оппоненты:

1. Доктор технических наук, профессор Харга Влациглтр Митрсфанордч

2. Доктор технических наук, профессор Дащенко Александр Федорович

3. Доктор технических наук, профессор Работягов Дмитрий Дмитриевич Ведущая организация:

Украинское Дунайское пароходство, г.Измаил

Затпта состоится "-¿'-¿/^^Х 1994 г. на заседания специализированного совета Д 0G0.53.01 по защите диссертаций на соискание угеноП степени доктора технических наук в Одесской государственной морсксЛ академии по адресу: 270029, Одесса, ул. Дкдрихсона, 8

С диссертацияП г/отаю ознакомиться в библиотеке академтк

Автореферат разослан " ^ ? 1993 г.

.Подписано к печати 18.II. 1993 г. Объём 1,43 печ.л. Формат бОх&г'-Дб. Заказ 1325. Тираж 100__

Участок множительной аппаратуры 0ГИЛ. Одесса, Пастера, 16

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ ИССЛЕДОВАНИЯ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.. Дизельные энергетические установи на судах морского, речного и рыбопромыслового флота в настоящее вреш являются доминирующими и это положение сохранится в перспективе еще не одно десятилетие. Поэтому проблема улучшения экономичности, снижения металлоемкости и повышения надежности дизельных установок тлеет общегосударственное значение

Современные тенденции увеличения удельной цилиндровой мощности судовых дизельных установок и усложнение их конструктивного исполнения неизбежно влекут за собой возрастающее влияние динамических нагрузок на все основные детали. Возрастание же динамических нагрузок приводят к повреждениям деталей и снижению надежности, причем в последние годы повреждения дизельных установок настолько участились, что проблема повышения надежности' напряженных деталей и узлов признана одной из важнейших в судовом машиностроении.

Наиболее напряженным элементом судовой дизельной установки является валопровод, на котором концентрируется вся энергия двигателя при движении судна. Поэтому технический уровень и надежность современных форсированных двигателей во многом завися»? пре-зде всего от решения задач, вытекающих из динамики валопровода как совокупности взаимодействующих и взаимовлиявдих элементов системы двигагель-валопровод- гребкой-винт или генератор.

Вращающиеся вместе с водопроводом массы кривошипно-шатунного механизма кавдого цилиндра двигателя, маховика, гребного винта ( генератора ) образуют упругую систему, элементы которой в самом общем случае могут совершать крутильные, продольные и изгибные колебания. Несмотря на определенные достижения в теории и практике исследований колебательных процессов в валопроводах судовых дизельных установок, актуальность проблемы уменьшения уровня колебаний не снижается в связи с непрекращающимися виброповреждениями элементов и узлов валопроводов.

За последние годы судовладельцы морских, речных и рыбопромысловых судов для устранения виброповрекдений элементов валопроводов, связанные с ремонтом и заменой демпферов крутильных колебаний, редукторов и двигателей, потеряли 18 млн. рублей, из которых одну треть составляют инвалютные затраты.

Интенсивность и уровень колебаний зависят не только от совершенства конструкции системы водопровода, но и от качества обслуживания дизельной установки. Однако вопрос регулирования колебаний валопроводов в эксплуатации, как один из эффективнейших путей обеспечения надежности судовых дизельных установок, пота еще не попал в поле зрения научно-исследовательских и проектно-конструк-торских организаций.

Для регулирования колебаний валопроводов необходимо иметь эталонные значения параметров, которые можно определить теоретическими методами или при испытаниях установок. Возможные отклонения параметров от "идеала" можно получить только из теоретических исследований. •

Потребности практики требуют повышения точности расчетов колебательных процессов и они могут бить выполнены*только при условии разработки новых способов построения расчетных схем и матема- ■ тических моделей о ориентацией на современные ЭВМ. Становятся все более актуальными проблемы оперативного решения задач вибрацион- ■ ного анализа, оценки надежности при различных ситуациях и "вибрационной диагностики технического состояния судовых дизельных установок.

Наличие машинных программ у современных ЭШ для матричных методов расчета,.совершенствуемых в направлении более полной автоматизации процессов вычислений; вклйчая подготовку исходной информации , и удобную для использования форму представления результатов делают эти методы перспективными в расчетах' судовых конструкций.

Перспективными методами расчета судовых конструкций являются матричные формы метода начальных параметров и метода конечных элементов. Для расчетов колебаний системы валопровода судовых дизельных установок, состоящих из элементов, связь между которыми дискретна по своей физической сущности и "с ограниченный числом степеней свободы, более предпочтительным является матричная форма метода начальных параметров по сравнению с методом конечных элементов. Различные модификации матричных методов расчета' колебаний ' упругих механических систем ( Богомолов, Гантмахер,.Доццошансклй, Дж. Райе, Куравлева, Ножешник, Клоттер, Цурмуль и др.) не учитывают специфики валопроводов судовых дизельных установок и условий их эксплуатации и поэтому для реализации этих методов на современных ЭШ требуется их дальнейшее развитие как теоретической • базы регулирования колебаний судовых валопроводов.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ регулирования колебаний ва-лопроводов на базе общее аналитических методов в матричной форме для обеспечения наде;шой и элективной эксплуатации судовых дизельных установок.

Исследования предусматривали следующие задачи:

1. Выбор.метода начальных параметров в матричной форме и его обоснование, который был бы общим для крутильных и продольных колебаний при расчетах многомассових систем галопроводов на всех этапах исследований с применением современных ЭВМ и их программного обеспечения;

2. Анализ оптимальных параметров наиболее распространенных на морских и речных судах гасителей колебаний валопроводов дизельных установок с учетом возможностей их расчета матричными методами и регулирования в эксплуатации;

3. Развитие теории колебаний в матричной форме метода начальных параметров для дискретных многомассовых систем при наличии сил трения в элементах валопроводов и гасителей колебаний с регулируемыми параметрами, для анализа колебаний, их прогнозирования и выбора режимов работы двигателей;

4. Разработка научных основ эксплуатации гасителей колебаний для конструктивных решений, рекомендаций, инструкций и технологий для судовых экипажей, .инженерно-технических работников служб технической эксплуатации Зигота пароходств, судоремонтных заводов и Регистра СССР. ~

МЕТОДИКА. ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИИ включает в себя разработку теоретических вопросов, создание промышленных образцов гасителей колебаний и экспериментальные подтверждения справедливости выдвинутых научных положений.

При разработке теоретических вопросов использовались научные толокения теории колебаний, линейной алгебры, теории матриц, теории автоматического управления, теории гидродинамической смазки, законы механики и термодинамики.

При численном моделировании процессов колебаний судовых ва-юпроводов выполнялись требования руководящих технических документов, ГОСТов и классификационных обществ. Численные эксперименты юуществлялись с применением ЭШ различных поколений и версий ал-1оритг.шческих языков.

Для экспериментальных исследований применялись встроенные ¡истеыы и переносные средства диагностирования и неразрущающего

контроля, достоверность показа;;;:;! которых проверялась сравкитель ныш испытаниями, их длительностью я фактическим состоянием элементов валопроводов при их осмотрах и обмерах.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИИ. Научная новизна работы заклю чается в том, что в диссертации впервые:

сформулировано и обосновано новое научное направление - регулирование колебаний валопроводов судовых .дизельных установок;

разработаны теоретические основы регулирования колебаний ва лопроводов судовых дизельных установок;

получены математические модели и расчетные схемы дискретных систем для исследования крутильных и продольных колебаний валопроводов методом начальных параметров в форме передаточных матриц разработаны,научные основы эксплуатации и проектирования га сителей колебаний валопроводов методом начальных параметров в йо рме передаточных матриц;

составлен универсальный каталог передаточных матриц и векто ров- состояния для отдельных элементов системы водопровода при исследованиях крутильных и продольных колебаний на различных эта пах теоретических расчетов;

получены обобщенные передаточные матрицы и векторы-состояния, охватывающие все частные случаи для числовых расчетов колебании валопроводов судовых дизельных установок;

созданы промышленные образца силиконовых демпферов и осуществлена конверсия масляных демпферов крутильных колебаний в уело виях судоремонтного производства и разработаны технология обслуживания и ремонта для наиболее распространенных на флоте типов демпферов крутильных колебаний.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов работы. Материалы исследо ваний по диссертации внедрены в учебный процесс Одесского высшего инженерного морского училища. Основные теоретические разделы диссертации используются при чтении лекций, при выполнении отде льиых разделов дипломных проектов и проведении лабораторного пра ктикума ло курсу "Судовые Двигатели внутреннего сгорания и их эк сплуатация". Материалы экспериментальных исследований по эксплуа' тации валопроводов судовых дизельных установок применяются при чтении лекции в системе повышения квалификации командного соста ва ШФ при ОВИМУ.

Результаты исследований использованы и внедрены в научно-ис , следовательских и проектных организациях, на дизелестроительных . заводах, в Правилах Регистра СССР, в ГОСТах и руководящих техни-

ческих материалах ШФ.

Технические решения выполненных, исследований включались в планы новой техники Черноморского морского и Советского Дунайского пароходств. Созданы и изготовлены в условиях судоремонтного производства новые ^конструкции силиконовых демпферов крутильных колебаний для главных двигателей на 2-х сериях судов и осуществлена конверсия масляных демпферов крутильных колебаний для главных двигателей на одной серии судов. При строительстве новых судов материалы исследований использованы для главных двигателей на'3-х сериях судов.Рекомендации по режимам работы двигателей и технологии по обслуживанию и ремонту демпферов крутильных колебаний валопроводов внедрены на 23-х сериях судов и на 7-ми судоремонтных и дизелестроительных заводах.

Выполненные исследования повысили надежность работы дизельных установок, позволили рационально использовать мощность главных двигателей, увеличить эксплуатационный период работы судов, сократить затраты на ремонт и валютные расходы на запчасти и материалы за счет использования возможностей отечественных заводов и научно-исследовательских организаций.

Экономический эффект от внедрения на судах пароходств технических решений, подтвержденный, актами внедрения, составил 1446 тыс. руб.

АПРОБАЦИЯ-РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и одобрены: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Одесского высшего инженерного морского училища имени Ленинского комсомола ( 1970 - 1989 гг.): па Республиканских-конференциях математиков в АН УССР ( Киев, 1964 - 1969 гг.); на научном семинаре по колебаниям в Высшем техническом училище имени Н.Э. Баумана ( Москва, 1973 г.); на кафедрах соответствующего профиля института инженеров водного транспорта ( Горький, 1978 г.) и высшего инженерного морского училища ( Новороссийск, 1983 г.); на Советах пароходств и заседаниях служб технической эксплуатации флота Советского Дунайского пароходства ( Измаил, 1986 г.), Черноморского морского пароходства ( Одесса, 1988 г.);на совещаниях в инспекциях Регистра СССР Черноморско-Азовского и Дунайского бассейнов ( Новороссийск, 1983 г.; Измаил, 1986 г.; Одесса, 1989 г.) и конференции судовладельцев "Южфлот" по технической эксплуатации флота и судоремонту ( Одесса, 1989 г.).

Технические решения законченных исследований представля-

лись на ВДНХ СССР в 1985 г. и на Всесоюзный конкурс студенческих работ по разделу "Водный транспорт" в 1987 г., где были отмечены наградами и поощрениями. -

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 7 книг, 22 статьи и 4 инструкции для механиков судов, инженерно-технических работников судоремонтных заводов и служб пароходств. Без соавторов опубликовано 15 работ. Выполнено 20 госбюджетных и 17 хоздоговорных работ по заказам научно-исследовательских, проектных и производственных организаций.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения {2М5 с. основного текста, в том числе 37 рис. и 10 табл.), списка использованной литературы 301 наименования ( в том числе 108 наименований иностранной литературы ) и приложений из III разделов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ. На защиту диссертации выносятся следующие основные положения, которые сформулированы и доказаны в работе.

I. Теоретические основы регулирования крутильных и продольных колебаний валопроводов"судовых дизельных'установок с использованием метода начальных параметров в форме передаточных матриц, ориентированный на применение современных ЭВМ и их программного обеспечения.

2* Научные основы эксплуатации гасителей колебаний валопро-водов для обеспечения надежной и эффективной работы судовых дизельных установок.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ выполнен анализ виброповреждений и методов расчета колебаний, сформулированы задачи регулирования колебаний валопроводов судовых дизельных установок.

Виброповреждения элементов валопроводов при больших уровнях колебаний происходят, как правило, через несколько лет с начала работы дизельной установки по мере развития усталостных разрушений. Вероятность усталостных разрушений при больших уровнях колебаний, в соответствии с гипотезой Шонли, наступает примерно при числе 7 + 8 млн. циклов колебаний, что практически возможно за предела™ гарантийных'сроков эксплуатации дизельных установок,

Правилами классификационных обществ регламентированы только крутильные колебания валопроводов дизельных установок и несмотря на их выполнении случаи, когда судовладельцам приходиться на действующих судах принимать специальные меры по борьбе с крутильными колебаниями валов, встречаются еще довольно часто, так как

\ '

на стадии конструкторских разработок водопроводов и при приемке головных судов не всегда правильно оцениваются параметры колебаний и условия эксплуатации.

Так на широко распространенных на флоте среднеоборотных двигателях 8НВД 48У (.8ЧР 32/48 ) и 8НВД 48АУ ( 8ЧШ 32/48 ) морских и речных судов с прямой передачей на гребной винт зафиксировано более 100 поломок и отказов коленчатых валов на судах сери'Я т/х, т/х "Алупка", "Дунайский", "Пионер Татарии", "Волгонефть" и др. Выход из строя коленчатых валов этих двигателей обусловлен в основном высоким .уровнем напряжений от крутильных колебашгй в резонансных зонах частот вращения, которые превышают допускаемые в 2-4 раза. Так как запретные зоны частот вращения закрывают ре-нлмы среднего хода судов, то эксплуатация двигателей без демпферов крутильных колебаний неизбежно ведет к тому, что коленчатые валы длительное время будут испытывать повышенные напряжения от крутильных колебаний.

На форсированных высокооборотных двигателях различных модификаций 8ВД 26/20АЛ ( 8ТШ 20/26 ) морских и речных судов происходит массовый выход из строя силиконовых демпферов крутильных колебаний. После 10 - 18 тнеяч часов работы двигателей происходит разрушение подшипника скольжения инерционной массы и разгерметизация корпусов демпферов, приводящая к повреждениям и полом-гам передач приводных механизмов, коленчатых валов, подшипников и редукторов. Более чем па 50 судах морского, речного и рыбопромыслового флота произошли виброповреждения главных и вспомогательных двигателей 8ВД 26/20АЛ ( 8ЧН 20/26 ) на судах серий т/х, т/х "Капитан Гаврилов", "Запорожье", "Астрахань", "Лтлантик 333" и др.,в результате которых время ремонта для устранения виброповреждений , вплоть до замены двигателей, по некоторым судам составляет большую часть календарного времени с момента их постройки .

Как показывает анализ виброповрездений валопроводов на судах отечественного флота и результаты исследований зарубежных специалистов, причинами виброповрежденкй могут быть не только [срутилыше колебания, но и продольные колебания. Ощугга.гае резо-ланси продольных колебаний валопроводов на рабочих ретаплах эксп-пуатацшг обнаружены на судах серий т/х, т/х "Новгород", "Красно-град", "Пионер Одессы" и др.

Приведенные примеры виброповрездешш элементов системы вало-троводоз, в анализе которых принимал участке автор работы, и ис-

.

следования зарубежных специалистов показывают, что существующие расчетные схемы, их математические модели и практические меры по ограничению уровня колебаний не гарантируют надежную и эффективную работу судовых дизельных установок.

Для расчетов крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок широко используются метод начальных параметров и метод динамических" жесткостей, которые известны так метод остатков Хольцера-Толле и так метод "цепных дробей" В.П. Терских, различным деталям применения которых посвящена обширная литература.

Основная формула метода Хольцера-Толле для дискретной цепной упругой системы, состоящей из П масс и п-1 участков между ними, имеет вид

N,=-0,0, и;2; аг = а,*е,М,-.

( I )

где 9к и ек - момент шерщш к-й массы и податливость к-го участка; и М, - амплитуды колебаний к-й массы и' момента сил упругости н-го участка; ¿0 - круговая частота колебаний; -остаточный момент.

Метод Хольцера-Толле основан на равенстве нулю суммы моментов сил упругости участков и моментов сет инерции масс системы при собственных колебаниях. Метод позволяет одновременно найти и частоту собственных колебаний сОс и форму колебаний при принятой амплитуде колебаний 1-й массы ( обычно а-£ = I ). Поиск искомой частоты собственных колебаний осуществляется путем ее пробных подстановок в формулу-( I ) до тех пор пота остаточный момент на участке ( не существующем ) за последней массой будет равен нулю Я-0 . Величина К характеризует меру неточности принятой величины и> для соответствующей формы колебаний. Функция частотного уравнения Я/при переходе от одной частоты к другой монотонна, не имеет разрывов и удобна дай.та-

чествошюго анализа колебании при составлении алгоритмов расчета на эл.:.

Метод В.П. Терских состоит в решении пробными подстановками частоты колебаний со в частотное уравнение в виде цепной дроби, получаемое из равенств ( I ). Основное частотное уравнение по методу В.П. Терских представляется в следуицем виде

• е.

П-1

е +

I

1

•б, и)4

■ Уравнение ( 2 ) содержит в левой части функцию стоикости системы ) , разрывной характер которой при переходе от одной частоты к другой осложняет составление алгоритмов расчета и применение ЗШ. Из уравнения ( 2 ) определяют только частоту собственных колебаний, а форму колебании находят из других соотношений. Метод В.П. Терских прнкешгот .для расчетов сложных колебательных систем.

С появлением ЭШ широкое-распространенно получили матричные Форш метода начальных параметров и метода динамических жесткос-теи различных модификации4и комбинаций в разнообразных отраслях техники. Одним из перспективных методов исследовании колебашпг упругих систем является метод конечных элементов, который подробно освящен в работах советских и зарубежных ученых ( Дшентберг, Зеикевич, Постнов, Шаталов, ХольцваИзиг и др.). Однако трудоемкость подготовки исходных величин и необходимость в разработке специальных- прэграш 'дай' дейстгуюищх 'ЭШ делают при:гонение этого метода пока что затруднительным и не во всех случаях оправданным. Для решения задач регулирования колебании судовых валопроподов с ограниченным числом степеней свободы в работе метод начальных параметров развит в форме передаточных матриц с ориентацией на применение современных ЭШ и их программного обеспечения.

Для поддержания допустимого уровня колебании водопроводов существуют различные методы. В инженерной практике устранение

опасных колебаний валопроводов достигается как путем смещения ре-зонансов за пределы рабочих частот вращения, так и путем уменьшения амплитуд колебаний за счет введения в систему двигатель - ва-лопровод - гребной винт дополнительных устройств. Если первое направление связано с введением изменений в характеристику собственно системы валопровода ( .подбор масс, жесткостей участков или более рациональное чередование возбуждающих сил и моментов в возбудителе колебаний ), то второе направление связано с установкой специальных устройств - гасителей колебаний, параметры которых обеспечивают уменьшение уровня колебаний системы валопровода.

Последний метод формирует динамическое воздействие, обеспечивающее изменение вибрационных характеристик валопровода в нужном направлении. Так, например, воздействие гасителя колебаний с вязко-упругой связью между инерционной массой гасителя и системой происходит с силой

РЦ) = Р,Ц) -?г)>, ( 3 )

где Р,(-1) 11 -динамические воздействия сил упругости

и сил трения на систему,валопровода; ¿/=-(с + &р) - линейный оператор, связывающий силу с перемещением; и 2г - перемещения дискретных масс; с - жесткость упругой связи; 6 - коэффициент демпфирования; Р - оператор дифференцирования.

Б этом плане проблема снижения уровня колебаний^может рассматриваться как задача управления колебаниями систем валопровода, а динамические воздействия, вызывающие соответствующие изменения параметров - как "управления". Такая интерпретация воздействий удобна для постановки задач регулирования колебаний системы валопровода. Под регулированием колебаний валопроводов -понимается комплекс мер по поддержанию в установленных пределах-уровня колебаний при заданных режимах и условиях эксплуатации, обеспечивающих надежную и эффективную работу дизельной установи!.

При проектировании, эксплуатации и ремонтах возможно-регулирование колебаний системы валопровода при решении следующих групп задач:

для свободных колебаний ( изменение частот, относительных амплитуд, относительных деформаций и масштабов напряжений );

для вынужденных нерезонансных колебаний ( изменение амплитуд, деформаций и напряжений );

для резонансных колебаний ( изменение амплитуд, деформаций.

напряжений, запретных зон, степени неравномерности вращения и динамических раскепов );

для особых режимов работы ( изменение мощности, частот зра-щеиия, элементов валопровода, пусковых: режимов );

при оборудовании двигателей гасителями колебаний ( установка демпферов, антивибраторов и муфт ).

При решении практически задач на действующих судах по ограничению уровня колебаний валопроводов выявлена необходимость их регулирования в процессе эксплуатации при минимальных затратах времени я средств. Так как регулирование колебаний валопроводов по нашло отражения в научно-технической литературе, то потребовалась разработка новых расчетных схем и математических моделей, реализуемых на современных ЗШ, и проверка их адекватности при внедрении на судах рекомендаций и конструктивных решений.

Для устранения различий при изложении общих теоретических положений для крутильных и продольных колебаний валопроводов все именованные параметры представлены в работе безразмерными величинами с использованием обозначений, принятых в методе "цепных дробей" В.П. Терских.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ получены математические модели и расчетные зхемы цепных и разветвленных дискретных систем валопроводов методом начальных параметров в форме передаточных матриц при свободах крутильных и продольных колебаниях.

При выводе уравнений рассмотрена расчетная схема Еалопрово-1а, состоящая из п дискретных масс и п-1 безинергных участков ле:кду ними. Для перехода к матричным соотношениям расчетная схе-й валопровода расчленена на отдельные элементы граничными сече-шями, расположенными непосредственно в начале и в конце каждого ¡лемепта.

3 граничных сечениях принято, что амплитуда колебаний к-й ассы слева от нее а* равна ее амплитуде колебаний справа а". , . амплитуда сил упругости к-го участка в граничном сечении справа от к-й массы равна ее амплитуде в граничном сечении сле-¡а от к + 1-й массы .

Верхние индексы у амплитуд колебашй дискретных масс и амплитуд сил упругости в граничных сечениях означают "н" - слева т дискретной массы, "к" - справа от нее.

Для участка рассматриваемой цепной дискротной упругой систе-ы сначала с помощью уравнений Лагранжа составлены дифференциально уравнения движения, а затем из них получены математические

модели метода начальных параметров в огорме передаточных матриц

х: =

х =

а*

"■и.

8: а 2.

уп„ т.

"'Да

иГ3|

аЦ

Я

= X' X

к ,-

( 4 )

( 5 )

где • I; ™,г= 0; из;,--«?^--!;. С-к: иУ,, -- О]

(7^- безразмерная к-я масса для продольных колебаний или безразмерный момент инерции для крутильных колебаний ( в дальнейшем просто масса ); Лс - квадрат безразмерной круговой частоты свободных колебаний { в'дальнейшем просто частота,); ЕК - безразмерная жесткость к-го участка; у^ и 2!* - передаточные матрицы соответственно к-й массы и к-го участка; X* . Х£ и Х*„ -векторы-состояния к-й и ю-1-й масс ( верхние индексы "н" относятся к граничным сечениям слева от тсс. "к" - справа от массы ).

В векторах-состояния амплитуды колебаний масс выражают линейные перемещения для продольных колебаний и угловые - для крутильных колебаний, а амплитуды сил упругости выражают силы для продольных колебаний к моменты сил - для крутильных колебаний.

Уравнения ( 4 ) и ( 5 ) представляют собой линейную математическую модель участка расчетной схемы в форме передаточных матриц метода начальных параметров, так как сопряжение элементов • выполнено одновременно по перемещениям и по силам.'Составляя уравнения ( 4 ) и ( 5 ) для какдого.элемента валопровода, можно определить элементы векторов-состояния во всех граничных сечениях расчетной схемы.

При числовых, расчетах свободных колебаний системы валопровода на ЭВМ с известными элементами начального вектора-состояния первой массы X',4" { 0- ^ 5," - 0} ■ пробными подстановками в передаточные матрицы масс частоты свободных колебании (ле) добиваются того, чтобы в конечном векторе-состояния последней массы значение с»"* приближалось к нулю ( как и при методе на-

чальных параметров Хольцера-Толле ), т.е. вектор-состояния имел бы вид Х* = • В этом случае будут извес-

тны все промежуточные векторы-состояния для каждой частоты и формы колебаний. , ,

Для наглядности выполняемых расчетов можно построить график Функции вывести показания ЭВМ на графопостроитель

и на дисплей и с наперед заданной точностью бистро найти дейст-тельное значение частоты собственных колебаний системы ва-яровода.

В работе рассмотрены разветвленные системы судовых валопро-»оводов для наиболее .часто встречаш(ихся случаев с упругим отведением от к-й массы при крутильных колебаниях и с упругим отведением ( упорным подшипником ) от нее при продольных колебани-:. В этих.случаях сопряжения элементов по перемещениям и С1$тм в >рме передаточных матриц имеют вид

х =

«Г <

Я т*, Ж-г я

£

(е)

( 7 )

та - О; пг>1 = иУ„ -■ иГ„ = Ек; аГг, = О; Г*- ^ ♦ ^ Л^/^^-Ле ) - эквивалентная масса в месте

'ветвления у к-й массы при крутильных колебаниях; ^ - масса 'ветвления; А с) = У^^ - парциальная частота массы ответ-гения; Ел ~ податливость ответвления; ^^Г <■{/(&£ Ь^) -азивалентная касса в месте ответвления у к-и массы при продоль-к колебаниях ( учет влияния упорного подшипника );

л

/г.у - ПО-

[тливость упругой связи упорного подшипника; Ук. - эквивалентен передаточная матрица к-й массы; 2ГК - передаточная матрица •го участка; X" . X* к X*., - векторы-состояния к-й и к+1-й юс.

Совокупность уравнений ( 6 ) и С 7 ) с учетом уравнений для юс без ответвлении к участков ме:гду ними представляют собой ш-¡маткческую модель для разветвленной системы в форме простых и '.вивалотчшх передаточных матриц метода начальных параметров.

Уравнения ( 6 ) и ( 7 ) и уравнения ( 4 ) и ( 5 ) позволяют и разветвленной системы валопровода найти вехторн-состояшш во ;ех граничных сечениях расчетной схемы. При числовых расчетах ютот и форм свободных свободных колебаний сначала путаю найти бивалентные передаточные матр1гцы, а затем при подстановках про-|ых значений проводить расчеты как и .для простой системы.

Так так определителя передаточных матриц ( простых и эквива лептпых ) не равны нулю, то передаточные матрицы неособенные и имеют обратные матрицы. С помощью обратных матриц решаются задач регулирования колебаний за'счет варьирования элементами валопро-вода, когда при известной частоте свободных колебаний необходимо найти массу или податливость участка валопровода.

Полученные математические модели позволяют найти интегральные параметры: частоту свободных колебаний, период колебаний, ма сштаби напряжений на участках и резонансные частоты вращения валопровода. На этом этапе исследований при проектировании и ремон тах наиболее эффективна отстройка опасных резонансов от эксплуатационных частот вращения.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАБЕ получены математические модели в форме коглп лексных передаточных матриц метода начальных параметров, при выну зденных колебаниях без учета,трения и с трением для цепных систе валопроводов при воздействии на каждую массу возмущающих сил ода паковой частоты с разными начальными фазами.

Сначала рассмотрены вынувдешпто колебания участка систош валопровода без учета трения. При воздействии на дискретные массы системы возмущащих сил одинаковой Частоты, но, отличающиеся по начальным фазам, они представлены в работе в комплексной форме. В этом случае и амплитуды колебаний масс и сил упругости на участках выражены также через комплексные величины.1 Тогда коипле ксные параметры системы будут определять не только действительнь величины этих параметров, но и начальные фазы.

Комплексные амплитуды возмущающих сил Мк , колебаний масс Ян и сил упругости гк представлены в виде

' ¡\ = Исл * I М,.* . ]

¿к - + | " '

где ^ск , А « и 1'с.к - компоненты вещественных частей;

Г15к , Л$ к и Р^ц - компоненты мнимых частей; мнимая .единица.

При комплексном представлении амплитуд возмущающих сил, колебаний тсс и сил упругости участков и свойств последних в граничных сечениях из дифференциальных уравнений движения получены математические модели вынужденных колебаний для участка системы валопровода в форме комплексных передаточных матриц и векторов-

состояшш 1Л8ТОД1 начальных параметров

х:

К ¡л„ УП,3 К

% - ти !\и

1" т» тм т3} 1

С 9 )

Я" ^;,

р." .к>1 -

± г ил?; ^¡з

№

' к

--IX

( ю )

п„ =тгг= /Г7И= Г; = 0; = - ои/,, = I; О,.

м31 Ск

= Мл ; остальные ; остальные с.■ = 0;

--„ --гг - - . -^ц- . ------------ - - ^

Л - квадрат частоты возмуиушцей. силы ( в дальнейшем просто частота ); . XI » X* 11 X*., - комплексные векторы-состояния в граничных ссченнях; Л'^ , М* , и , , - комплексные амплитуды колебаний масс и сил упругости на участках в граничных сечениях; Ук - комплексная передаточная матрица к-й массы; к- передаточная матрица к-го участка.

Для получения числовых результатов комплексные величины необходимо разло;шть на компоненты вещественной и мнимой частей.

Расчеты вынузденных колебаний системы валопровода без учета трения выполняют в зонах частот вращения, отстоящих на 10-15 % от резонансных частот, когда сильные розонанси лежат за проделают эксплуатационных частот вращсшш, при изменениях динамических характеристик валопровода и при специальных исследованиях, б том числе и при регулировании колебаний.

В работе влияние сил трения на систему валопровода при вынужденных колебаниях осуществлено через те же параметры, которыми характеризуются ее инерционные свойства, т.е. через массы и податливости. В этом случае и амплитуды суммарных ста на участках валопровода следует выразить также через комплексные величины. Эти вел^гчши представлены следующим образом

л - ^ - ¿аУ^

где ¿F _ комплексная к-я масса; Ек - комплексная податливость к-го участка; - коэффициент абсолютного демпфирования на к-й массе; уз^ - коэффициент относительного демпфирования на к-м участке; Q. , 0-ск и QJr< - комплексная амплитуда суммарных сил на к-м участке и ее компоненты вощестпенной и мнимой частей.

При условии, что комплексные параметры в граничных сечениях элементов валопроводов обладают теш же свойства!,и, как л у систем без трения, то математическая модель участка по форме будет такая ке как и выражения ( 9 ) и ( 10 ), но полностью с комплексными передаточными матрицами и векторзми-состояния и имеют вид

К-У.'К.

( 12 ) ( 13 )

Для числовых расчетов вынуэденних колебаний систем валопроводов с трением на массах и участках выражения ( 12 ) и ('13 ) представляются следующим образом

х:=

-"с. к

/Г-''i.*

X

1

f •^c.fctl

й"

0" z

а"

{

*п„ mlt

ти тп тг..

ти тз1 гг}„ .m„ m,¿ тч1 т,, ти тп w}¡ mly m¡;

ñt

А. к

<3«

0%

1

<4 -u4 u5lS ■»'С. к

«к ■lis. к

US„ V<J£

¿¿„ Юк "4.И

<4, uSfi |l

^ZjXh,

( 14 )

( 15 )

где тн = тг1 = - I; = тнг = с^л ; т}1 =

= т« = '• = Мгк'. "V = «; остальные = 0;

остальные и^.- = 0. 1

Составляя уравнения ( 14 ) и ( 15 ) для каждого элемента системы валопровода, мотао найти действительные амплитуды колебаний масс Як и суммарных сил 0-к на участках между массами. Отсутствие сил за пределами системы валопровода позволяет сформулировать краевые условия для . у первой и п -й масс. а именно: О",- = = 0с.п =' О*..-, = 0. Тогда начальный вектор-состояния первой массы X* и конечный вектор-состояния последней п -й массы Х£ будут характеризоваться следующими данными

х;'=(С К, о--о о^о 1],

(к)

Для числовых расчетов на ЭЮ при использовании уравнений ( 14 ) и ( 15 ) задаются пробными значениями амплитуд колебаний ■Аа и Л31 в начальном векторе-состояния X* первой массы и добиваются того, ?тобы в конечном векторе-состояния п -й массы

X"* амплитуды суммарных сил и <Э5КЛ были равны нулю. Анало-.гичные числовые расчеты вынужденных колебаний производятся и для •системы валопровода без учета сил трения при использовании уравнений ( 9 ) и ( 10 ). Из векторов-состояния находят модули колебаний тсс | и суммарных сил на участках [Ок| . Зная амплитуды 0< можно найти напряжения по участкам-системы валопровода.

Для. надежной работы дизельной установки максимальные напряжения на участках валопровода и амплитуды колебаний отдельных масс не должны превосходить допускаемых уровней для определенных режимов и условий эксплуатации.

Полученные математические модели позволяют с необходимой точностью приблизить расчетную схему к реальной, представляя ее в виде набора передаточных матриц тсс и участков, характеризующих 'динамические свойства элементов системы судового валопровода. Алгоритм цикличен ж обладает простотой и наглядностью. Один и тот же цикл используется для нахождения амплитуд колебаний масс и амплитуд суммарных сил на участках мезду массами.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены гасители колебаний наиболее распространенных типов, используемых и судовых дизельных установках. Выполнен анализ влияния регулируемых.параметров гасителей на эффективность их работы.

Из вссго многообразия гасителей колебаний сперва рассмотрен гаситель комбинированного типа для одвомассовой- системы, имеющий жидкостную й упругую связи между инерционной массой и корпусом гасителя, жестко соединенного с массой системы валопровода. При комплексном представлении амплитуды возмущающей силы Р\ , приложенной к массе системы, и амплитуд колебаний массы системы Я, и инерционной массы гасителя колебаний Дг , используя принцип Даламбера, получены уравнения движения в виде

Л, (с

Л, (V1рс\Гь) (-С2й)О,

где О^ - масса системы валопровода вместе с корпусом, гасителя колебаний; - инерционная масса гасителя колебаний; с, - жесткость участка системы валопровода, примыкающего к корпусу демпфера; - жесткость упругой связи .гдеэду корпусом к инерционной массой гасителя колебаний.

Из анализа уравнений ( 17 ) при известных динамических характеристиках системы валопровода найдены .регулируемые инвариантные частоты д( и Лг , независящие от сил трения в гасителе колебаний

где а.,, = - парциальная частота собственных колебаний си-

стемы валопровода; ^ - с^/сГ - отношение масс.

Для инвариантных частот Д и Д2 определены отношения амп-■■ литуд V', и \>г

^ = VI . ( 19 )

где ^ = у'г = Д/Дс« - отношение амплитуд; = Р{/с, - ..

статическая амплитуда.

Амплитуды колебаний массы при других частотах колебаний, отличающихся от Л, и Аг , зависят от коэффициента демпфирования, величина которого определяет эффективность работы гасителя коле- •.

.( 17 )

баний в условиях эксплуатации. Из уравнений ( 17 ) найдены эквивалентная масса

■ ,г"г (20)

и эквивалентный коэффициент демпфирования, обеспечивающий минимальную ашлитуду колебаний массы системы валопровода ■

/3* - ^ . . ( 21 )

У таг - , . . ^ ¿-1- >

2(к -*гг)

где к2, = л^/д ; = й/ли - отношения частот;

Допустимая деформация упругой связи в гасителе колебаний при наивыгоднейшем коэффициенте демпфирования определяется выражением

• -Л А^От* _ ^__{ 22 )'

А А . '

Из•жидкостных гасителей колебаний выполнен анализ условий оптимального демпфирования .у силиконового демпфера крутильных колебаний типа Холзет. Для оценки его параметров, при которых может быть достигнуто оптимальное демпфирование колебаний системы валопровода, в работе он рассмотрен как частный случай гасителя колебаний комбинированного типа при отсутствии упругой связи между инерционной массой и корпусом.

Из уравнений комбинированного гасителя колебакйй для силиконового демпфера получены: .

эквивалентный коэффициент демпфирования

¿3**0,5 Сг\/Е, ( 23 )

[тная масса

\ ( 24 )

>

эквивалентная масса

Энергетическим методом распета демпфера найдены допустимые

продолы изменения вязкости силиконовой .жидкости при эксплуатации п регулировании силиконовых дешферов. Установлено, что при уменьшении вязкости жидкости на 56 % и увеличении ее на 36 % изменив амплитуды колебании в месте присоединения демпфера не превышает 10 % нормативной величины.

Так же как частный случай гасителя колебаний комбинированного типа в работе рассмотрен линейный аитивпбратор для двигателей, работающих при постоянной частоте вращения. При присоединении к к-й массе системы валопровода <УК массы антивибратора и^ . через упругую связь с жесткостью сл эквивалентная масса будет равна

+ -А' (25)

« Ч (Д„ - Д )

где Л^ - частота настройки антивибратора.

Наибольшее влияние настройки антивибратора достигается .тогда, когда он присоединен к массе с наибольшей амплитудой колебании и частота равна частоте возмущающей силы Л . При установке аитивибратора резонансные режимы смещаются относительно резонапсов исходной системы. Поэтому настраивать антивибратор целесообразно на ту частоту, относительно которой необходимо получить наибольший эффект. , '

При эксплуатации возможны два случая: когда антивибратор работает вдали от резонансных режимов ( £ Л ) и в режиме настройки на резонансный режим ( = Д - ). В обоих случаях нужно знать допустимую деформации упругой связи, от которой зависит величина массы антивибратора. При регулировании колебании валопровода за счет упругой связи или массы аитивибратора следует иметь ввиду, что линеиннн антивибратор смещает резонансные' режикн и с другими собственными частотами, на которые он не настроен.

Во всех случаях влияние выбранных параметров гасителей колебаний любого типа на многомассовую систему необходимо оценить проверочным расчетом с учетом эквивалентных масс,, коэффтцгентов демпфирования и сопротивлении в элементах валопровода. При установка гасителя на двигатель выполнить замеры колебании.

Применение гасителей колебании с регулируемыми характеристиками позволяет при сравнительно малых затратах получить желаемый эффект по снижению уровня колебаний элементов валопровода, а их воздействие па колеблющуюся систему можно регулировать л восстанавливать в процессе эксплуатации дизельной установки.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ получены математические модели в форме передаточных матриц метода начальных параметров для общего случая колебаний сложной систему валопровода, составлен универсальный каталог передаточных матриц, выполнен анализ программного обеспечения матричных вычислений современных ЭВМ.

В работе рассмотрен участок приведенной сложной системы валопровода с гасителем колебаний комбинированного типа. К каждой массе, включая эквивалентную массу гасителя колебаний, приложены ■ возмущающие силы. Демпфирующие силы, пропорциональные скорости колебаний, имеются на всех участках и массах, включая массу гасителя колебаний.

При комплексном представлении динамических характеристик элементов валопровода. в которых учтены силы трения, и комплексных возмущающих силах связь меязду амплитудами колебании тсс и суммарными силами на участках в граничных сечениях осуществлена ' также через комплексные параметры. Из дифференциальных уравнений движения системы с учетом свойств амплитуд колебаний и сил в гра-. ничных сечениях и их связей между собой сформированы комплексные передаточные матрицы масс, участков мевду массами и вэкторы-сос-" тояния, из которых получены математические модели для общего случая колебании.сложной системы валопровода в следующем виде

х" =9*-Хн (26)

К 'к /чЧ >

. Кг2кК, (27)

где - комплексная эквивалентная передаточная матрица массы.

Уравнения ( 26 ) и ( 27 ) при числовых расчетах по форме не отличаются от уравнений ( 14 ) и ( 15 ) вннувденных колебаний системы валопровода с трением, за исключением элементов передаточной матрица к-й массы, когда она тлеет ответвления. При учете ответвления у к-й массы отличающиеся элементы в комплексной передаточной матрице У* равны: т* = т*г = ; т*г = т*, = = . - эквивалентная масса, зависящая от типа гасителя'колебании или вида ответвления; 4уЗ<"4 - абсолтоное эквивалентное демпфирование на массе.

Методика расчетов амплитуд колебании и суммарных сил в ве-'кторах-состояния по уравнениям ( 26 ) и ( 27 ) сохраняется такой же как и при использовании уравнений ( 14 ) и ( 15 ).

В работе составлен каталог передаточных матриц и пекторов-состояния для всех наиболее часто встречающихся случаев расчета колебаний валопроводов судовых дизельных установок: для цепных и разветвленных систем при свободных колебаниях, при вынужденных колебаниях без учета и с учетом'сил трения и с гасителями колебаний различного типа. В случае одновременного расчета крутильных и продольных колебаний введены понятия об обобщенных передаточных матрицах и векторах-состоянш, которые для числовых расчетов тлеют'вид"

обобщенная передаточная матрица к-й массы

I □ 0 0 0 0 0 0 0 0

0 I 0 0 0 0 0 0 0 0

< I 0 0 0 0 0 0

-т* к 0 I т,г 0 0 0 0 0

0 0 0 0 I 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 I 0 0 0 0 у»;, у г

0 0 0 0 0 0 I 0 0 0 'к - 'к

0 0 0 0 0 < I 0

0 0 0 0 0 -ти <> 0 I

0 0 0 0 0 0 0 0 0 I

;об]ценная передаточная матрица к- го участка

I 0 - Ч3 0 0 0 0 0 0

0 I иУ,, 0 0 0 0 0 0

0 0 I 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 г 0 0 0 0 а 0

0 0 0 0 I 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 I. 0 - <0 0 2:21

0 0 0 0 0 0 I -оТ„ о

0 0 0 0 0 0 0 I 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 X 0

0 0' 0 0 0 0 . 0 0 ' 0 I

С 28 )

С 29 )

где ,п *

(77,

15 ~

М<

т;г =

элементы

= т^ = с7;;д

элементы

для расчетов крутильных колебании;

= '"к = :

для расчетов продольных колебании:

- элементы дли расчетов крутильных колебаний:

- элементы для расчетов продольных колебаний.

Обобщенные матрицы масс и у_частков_ можно рассматривать в виде 4гх блоков ( подматриц ) _ У^ . У,< . У« Ук~ , и

• . . Т.'« В этих случаях блоки ( подмат-

рицы) У,; , Ук" и 2 к . 2.^ . все элементы которых равны нулю, будут-нулевыми.

Для обобщенных матриц векторы-состояния представляются в виде 2-х блоков ( матриц-столбцов ). Например, для к-й массы начальный X* и конечный Х£ векторы-состояния могут быть записаны следующим образом

К - {с с о;о5; 11 бв ;,< ±}-= {х х;;},

( 30 )

где X"1 и XI1 - блоки для расчета крутильных колебаний;

• X"" и X«* ~ блоки для расчета продольных колебаний.

При одновременном расчете крутильных и продольных колебаний 'системы валопровода на ЭВМ в матричное расчетное уравнение вводится единичная матрица массы, все диагональные элементы которой равны единице ( все другие элементы матрицы равны нули ). Эта матрица необходима для получения одинакового количества матриц при формировании алгоритма расчета. В матричном исчислении она играет такую же роль, как единица в простых арифметических операциях.

Матричное программное обеспечение начало применяться с ЭШ второго .поколения с -использованием стандартных программ, которые позволили запрограммировать матричные алгоритмы, не прибегая к 'ручному программированию в кодах машин. Общность требовании к матричным процедурам дали возможность создания системы матричного программного обеспечения С СМПО ).

'Применительно к машинам третьего поколения.ЕС ЭВМ СШО.представляет собой пакет со сложной структурой. Он включает в себя следующие компоненты: программу управления данными ( монитор па-

кета ), транслятор с входного языка, библиотеку модулей пакета, средства генерации и адаптации. Компоненты пакета прикладных программ ( ППП ) тесно связаны с системой наборов данных пакета. Монитор ППП СШО управляет потоками информации и ходом вычислительного процесса в пакете. Транслятор с входного языка обрабатывает исходный модуль и строит вычислительную схему процесса 'решения задачи. В процессе трансляции используются модули макробиблиотеки пакета, каждый из которых решает соответствующую задачу лниеи-пои алгебры для матриц некоторой структуры и разряжепности. Средства генерации и адаптации ППП СШО, в качестве которых выступает библиотека процедур пакета, позволяют приспособить пакет к конкретной операционной системе и конфигурации ЭШ.

Базовым языком программирования в ППП СШО является ассемблер ЕС ЭВМ. Кроме этого для написания отдельных программ мотет быть использован фортран. В ШШ СШО введены три типа программных единиц: основная программа ( ОСП ), стандартный алгоритм ( СЛ ) и стандартная подпрограмма ( СТП )..ОСП служит для реализации функции, СА - задачи, СТП - операции.

Автоматизируя выполнение матричных операции, СШО может служить на только для решения задач, записанных в матричной форме, но и для создания на ее основе пакетов прикладных программ решения задач регулирования колебании.валопроводов судовых дизельных установок.

Полученные математические модели для общего случая исследования крутилъно-продольных колебании системы водопровода можно реализовать только при использовании ЭШ. Применение'ЭШ с их программным обеспечением существенно расширяет.возможности использования достаточно большого запаса исходных данных при выполнении численных экспериментов, необходимых при регулировании колебаний валопроводов судовых дизельных установок.

Хотя математическое описание информативнее любого дрзтего описания процессов колебании, экспериментальные' исследования являются обязательными для "судовых валопроводов" и за ними остается окончательное суждение о приемлемости выбранных' математических моделей

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ приведены наиболее значимые результаты исследований при решении научно-производственных задач по регулированию колебаний валопроводов о целью проверю! добротности, полученных математических моделей, конструктивных решений и рекомендации по режимам работы дизельных установок.

Начальные исследования, связанные с регулированием колебаний валопроводов, выполнены на дизель-электроходе "Россия", •где вместо ненадежного в работе демпфера крутильных колебаний с гильзовыми пружинами впервые в отечественном дизелестроении был создан и отработан крупногабаритный силиконовый демпфер с регулируемыми характеристиками для главного двухтактного двига-• теля МЛН С-6г52/70 ( 8Д 52/70, Ре = 1912 кВт, п = 250 шн"1 ). "'Экспериментальные исследования, выполненные автором работы и специалистами Болгарии и Югославии, подтвердили основные положения теоретических и конструкторских разработок. Многолетний надзор за работой силиконового демпфера выявил необходимость разработки новых способов построения расчетных схем и технологии •обслуживания.

На судах серии т/х "Киев" для главных среднеоборотных четырехтактных двигателеи ШЪ\ 348ЛУ ( 8ЧШ 32/48, Ре = 783 кВт. п = 380 мин"* ) с прямой- передачей на гребные винты фиксированного шага впервые в условиях судоремонтного производства был создан й изготовлен малой серией силиконовый демпфер крутильных колебаний с регулируемыми характеристиками вместо чрезвычайно сложных, недоступных для осмотров и ненадежных в работе камер- ■ пых демпферов типа Занднера. В силиконовом демпфоре, в отличие .от известных конструкций, предусмотрена возможность замены изнашиваемых деталей опор скольжения для сохранения номинальных зазоров между корпусом.и инерционной .массой. Измерения крутильных колебаний валопровода показали хорошую сходимость теоретических и экспериментальных наследований для номинального режима работы и приемлемые результаты на промежуточных режимах эксплуатации двигателей. В результате многолетнего авторского надзора за обс-'литлванкем силиконовых демпферов крутильных колебаний установлена необходимость профилактических работ для надежной и эффектив-. ной работы дизельной установи!, вопреки слонявшейся практике и указании инструкций заводов-изготовителей о том, что силиконовые демпферы имеют срок службы равный моторесурсу двигателей и в об слу живаш-ш не ну вдаются.

На {¡ерииннх судах типа т/х "Ллупка" установлены среднео-■ боротные четырехтактные двигатели 8НВД 48ЛУ ( 8ЧЕН 32/48, Р0 = 736 кВт,, п = 375 шн-"1" ) -с прямой передачей на гребной . винт фиксированного шага. Суда имели повышенную вибрации корпуса и запретные зоны частот вращений двигателей от крутильных колебаний валопроводов. Замена четырехлопастных гребных винтов

на пягилопастнне снизила уровень вибрации корпуса судна, но не . устранила запретных зон от крутилышх колебании водопровода. Поломка коленчатого вала на т/х "Пицунда" вызвала необходимость сшг/лення уровня крутильных колебаний путем оборудования двигателей 8НВД 48АУ серии т/х "Алупка" демпферами., крутильных колебаний. Теоретические расчеты показа™ возможность использования для этих целей масляных демпферов крутильных колебании типа "Гапц-Ендрашек" со списашых двигателей. Измерения крутилышх колебаний подтвердили добротность математической модели и расчетной . схемы водопровода. При установке демпфера полностью ликвидирована запретная зона , так как .амплитуды крутильных колебании были снижены более чем в два раза, а напряжения от крутильных колебании стали нигсе допускаемых по Правилам Регистра СССР во всем диапазоне эксплуатационных частот вращения» Конверсия демпферов крутильных колебании показала возмо::шость и целесообразность создания в пароходствах .резервного парка гасителей;колебаний от двигателей различных марок, отработавших свои срок слукбы.

На ряде серийных судов пароходств гребные винты фиксирован- . ного шага, установленные при постройке, в реальных условиях эксплуатации отзываются гидродинамически "тяжелыми" ддя двигателей. Поэтому судовладельцу довольно -часто обрезают лопасти гребных винтов для снижения тепловых нагрузок цшшндро-поргапевой группы двигателей, не учитывая возможных последствий от изменения динамических характеристик системы валопровода. Влияние обрезки лопастей гребных винтов на крутильные колебания водопроводов было исследовано на судах серии т/х "Юный Партизан" с главными двухтактными двигателями 8ТЛД 36/60 ( ОДРН 36/60,.Ре = = 1530 кВт, п = 300 шпГ^ ) с прямой передачей на гребной винт Фиксированного шага. Двигатели имеют при реясиме среднего хода• запретную зону частот вращения с предельными напряжениям на участке коленчатого вала при резонансе частоты 8-й гарйоилки с частотой свободных колебаний двухузловой формы. Исследования па т/х "Т. Карпинская" показали, что из-за снижения демпфирующего эфне- '' кта гребного впита при обрезке лопастей напряжения в валопроводе превысили допусгаеше. Достоверность исследований была подтверждена на т/х "Н.Киясеватова" и на судах серии т/х "Росток". Эти исследования выявили необходимость учета при обрезке лопастей гребных винтов не только тепловых нагрузок, но и дпй.цлгчесглх нагрузок от крутильных колебаний при их большом, уровне п оксплу- ' атационпой зоне частот вращения. -

В последние годы'на серийных судах морского", речного и рыбопромыслового флота т/х, г/х "Капитан Гаврилов", "Запорожье", "Ат-лантшс 333"- и др. стали широко применяться высокооборотные малогабаритные двигатели 8ВД 26/20 ( 8ЧН 20/26, Ре = 706 - 1000 кВт, ' п = 1000 мшГ* ) различных модификаций. На двигателях установлены. силиконовые демпферы крутильных колебании типа В790 с заваль-цованными крышками, массовые повреждения которых происходят через 8-10 тыс.ч работы у главных и через 15 - 20 тнс.ч - у вспомо-■ гательных двигателей.

Повреждения демпферов, по мнению завода-изготовителя, были . вызваны дефектами изготовления у 547 демпферов ( несоблюдение геометрических размеров ). Однако вскрытия и осмотры внутренних поверхностей демпферов с различными наработками до 30 тыс.ч , заморы количества и оценка качества силиконовой жидкости показали, что дефекты изготовления не являются основной причиной их повреждений. В демпфере подшипник1скольжения инерционной массы выполнен на ее наружном диаметре в виде бронзового кольца со срезами для уменьшения износов при пусковых режимах. При пусковых режимах высокооборотного двигателя происходят разрыв масляного слоя в подшипнике скольжения демпфера, мгновенный подъем высокой температуры с явлениями фреттинга ( скаффинга ) и разложение силиконовой жидкости па окислы кремния и взрывоопасного газа метана. Наличие . пузырьк'ов газа в пробах силиконовои жидкости у дефектных демпферов и их взрывы в эксплуатации и при разгерметизации в заводских условиях говорят о том, что концентрация метана внутри демпфера ' может достигать критических значепий.

Демпфер В790 не тлеет- компенсационных объемов на температурное расширение жидкости, которая под вакуумом заполняет полностью свободное внутреннее пространство. Вследствие того, что коэффициент объемного расширения силиконовой жидкости на порядок больше

• коэффициента объемного расширения металла корпуса и инерционной массы, то при рабочей температуре демпфера в 65 - 70 °С давление жидкости внутри корпуса по экспериментальным данным достигает 600 - 700 кПа. Это давление существенно возрастает при значите. лышх износах трущихся поверхностей и образовании двухфазной среды ( металлическая пыль - шдкость ) за счет увеличения объема

• смеси по сравнению с объемами исходных компонентов. Суммарное давление смеси может достигнуть опасной величины для демпфера и вызвать выпрессовку крышки из корпуса как и при взрыве метана.

^ Конструкция демпфера В790 была отработана заводом для сред-

необоротных двигателей 8НВД 48АУ ( 8ЧШ 32/48. Ре = 736. - 970 кВт; п = 375 - 428 мии"""* ) и обеспечивает их надежную работу в ■, в течении длительного времени на морских и речных судах. Без каких-либо существенных изменений конструкция демпфера В790 стала применяться для внсокооборотннх' двигателей 8ВД 26/20 с частотой вращения и = 1000 мин"^.

Из анализа эксплуатационных наблюдений и особенностей технологии изготовления демпферов В790 на заводе следует, что конструкция не соответствует условиям эксплуатации и без существенных изменений не может обеспечить надежную и безопасную работу высокооборотных двигателей 8ВД 26/20.

В процессе исследований крутильных колебании валопрбводов судовых двигателей 8ВД 26/20 доказана возможность их работы в качестве вспомогательных двигателей без демпферов В790, используя их как вторые маховики при заблогогрованной или вынутой инерционной массе из корпуса демпфера, После опытной проверки на одном двигателе после 2,5 тыс.ч работы внедрение технического решения осуществлено на всех судах серии т/х "Капитан Гаврилов" ЧШ.-

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИИ'

1. В работе теоретически обоснован метод начальных параметров в форме передаточных матриц при.исследованиях крутилыю-про- .. дольных колебаний валопроводов судовых дизельных установок прос- ■ тых и разветвленных дискретных систем для свободных колебаний, недемпфированных и демпфированных вынузденных колебаний, наиболее полно отвечающий современному состоянию науки и техники. Полученные математические модели обладают с точки зрения возмо;шостей их--программирования большими преимуществами перед другими методами теории колебаний, так как они сводят расчет какой угодно сложной цепной системы к многократно повторяемому простому щиту арифметических операций, соответствуещему переходу от одного элемента системы к другому. Если учесть, что в системе валопровода количество одинаковых элементов в пределах двигателя составляет большую часть всех элементов, то применение ЭВМ и их программного обеспечения не вызывает сомнении.

2. Выполнен анализ влияния регулируемых характеристик гасителей колебании на их оптимальные параметры. Теоретически обос-д нованы и экспериментально подтверждены браковочные показатели для регулирования демпферов крутильных колебании. Полученные качест-

венные результаты анализа позволяют решать разнообразные задачи регулирования колебании валопроводов судовых дизельных установок с гасителями колебаний- с использованием при проверочных расчетах разработанного метода начальных параметров в форме передаточных матриц.'

3.-Получено теоретическое обобщение метода начальных параметров в форме комплексных эквивалентных передаточных матриц с максимальным применением исходной информации для анализа крутильно-продольных колебаний дискретной системы, блоки которых можно ис-

. пользовать для расчетов парциальных динамических свойств системы, а также в качестве основы для создания единой собирающей программы расчета самых сложных систем валопроводов судовых .дизельных установок.

4. Разработан универсальный каталог передаточных матриц для числовых расчетов крутильно-продольных колебании валопроводов при наличии демпфирующих сил в элементах валопроводов и гасителей колебаний комбинированного типа для общего случая и для частных случаев, характерных для самостоятельных этапов исследований при выборе режимов работы и учете условий эксплуатации дизельной установки.

5. Созданы промышленные образцы нсзых конструкций силиксно-

- вых демпферов крутильных колебании с регулируемыми параметрами и осуществлена конверсия масляных демпферов крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок. Разработаны новые технологии обслуживания и ремонта демпферов крутильных колебаний наиболее распространеных на морских и речных судах.

Результаты работы использованы и внедрены в ЦНИШФе, в Правилах Регистра СССР, РТМ, ГОСТах, в ШНИИМФе, на судоремонтных заводах Ш5 и на дизелестроительных заводах. Внедрение технических решений и рекомендаций по регулированию колебаний валопрово-• дов на .морских и речных судах позволили повысить надежность работы дизельных установок, рационально использовать мощность главных двигателей, сократить ремонтное время, затраты па, ремонт*" и валютные расходы на запчасти и материалы за счет использования возможностей отечественных заводов и научно исследовательских ор-. ганизаций. Подтвержденный экономический эффект от внедрения?тех-

- нических решений составил 1466 тыс. руб. в пенах 1991 г. .

Выполненные исследования в_комплексе позволяют считать, что в работе сформулировано и теоретически обосновано новое научное направление в динамике судовых дизельных установок. Разработан-

ные теоретические основы 'регулирования колебаний валопроводов и эксплуатации гасителей колебаний и внедрение их технических решений с существенным экономическим эффектом предопределяет важное народнохозяйственное значение решения задач нового направления.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУ?ДИХ

РАБОТАХ

Книги. <

1. Родин П.Т. Динамика машин и механизмов. Колебания.- С. 4058. в кн. Справочник судового механика /Под ред. JI.J1. Грицая. -

¡i.: Транспорт, 1973. - T.I. - 696 с.

2. Самсонов В.И.,, Родин П.Т. Графоаналитический расчет дина-, мических диаграмм судовых дизелей. - 'А.: Рекламинформбюро ¿ЫФ, 1977. - 28 с. '

3. Родин П.Т., Самсонов В.И., Грехов В.А. Расчет на ЭЦВМ критических частот вращения, валопроводов судовых дизелей. - М.: ЦРИА "Морфлот", 1979. - 36 с.

4. Родин П.Т. Эксплуатация силиконовых демпферов крутильных . колебаний валопроводов судовых дизелей. - М.: ЦРИА "Морфлот", 1980. - с.

5. Родин П.Г., Самсонов В.И. Расчет динамических диаграмм дизеля на программируемых микрокалькуляторах. - М.: В/О."йортех- .. информреклама". 1988. - 16 с.

6. Родин П.Г., Самсонов В.И. Расчет энергетического баланса системы наддува дизеля на программируемых микрокалькуляторах. -П.: В/О "Мортехинформреклама", 1988. - 16 с.

7. Родин П.Г., Кирющенко A.M., Самсонов. В.й. Проверка уравновешенности двигателя в аварийной ситуации на программируемых микрокалькуляторах.-М.: В/О "Мортехинформреклама", 1990.- с.

Статьи.

8. Родин П.Т. Расчет свободных крутильных колебаний многомассовой системы с линейным антивибратором с помощью передаточных иатриц //Судостроение и морские сооружения. - 1969. - № II.

- С. 39 - 43.

9. Родин II.Т. Варьирование элементами линейных дискретных систем с помощью передаточных матриц //Судостроение.и морские сооружения. - 1969. - № II. - С. 44-46 . -

10. Родин П.Т. Исследование амплитудных характеристик валопроводов дизельных установок с помощью передаточных матриц //Судо-

ые силовые'-установки: Сб. науч. трудов ЛВИМУ. - Л.: Высшая шко-а, 1969. - № 8. - С. 193 - 197.

11. Родин II.Т. Динамика работы силиконового демпфера- крути-ьных колебаний. Тезисы докладов 1-й Республиканской научной кон-еренции молодых исследователей./Институт математики ДН УССР. -лев, 1964.

12. Родин П.Т. Теоретическое исследование эффективности ра-оты демпфера крутильных колебаний валопроводов с вязко-упругой идкостью.//Известия вузов.Машиностроение,1966.-fê З.-С. 35-40.

13. Родин П.Т. Динашка работы силиконового демпфера крути-[ьных колебания./Институт математики АН УССР. - Киев, 1965. -!ып. II. - С. 587 - 593.

14. Родин П.Т.Расчет жидкостного демпфера матричным методом '/Судостроение и морские сооружения,- 1971.- J5 16,- С. 81-85.

15. Родин П.Т.Расчет антивибратора крутильных колебаний матричным методом.//Судостроение и морские сооружения. - 1972. -

■5 18. - С. 134 - 137.

16. Родин П.Т.Безразмерно-комплексные передаточные матрицы в ^следованиях демпфированных колебательных систем с гасителями комбинированного типа //Судостроение и морские сооружения.-i960.

- К 10. - С. 87 - 92.

17. Бойко П.В.,Родин П.Т.,Седор Л.И.Силиконовые жидкости -свойства к применение /Одесское высшее инженерное морское.училище .-Одесса,IS88.-8 с.Деп. в В/О "мортехинформремама" 09.03.88, ib 829 - мф.

18.' Бойко П.В.,Родин П.Т.,Седор А .[¿.Жидкости для силиконовых демпферов /Одесское высшее инженерное морское училище,- Одесса, 1988. - 5 с.Деп. в В/О "Мортехпнформреклама"21.03.88, JS 834 - мф.

19.'Бойко П.В.,Родаш П.Т.,Седор А. М. Измерение вязкости демпферных силиконовых жидкостей /Одесское высшее инженерное морское училище.- Одесса, 1987. - 8 с. Деп. в В/О "Мортехинформреклама" 08.06.87, ib 718 - мф.

20.. Родин П.Т. Пределы изменения вязкости силиконовой жидкости в демпфере крутилышх колебаний //Двигателестроение. - 1986.

- J,' 9. - С. 60,62.

21. Родин П.Т.Влияние демпфера на неравномерность вращения вала дизеля.Тезисы докладов 2-й Республиканской научной конференции молодых математиков /Институт математики АН УССР.Киев, 1965.

22. Родин П.Т., Самсонов В.И., Бардещски Л.Л. Опыт применения силиконового демпфера на дизель-электроходе "Россия" //Судо-

строение. - 1973. - й II. - С. 33 - 36.

23. Повышение надежности демпферного узла судового двигателя /П.Т.Родин. В.И.Самсонов,В.Г.Руденченко,П.В.Хомяков //Судовые энергетические установки: Сб. науч. трудов ЛИШУ. - Л.: Высшая школа, 1980. - С. 40 - 44. .

24. Родин П.Т.,Седор А.М..Бойко П.В.Проверка работы силиконового демпфера крутильных колебании /Одесское высшее инженерное морское училище.-Одесса, 1987. - 9 с. Деп. в В/О "Мор^ехинформ-реклала" 08.06.07, № 719 - мф.

25. Козыииных А.В.,Родин П.Т.Комплексная автоматическая защита двигателей 8ДР 43/61 //Бюллетень технико-экономической информации морского флота. - 1961. - № 3 ( 42 ). - С. 65 - 68.

26. Родин П.Г. Из опыта эксплуатации судов типа "Ленинград" //Теплотехнический бюллетень ШФ. - 1956. 15 3-4. - С. 64 - 65.

27. Родин П.Т. Влияние обрезки лопастей гребного винта на крутильные колебания валопровода //Морской транспорт. Сер. Техническая эксплуатация флота: Экспресс-информация / В/О "Мортех-информреклада". - 1986. - Вып. 8 ( 628 ). - 0. I - 4.

28. Родин П.Т. Определение среднего индикаторного давления судовых двигателей по развернутой диаграмме с помощью номограммы //Бюллетень технико-экономической информации морского флота. -1963. - № 2 ( 64 ) - С. 87 - 91.

29. Самсонов В.И.,Родин П.Т.Процессы пуска и реверса судового дизеля 6РД56 //Судовые энергетические установки: Сб.науч. трудов ЛЕШУ, - 1.1.: ЦРИА. Морфлот. 1979. - Я>. 19. - С. 62 - 6Б.

Инструкции для эксплуатационного персонала судов.

30. Инструкция по эксплуатации масляных демпферов крутильных колебаний судовых дизелей. - Измаил, СДП, 1986. - 12 с.

31. Инструкция"по эксплуатации силиконовых демпферов крутильных колебаний судовых дизелей СГЛ НВД 48/48Л/48А-2. - Измаил, СЛП, 1986. - 15 с.

32. Инструкция по эксплуатации демпферов крутильных колебаний с гильзовыми пружинами.-Одесса, ЧШ1, 1988. - 18 с.

33. Инструкция по эксплуатации силиконовых демпферов- крутильных колебаний со съемной крышкой.-Одесса, ЧЫП,. 1988. -/17 с.