автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Совершенствование имитационных методов испытания рулевых устройств судов и создание универсальных нагружателей

центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения

Р Г Б ОД

На ггоавах рукописи

1 3 май 1936

соловьёв Геннадий Васильевич

совершенствование имитациошш методов испытания рулевых устройств судов и создание универсальных нагружен ея

Специальность: 05.08.04. "Технология судостроения,

судоремонта и организация судостроительного производства"

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации Центральном научно-исследовательском институте технология] судостроения.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

:¡ , • A.C. Симоненкс

' ' ' ' ' ;

Официальное оппоненты - доктор технических наук, профессор .! А.С.Баев

кандидат технических наук

В.А.Новохацюй

Ведущая организация - ЦКБ "Балтсудопроект"

Защита диссертации состоится " 28 " мая_ 1996 г.

в _I0j ;часов на заседании специализированного совета К 130.04.01 в Центральном научно-исследовательском институте технологии судостроения по адресу: 198095, Санкт-Петербург, Промншленная улица, дом 7.

■ ■■ > м 'i

Ваш отзыв в двух экземплярах о подписями, заверенными печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного ,

совета, кандидат технических наук /Ух //^¿ШЬ.Шабаршин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Приемо-сдаточные испытания являются ответственным этапом технологического цикла строительства судна, на котором проверяется качество выполнения работ в предшествующий период. Эти испытания, как правило, включают в себя: регули-ровочно-наладочные работы, швартовные и ходовые испытания, ревизию судового оборудования, контрольные испытания ( контрольный выход ). При этом трудоемкость проведения ходовых испытаний составляет 20 - 30$ от общей трудоемкости приемо-сдаточных испытаний , отличаясь значительной продолжительностью и высокой стоимостью. Это особенно характерно для судостроительных и судоремонтных предприятий, расположенных на внутренних водоемах и в северных районах Российской Федерации, что обусловленно удаленностью их от районов проведения испытаний и длительным периодом ледостава.

Эффективным способом сокращения материальных и трудовых затрат, обеспечения ритмичности строительства и сдачи судов являются имитационные испытания судового оборудования непосредственно в условиях завода-строителя. Они позволяют за счет моделиро--ваяия ходовых режимов при помощи средств имитации не только исключить переходы в районы испытаний, но и совместить проведение испытаний с достроечными и другими видами работ. Значительный эффект могут обеспечить имитационные испытания полного комплекса судового оборудования, позволяющие заменить ходовые испытания кратковременным контрольным выходом судна в море.

В настоящее время, как в зарубежных странах, так и в России, совершенствование организации судостроительного производства характеризуется переносом максимального объема строительных работ_ в цеховые условия. При этом обшнонасытенные конструкции и круп-

ные блоки до юс соединения между собой при формировании судна предварительно должны быть испытаны. Испытание судового оборудо вания в цеховых условиях, возможно лишь с применением средств им тации. Дальнейшее развитие судостроения на модульных принципах должно основываться на унификации и типизации как элементов суд на, так и технологически процессов. Унификация, приводящая к созданию блок-модулей судна, дает возможность для развития типо вых процессов испытания судового оборудования в цеховых условия завода-строителя с применением типоразмерных рядов средств имитации. Поэтому разработка имитационных методов испытания судово' го оборудования в целом, и рулевого устройства в частности, кале его неотъемлемой части, является актуальной проблемой развития судостроения.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключаете: в снижении трудоемкости, материальных затрат и продолжительност] проведения приемо-сдаточных испытаний за счет совершенствования способов и расширения области применения имитационных методов испытаний рулевых устройств.

Для достижения поставленной цели в процессе исследований решался ряд взаимосвязанных задач, включающих:

- разработку методики определения нагрузок в опорах рулевого устройства путем измерения давления масла в гвдроциливдрах рулевой машины в периоды вращения и остановки баллера;

- проведение экспериментальных работ, обосновывающих правильность методики определения нагрузок в опорах рулевого устройства

- проведение опытных работ на судне по определении нагрузок, вознгкаидих в узлах рулевого устройства при его испытании в натурных условиях;

- разработку средств имитации и обоснование конструктивно-те-хнологичесхих решений при имитационном испытании рулевого устрой

ства в условиях завода-строителя;

- разработку методики проведения сравнительных испытаний рулевых устройств судов; • -

- проведение сравнительных испытаний рулевых устройств имитационным методом и в натурных условиях;

- разработку методики проведения приемо-сдаточных испытаний рулевых устройств имитационным методом.

Методы исследований. Научную базу исследований составляют положения строительной механики корабля; методы сравнительного анализа, планирования эксперимента, построения математических моделей, статистической обработки данных.

Научная новизна. Определены дополнительные требования к средствам имитации для моделирования натурных испытаний рулевых устройств с пером руля и поворотными насадками.

Проведен анализ существующих методов и средств обеспечивающих имитационные испытания рулевых устройств.

Выявлены закономерности изменения результирующего момента на баллере в зависимости от реяимов работы рулевого устройства при его испытании в натурных условиях и с применением средств имитации.

Разработаны методы измерений давления масла в гидроцилиндрах рулевой машины; зависимости для определения нагрузок в опорах рулевого устройства по результатам этих измерений; методики и средства, обеспечивающие проведение имитационных испытаний рулевых устройств судов в заводских условиях, а также алгоритмы и программы, позволяющие определить основные характеристики средств моделирования.

Практическая ценность. 'Разработанная методика измерения давления масла в гидроцилиндрах рулевой машины предусматривает проведение измерений в периода вращения и остановки .баллера. По ре-

зультатам измерений рассчитываются нагрузки в опорах рулевого устройства. Полученные значения нагрузки позволят определить дополнительные., требования к моделированию процесса испытания рулевого устройства при помощи средств имитации, а также могут быть использованы для сравнения их действительных и расчетных величин при испытании головных судов.

Разработанные методы имитационных испытаний рулевых устройств судов позволят расширить их область применения за счет переноса в условия стапеля и цеха. Эти разработки использованы в отраслевых руководящих документах.

Полученные графические и аналитические зависимости, характеризующие изменение нагрузок на руле в зависимости от местоположения нагружателя, позволяют по результатам ходовых испытаний рулевых устройств судов определить геометрические размеры в кинематическо схеме нагружателя.

Разработанные ряды силовых элементов нагружателя позволяют создать унифицированные средства имитации для испытания в условиях завода-строителя рулевых устройств с поворотными насадками и пером руля, снабженных рулевыми машинами P0I - Р22.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований по проведению приемо-сдаточных испытаний рулевых устройств, в частности "Программа опытных работ по определению нагрузок на рулевом устройстве судна" J& 74-0206-17-88 внедрены на Астраханской судостроительной верфи им. С.М. Кирова, на Тюменском судостроительном заводе и заводе"Ленинская кузница"(г.Киев). На их основе для испытания рулевых устройств судов пр. 01340 (Астраханская судоверфь), пр. 174Г А (Тюменский ССЗ), пр. 503 и 502 ЭМ (ССЗ "Ленинская кузница") спроектированы средства имитации ходовых режимов. Для Астраханской судоверфи разработаны "Методические указания проведения приемо-сдаточных испытаний рулевых устройств серийных судов

проекта О1340 на акватории Астраханской судоверфи" № 74-0206-10-89. Для Тюменского ССЗ разработаны "Методические указания на сравнительные испытания рулевых устройств серийных судов пр. 1741 А на Тюменском ССЗ" ¡к 74-0206-17-88. Годовой экономический эффект от внедрения имитационных испытаний рулевого устройства судна пр. 01340 на Астраханской судоверфи в ценах 1989 года был равен 46,6 тысяч рублей, что на Г кв. 1995 года составляло III,5 млн. рублей.

Разработанные имитационные методы испытания рулевых устройств применены при разработке руководящего документа РД5Р.ШШ.0201-325-94 "Суда транспортные. Основные положения по модульной технологии формирования типовых строительных районов и судна в целом на основе применения модульных сборочных единиц".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены и получили одобрение на :

- семинаре инженеро-технических и руководящих работников Тюменского судостроительного завода по имитационным методам испытаний в условиях стапеля комплекса судового оборудования (главный двигатель, рулевые и якорные устройства, эхолот, лаг) буксира толкача пр. 1741 Л, г. Тюмень, 1988 г.;

- научно-специализированном семинаре по имитационным методам испытания рулевых устройств судов в Главном управлении Регистра СССР, Ленинград, 1990 г.;

- заседании специализированного научно-технического Совета ЦНИИ ТС по совершенствованию имитационных методов испытания рулевых устройств судов и созданию универсальных нагружателей, Санкт-Петербург, Г995 г.;

- заседании кафедры конструкции судов ГМТУ по совершенствованию имитационных методов испытания рулевых устройств судов и создан™ универсальных нагружателей, Санкт-Петербург, 1995 г.;

- научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава ТУВК по совершенствованию имитационных методов испытания рулевых устройств судов, Санкт-Петербург, 1996 г.

Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в трех статьях, восьми авторских свидетельствах, пяти методических указаниях и одном руководящем документе.

4 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и двух приложений. Общий объем работы составляет 223 страницы машинописного текста, в том числе 42 рисунка и II таблиц в диссертации и 85 страницы двух приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, изложены цель и задачи исследования, полученные научные результаты и юс практическая реализация, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ нагрузок, возникающих в узлах рулевого устройства в результате действия гидродинамической силы. При натурных испытаниях рулевого устройства судна на его баллер действуют изгибанций и крутящий моменты, которые соответственно нагружают опоры баллера и преодолеваются рулевой машиной при перекладках руля.

Результирующий крутящий момент М5" определяется как:

МвМ^Иги)+мк + Игр и), ( I)

где: Мг - гидродинамический момент, обусловленный натеканием потока воды на перо руля или поворотную насадку;

Мк ~~ конструктивный момент, обусловленный трением в упор-

ном подшипнике баллера и сопротивлением воды повороту руля; может быть определен при холостых перекладках руля,' без хода судна и при неподвижном винте;

Игр - момент трения, обусловленный трением в опорных подшипниках баллера и гидродинамической сило« на руле.

Для проверки рулевого устройства в условиях завода-строителя необходимо при помощи средств имитации воспроизвести в его узлах нагрузки, аналогичные ходовым режимам. С учетом равенстваМх^ Му при ходовых и имитационных режимах испытаний (тождество обеспечивается тем, что испитывается одно и то же судно)- этими нагрузками будут: •

Для решения отоЯ задачи необходимо в период ходойнх испытаний определить результирующий крутящий момент на баллере и силу, погружающую опорные подшипники баллера и пуля с:целью воспроизведения их средствами имитации-

¡Зыполненный анализ существующих методов определения крутящего момента и силы, нагружающей опоры баллера при проведении натурных испытаний рулевого устройства, выявил, что:

1) измерения на модели и теоретический-расчетный методы не обеспечивают необходимой точности, диктуемой правилами Главного управления Морского Регистра судоходства, для имитационных испытаний ;

2) измерения давления масла в гвдроцилиндрах рулевой машины

с последующим расчетом крутящего момента на баллере не позволяют определить силу, нагружающую опоры баллера и руля.

Существующие мегодн имитационных испытаний рулевых устройств судов предусматривают применение гравитационных нагруяателей, механических нагруяателей с роликовой опорой, а также испытание

рулевого устройства в потоке воды от гребного винта.

Испытание в потоке води от гребного винта не может быть проведено в условиях цеха или стапеля завода-строителя. Другими недостатками этого метода, ограничивающими его применение, являются удары ошвартованного судна о причальную стенку, размыв дна акватории завода и оснований достроечной стенки.

Имитационные испытания рулевых устройств судов с применением механических нагрукателеП (гравитационных и с роликовой опорой) обеспечивают воспроизведение результирующего крутящего момент.--, на баллере, однако не создают идентичных ходовым режимам нагрузок в опорах. Кроме того, этим методам испытаний присущи другие недостатки, которые ограничивают область их применения, а именно:

- гравитационные нагружатели требуют жесткого крепления блока роликов на корпусной конструкции судна с последующим их демонтажем; сам процесс имитационных испытаний с их применением трудоемок, так как связан с доставкой грузов под кормовой подзор судна при проведении испытаний на акватории; требуется изготовление емкости для изменения нагрузок на руле при его испытании с гравитационным нагружателем поплавкового типа;

- механические нагружатели с роликовой опорой, как правило, имеют сложную конструкцию и в эксплуатации малонадежны.

Во второй главе разработана методика измерения давления масла в гидроциливдрах рулевой машины, по результатам которых определяются нагрузки в опорах рулевого устройства при натурных испытаниях. Метод заключается в проведении измерений в периоды вращения и остановки баллера на определенных углах перекладок руля на правый и левый борта. В качестве датчиков давления вместо ранее применявшихся тензометрических, использованы авиационные электромеханические датчики давления типа МД ЮОТ, позволившие повысить надежность и достоверность измерений и уменьшить аппаратурную труп- -

пу, исключив из ее состава усилитель.

На основании анализа взаимодействия силовых элементов рулевого устройства мелсду собой и самого руля с потоком води при перекладках руля и при их прекращении (баллер неподвижен) выявлена зависимость изменения значений давления масла в гидроциливдрах рулевой машины от силы, нагружаюцей опоры баллера. Это объясняется следующим. В период вращения баллера активная нагрузка, обеспечивающая перекладку руля, создается рулевой машиной. Рулевая машина при этом преодолевает все три составляющие результирующего крутящего момента, который определяется выражением (I). В момент прекращения вращения баллера картина изменится. Активной нагрузкой будет гидродинамический момент, старающийся повернуть руль в положение меньшего сопротивления, но его повороту будут преплтст-

/ Г

вовать рулевая машина М& , момент трения МГп и конструктив-мг

ный момент /7/е . Иными словами:

МгЩ^иЬМг^)^ или м1иу-мгш-м'три)-м'к (2,

Учитывая, что измерение м5и) И мм производится практически в одно и то лее время (разница 0,1 - 0,2 е.), гидродинамический момент на баллере в моменты движения руля и прекращения движения будут одни и те же. Тогда разница результирующих крутящих моментов на баллере, замеренных в период вращения баллера и при его остановке, составит:

амм^- мтри^мтр(¿)+мк +м'к ( 3 )

Конструктивные моменты Мц и Л/*- легко определить на каждом судне при холостых перекладках руля. Причем М^ определяется в начальный момент вращения баллера и характеризуется трением покоя, а Мц определяется в процессе вращения баллера и характеризуе-ся трениеи скольжения. Теоретические зависимости, определяющие

ЛУ м!с / / '

и показывают, что отношение = ~~ , где 1

"к т *

и £ соответственно коэффициенты трения покоя и трения скольже-» ния (или качения) упорного подшипника баллера. То же самое относится и к моментам трения в других опорах рулевого устройства:

•■гр ■ в -*2— На основании сказанного выражение (3)примет вид: МгрСсИ) / ,,

4 Мб[мТр И *//*] •[/*-}-) (4)

Учитывая, чтодуу/^уи /^величины известные, так как измеряются в процессе натурных испытаний рулевого устройства судна, то

и /Л КА

МгрМ=1Т{% (5)

Момент от сил трения Мтр , входящих в формулу (5), характеризует трение баллера в опорных подшипниках. Поэтому суммарный момент трения в опорных подшипниках при повороте баллера определяется

"" (6) где: ¿С - коэффициент трения для I- - й опоры; @I - реакция I- Й опоры; - радиус I- й опоры. Момент на баллере, создаваемый рулевой машиной, определяется через давления в гидроцилиндрах рулевой машины по зависимости:

мечргр,) (7)

где: диаметр плунжера гидроцилиндра рулевой машины;

Ср - длина румпеля;

р{ } р2 - давления масла в гидроцилиндрах рулевой машины противоположных бортов.

Сила Р , нагружающая опоры рулевого устройства в период проведения натурных испытаний может быть получена после выражения в (6) через Р на основании формул (5) и (7) по зависимости: с \\{ьр'-*р)\ -(-I*%)-арЛ-Т^Рм ■ £р

где: Ар' - разница между давлением масла в гидроцилинд-

pax рулевой машины противоположных боргов, на ходу судна во время остановки баллера;

А/Э - то же во время вращения баллера;

Ар - разница между давлением масла в гидроцилиндрах рулевой машины противополо;«п.;/ з, при холостых перекладках руля во

время вращения балле ¡а,

К - коэффициент, ,и.иучае>.шй для рассчитываемого рулевого устройства, после выражения через р* .

Сила JP должна быть воспроизведена средствами имитации (наг-ружателями) при испытании рулевого устройства в условиях завода-строителя.

При разработке конструкции нагружателей за основу был взят простейший механичеекл!! нагружатель, изображенный на рис. I, и выведены аналитические зависимости, позволяющие определить нагрузки на баллере.

I - перо руля; 2 - тросовая связь; 3 - блок роликов; 4 - силовой элемент.

Рис Л. Принципиальная схема простейшего механического нагружателя

Как видно из рисунка, сила натяжения пружины Р^ может быть

разложена на две составляющие: нормальную и тангенциальную

/2 . Величина крутящего момента на баллере будет определяться

выражением: = Рп • Я , а сила Р, будет натру-

н н

дать опоры баллера рулевого устройства. Для обеспечения нагру-жения узлов рулевого устройства с помощью простейшего яагрулсате-ля по нагрузкам ходовых испытаний необходимо соблюсти тождества:

где: М$ и Рр ~ соответственно момент и гидродинамическая сила на ходовых испытаниях;

М$ц и Р^ - момент на баллере и сила натяжения троса, создаваемые нагружателем.

При этом следует заметить, что тождества (У)и(10) одновременно могут быть соблюдены только в том случае, если будут соблюдены тождества ( 10 ) и: р „ _ р

^н п ХЧГД } ( 11 >

где: Xцгд~ расстояние от оси баллера руля до центра гидродинамического давления на руле.

Анализ тождеств ( 10 ) и ( II ), выполненный в работе показывает, что такое условие может быть соблвдено, если нагрузки, создаваемые нагружателем, будут удовлетворять условию:

Рн

2.8 ^ ^ 4,0 ( 12 )

Исходя из аналитических зависимостей, характеризующих работу простейшего кагружателя и выведенных в диссертационной работе:

И-~ \JZ-fl (<- сс*о(. у (Й+х0)+х*

( 13 )

где: // - ход пружины от угла поворота руля оС , характеризующий в зависимости от параметров силового алемента величину силы Рн ;

[^-агшщ^-] с и,

были с помощью ПЭВМ рассчитаны в относительных единицах параметры простейшего нагружателя, позволящие определить нагрузки, создаваемые им при изменении расстояния

Хо . Параметр, характеризующий работу простейшего нагрумтеля, и соотношение нагрузок, создаваемых им, приведены на рис.2.

и р x

Рис.2.Графики, характеризующие изменение —- а 75— от —¡Я . Как видно из рис.2 простейший механический нагрухатель не мажет обеспечивать условие ( 12 ) и в таком виде для имитационных испытаний рулевого устройства в условиях завода-строителя непригоден, так как при равенстве крутящего момента на бадлере в ходовых н имитационных режимах испытания рулевого устройства, опоры бадле-ра при имитационных испытаниях с простейшим механическим натру-

дателем будут недогружены по отношению к ходовым режимам. Для устранения этого недостатка были разработаны конструкции нагру-аателей, где увеличение силц, нагружающей опоры бадлера, осуществлялось либо за счет введения двух независимых силовых элементов рис.3, что также облегчает расчет нагрузок, создаваемых наг-ружателем, либо за счет введения дополнительных элементов, которые догружает опоры баллера рис.4, 5. К разработанным конструкциям иагрулателей были выведены аналитические зависимости, позволяющие определить нагрузки, создаваемые на узлах испытываемого рулевого устройства.

I - поворотная насадка или перо руля; 2 - вал; 3 - силовой механизм нижнего рычага; 4 - диск; 5 - силовой механизм верхнего рычага; б - шшше кольцо с рычагом; 7 - верхнее кольцо с рычагом; 8 - хомут; 9 - шпонка| 10 - силовой механизм. Рис. 3. Нагружаталь с двумя не зависимыми силовыми элементами.

Вид А

¿У" р =р л

'Доп ГН р р Сг Сц

I - перо руля; 2 - рычаг; 3 - ролик; 4 - шарнир; 5 - трос; 6 - рычаг; 7 - система роликов 8 - силовой механизм; 9 - трос; 10 - хомут.

Рис.4.Нагруяагель с одним силовым элементом. 4

Вид А

Б - Б

Доп

I - стойка; 2 - судно; 3 - вин 4 - пружина; 5 - цепь; 6 - ролик; 7 - блок роликов; 8 - поворотная насадка; 9 - замок дистанционной отдачи; 10 - тро^

II - предохранительный трос.

Рис.5.Нагрулатель с двумя зависшими силовыми элементами.

Кроме воспроизведения нагружателями нагрузок, соответствующих ходовым режимам испытания важно, чтобы они распределились по опорам в той же пропорциональности. Для этого в работе определена точка приложения по высоте руля силы, нагружающей опоры баллера, которая для общего случая расположения руля за гребным винтом, рис. 6, будет находиться из выражения:

где

{ -

? £>в ' К'

d' d -А

, , , » • ~ приведены на рис.6 (расстояния, для определения положения хомута поз. 10,рис.4); К - коэффициент нагрузки гребного винта. $1

"De

Рис. 6. Общий случай расположения руля за гребным винтом.

На основании анализа рулевых устройств с пером руля и поворотными насадками были разработаны для нагружателей рис. 3 + 5 параметры силовых элементов, выполненных в виде пружин, позволяющих испытывать рулевые устройства судов, приводимые электрогидравлическими машинами от P0I до F22.

В третьей главе изложен ход экспериментальных работ по определению силы, нагружающей опоры баллера рулевого устройства. Работы проводились на судах типа ПТР 50, проекта 01340 (эаказн 69 и 70 постройки Астраханской судоверфи). Эксперименты состояли в кагру-женки узлов рулевого устройства при помощи средств имитации - нагружателя, конструкция которого приведена на рис. 5. При этом фиксировались параметры работы нагружателя (пружин 5) и рулевого устройства. Далее проводились независимые расчеты силы, нагружающей опоры рулевого устройства: по параметрам нагружателя и по параметрам работы рулевого устройства (по методике, изложенной в главе 2).

Результаты экспериментальных работ приведены в табл.1,о.20. Как видно из таблицы, расхождения сил ¡Факт > создаваемых нагрула-телем и полученных путем расчета по аналитическим зависимостям рис.5, с силами , полученными путем измерения давлений масла в гидроцилиндрах рулевой машины и рассчитанными по методике, изложенной в главе 2, не превышают 2,9%. С учетом того, что погрешность измерительной цепи в эксперименте составляет 3%, можно сделать вывод о правильности метода определения нагрузок в опорах баллера рулевого устройства.

В главе 3 выполнена оценка экспериментальных результатов по методу корреляционного анализа и рассчитаны коэффициенты корреляции, которые для перекладки руля на левый ботр составляют

=0,9985 , на правый борт /^£=0,Э987 . По результатам эксперимента определены и графически построены прямые регрессии.

В четвертой главе рассмотрены вопросы, связанные с внедрением имитационного метода испытания судна пр.01340 на Астраханской судостроительной верфи им. С.М.Кирова. Внедрению метода предшествовало получение на ходовых испытаниях рулевого устройства исходных данных для разработки конструкции нагружателя. Для имитацион-

ного испытания рулевого устройства был применен нагружатель, изображенный на рис.5.

Работы проводились на судах заказов 69 и 70 и заключались в проведении сравнительных испытаний: имитационным методом с помощью нагружателя и в натурных условиях на реке Волге. IIa рис. 7, 8 представлены графики, характеризующие изменение силы, нагружающей опоры баллера, от утла поворота руля при перекладках на левый и правый борта. В табл. 2 приведены результаты сравнительных испытаний.

Согласно требованиям, изложенным в Руководстве Регистра СССР, параметры рулевого устройства при имитационных испытаниях по ходовым режимам на акватории верфи должны соответствовать параметрам работы на реке по прямому назначению, а степень сходимости результатов испытаний должна быть не хуже: по давлению масла -5% ( заказ 69 - 0,72$, заказ 70 - 1,7% ), по силе тока - 10% ( заказ 69 - заказ - 3,7% ), по времени перекладки руля -10% ( заказ 69 - 8,3£, заказ 70 - 4% ).

Положительные результаты, полученные при проведении сравнительных испытаний судов пр. 01340, заказов 69 и 70, зафиксированы актом, в котором подтверждается, что разработанный нагружатель обеспечивает проведение имитационных испытаний рулевого устройства под нагрузками ходовых режимов испытаний и может быть рекомендован для премо- сдаточных испытаний.

В пятой главе выполнен технико-экономический анализ разработанных имитационных методов испытания рулевых устройств, который позволяет сделать выводы:

I. Разработанные нагрузочные устройства и методы имитационных испытаний рулевых устройств позволяют расширить область применения этих видов испытаний за счет более полного воспроизведения нагрузок по сравнению с существующими методами.

а 1р'"

6000

5000

4000

15 20 25 30 35

5 р,н

6000

5000

4000

15 20 25 30 35 (X - заказ 69 ; О - заказ 70

ПБ нагружатель

ПБ на ходу

ЛБ нагружатель

ЛБ на ходу

об, град.

ПБ нагружатель

ПБ на ходу

ЛБ нагружатель

ЛБ на ходу

оС, град.

Рио.8.Изменение силы, нагружающей опори рулевого устройства судна пр.01340 имитационным методой и ма ходу.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСЯШШЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ

Таблица Г

Результаты экспериментальных работ по определению силы, нагружающей опоры баллера руля

Обозначение Руль на JLB Руль на ПБ

15° 20° 25° 30° 35° 15° 20° 25° 30° 35°

Р({акт., н 3752 4150 4399 4570 4193 4074 4648 5207 5459 5417

Ризм..Н заказ 69 3832 4248 4498 4668 4292 4166 4748 5330 5582 5545

заказ 70 3827 4160 4410 4659 4202 4181 4742 5242 5616 5408

Р. н заказ 69 80 98 99 98 99 92 100 123 123 128

заказ 70 75 10 II 89 9 107 94 35 157 9

р 4 -р-. 7> факт. заказ 69 2,1 2,3 2,2 2,1 2,3 2,2 2,1 2,3 2,2 2,3

заказ 70 2.0 0,2 0,2 2,0 0,2 2,6 2,0 0,7 2,9 0,2

Таблица 2

Результаты сравнительных испытаний рулевых устройств судов проекта 01340, заказы 69 и 70

ш п ш а со "X. а П М к (i> с Р- S Наименование параметра Величина параметра Среднее значение Отклонение,

I изм. 2 изм. 3 изм. 4 изм. 5 изм.

X. о махе.давлен в П[. Н/ме- 690 700 700 695 700 697

f- сила тока,А 2,8 2,8 0,72

69 1 ,в£>ëшí, 'Нарек-1 лад.руля,с 13

CS о макс.давлен, в 111. Н/м*- 672 690 , 710 690 700 692 0,7

« о и сила тока,А 2,8 2,8 0

о X время перек- ляп.рули.п 12 12 8,3

ж о макс.даьлан. в Ш. Н/м 720 715 720 715 704 715

сила тока,А 3,7 3,7 1.7

70 а время переклад. руля,с 12 12

тг макс.давлен, в Ш. Шг 704 692 710 710 698 703 1.7

« о сила тока,А 3,7 3,7 0

о х; время переклал, отлл.о 12,5 12,5 4

2. Разработанные имитационные методы испытания рулевых устройств позволяют проводить гас сдачу в условиях цеха (стапеля) и акватории, что обеспечивает такие преимущества, как:

• 2.1 возмомость развития передовых технологий строительства -судов за счет проведения испытаний на более ранних этапах строительства;

2.2 устранение недостатков, выявленных в процессе испытания с меньшими затратами;

2.3 улучшение условий труда приемо-сдаточной команды, привлекательность этого вида работ;

2.4 сокращение периода строительства судна, за счет переноса части приемо-сдаточных работ на ранние этапы строительства судна с возможностью выполнения параллельно других видов работ.

3. Годовой экономический эфпект от внедрения имитационного метода испытания на судне пр. 01340 составил 46,6 тысяч рублей в 1989 году ( в ценах I кв. 1995 г. - 111,5 млн.рублей ).

4. Стоимость нагрукателей для испытания рулевых устройств, окупается в течении 2-3 лет эксплуатации.

выводы

В представленной работе впервые проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие выявить в период ходовых испытаний нагрузки на опорах рулевого устройства судна, а в период проведения имитационных испытаний воспроизвести юс в условиях завода-строителя.

На основании исследований, проведенных в работе, получены следующие основные научные и практические результаты.

Научные результаты:

I. Определены требования к воспроизведению силы, нагружающей опоры баллера при имитационных испытаниях пулевого устройства, "

выполнена оценка и проведен анализ методов и средств, обеспечивающих воспроизведение этой силы;

2. Установлена и экспериментально подтверждена общая взаимосвязь изменения давления* масла в гидроцилиндрах рулевой машины при перекладке и остановке руля с силой, создающей нагрузки на опорах рулевого устройства;

3. Разработана программа ходовых испытаний, позволяющая по результатам измерений давления определить исходные данные для расчета силы, создающей нагрузки на опорах рулевого устройства;

4. На ходовых режимах испытания, по результатам работ по п.п. I, 2, 3, определены нагрузки, возникающие на рулевом устройстве, которые нужно воспроизвести средствами имитации в условиях завода-строителя судна;

5. Разработаны конструкции нагрузочных устройств 3-х типов и выведены зависимости для расчета нагрузок, создаваемых ими на рулевом устройстве в период проведения имитационных испытаний;

6. Получены графические зависимости, позволяющие по результатам ходовых испытаний определить параметры конструктивной схемы нагруяателя для испытания рулевого устройства;

7. Разработан тилоразмерный ряд силовых элементов для универсальных нагружателей, позволяющий испытывать рулевые устройства судов, снабженных электрогидравлическими рулевыми машинами в диапазоне Р01 - Р22;

8. Экспериментально подтверждена адекватность разработанных методов имитационных испытаний рулевых устройств у пирса завода-строителя проверке их в натурных условиях.

Практические результаты:

9. Разработанные имитационные методы испытания рулевых устройств приближают условия проверки по отношению к существующим методам за счет воспроизведения нагрузок на опорах рулевого устройства в соответствии с натурными испытаниями;

10. Разработанные имитационные методы испытания рулевых устройств могут быть применены в цеховых условиях, что благоприятствует развитии современных технологий строительства судив; направленных на сокращение сроков строительства, трудоемкости и повышение качества;

11. Проведение имитационных испытаний судового оборудования в цеховых условиях имеет большое значение для судостроительных заводов, расположенных на водоемах с длительны!.! периодом ледостава, для обеспечения ритмичной, круглогодичной сдачи судов и улучшения условий труда рабочих приемо-сдаточной команды;

12. Результаты исследований реализованы при внедрении приемосдаточных испытаний рулевых устройств серийных судов у пирса Астраханской судостроительной верфи с получением годового экономического эффекта в ценах I кв. 1995 года 111,5 млн. рублей, а также при разработке конструкций нагружателей на Тюменском судостроительном заводе и заводе "Ленинская Кузница" (г.Киев) по результатам натурно испытаний, проведенных по разработанной методике.

Материалы работы использованы при разработке руководящего документа РД5Р.ГКЛИ.0201-325-94 "Суда транспортные. Основные положения по модульной технологии формирования типовых строительных районов и судна в целом на основе применения модульных сборочных единиц".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Соловьёв Г.В. Перспективы создания нагружателей для испытания якорных и рулевых устройств. Л., НТО им. акад. А.Н.Крылова, 1986, вып. 424.

2. Соловьёв Г.В. Определение нагрузок в узлах рулевого устройства судна. Л., - Технология судостроения, 1990, Л II.

3. Соловьёв Г.В. Средства имитации при испытании рулевых уст-

ройств судов. Л., - Технология судостроения, 1990, JS II.

4. Соловьёв Г.В., Вдовиков Г.В., Нелезин В.М., Кедоспасов В.П. Устройство для испытания ездовых рулевых устройств. А.с.Je IC49354, кл. В63Н 25/08, 1982.

5. Соловьёв Г.В., Шибаев В.Н., Сержантов В.И. Устройство для испытания судовой силовой установки с гребным винтом. A.c.

.'í II3I77I, кл. В63Н 21/00, 1983.

6. Соловьёв Г.В., Вдовиков Г.В., Нелезин В.М. Устройство для испытания судовых рулевых устройств. A.c. J6 II3I773, кл.ВбЗН 25/08, 1982.

7. Соловьёв Г.В., Вдовиков Г.В., Нелезин В.М. Устройство для испытания судовых рулевых устройств. Л.с. № II62688, кл.ВбЗН 25/08, 1984.

8. Соловьёв Г.В. Устройство для испытания рулевого устройства. A.c. Ji 1355546, кл. В63Н 25/08, 1986.

9. Соловьёв Г.В. Устройство для испытания судовых рулевых устройств. A.c. Л 1440792, кл. В63Н 25/08, 1987.

10. Соловьёв Г.В., Горбачев П.Г. Способ определения нагрузок на баллере судового руля, A.c. Ii 1546338, кл. В63Н 25/08, 1988.

11. Соловьёв Г.З, Способ определения нагрузок на баллере судового руля. A.c. >* 1600208, кл. В63Н 25/08, 1989.