автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Технология погрузки (выгрузки) и транспортирования тяжеловесных сборочно-монтажных единиц судового оборудования на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением

На правах рукописи Кравчишин Владимир Николаевич \\

ТЕХНОЛОГИЯ

ПОГРУЗКИ (ВЫГРУЗКИ) И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ СБОРОЧНО - МОНТАЖНЫХ ЕДИНИЦ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ С ОГРАНИЧЕННЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОСНАЩЕНИЕМ

Специальность: 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005010791

Санкт-Петербург 2011

005010791

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «ЦЕНТР ТЕХНОЛОГИИ СУДОСТРОЕНИЯ И СУДОРЕМОНТА» (ОАО «ЦТСС»)

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Герасимов Николай Иванович

доктор технических наук, старший научный сотрудник Куклин Олег Сергеевич

кандидат технических наук, доцент Рогозин Владимир Алексеевич

Ведущая организация:

ОАО «Центр судоремонта «Звездочка»

Защита состоится «25» января 2012 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д223.009.04 при Федеральном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций» по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7, ауд. 235.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский университет водных коммуникаций».

Автореферат разослан 22 декабря 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного-совета Д 223.009.04 д.т.н., профессор

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из направлений повышения мобилизационной готовности Российской Федерации в современных условиях является разработка комплекса первоочередных мероприятий, обеспечивающих техническую готовность транспортных и иных средств, осуществляемых в случае возникновения и нарастания угрозы агрессии. Согласно Положению о военно-транспортной обязанности, военно-транспортная обязанность является составной частью мобилизационной подготовки и мобилизации в Российской Федерации, и заключается в заблаговременной подготовке, в том числе, водного транспорта, промысловых и специальных судов, планируемых к использованию в интересах Вооруженных Сил и к осуществлению производственной деятельности в условиях военного времени.

В научных трудах, в которых исследуются вопросы развития системы мобилизационной подготовки средств водного транспорта, особо выделяется противоречие между высокими требованиями к качеству мобилизационных ресурсов и низким реальным техническим состоянием мобилизационно предназначенных средств водного транспорта, большинство из которых - это устаревшие морально и физически гражданские морские и речные суда. Низкий уровень технического состояния мобилизационно предназначенных судов, обуславливает необходимость восстановления его до приемлемых значений и требует значительных по объему и времени выполнения сопутствующих ремонтных работ при переоборудовании и подготовке к решению задач в военное время.

Недостаточная обеспеченность современным техническим оборудованием судоремонтных предприятий отрасли не позволяет, например, осуществлять выгрузку и погрузку крупного тяжеловесного судового оборудования, подлежащего ремонту. Ряд предприятий, запасных судоремонтных баз не имеют стационарных причалов, подъездных путей к пирсам и средств для транспортирования тяжеловесного судового оборудования в ремонтные цехи и обратно. В таких условиях своевременный и качественный ремонт судового оборудования без новых технологий и средств технологического оснащения (СТО) становится проблематичным.

Реально, как показали учения и военный опыт, процесс переоборудования судов и их подготовка к решению специальных задач и осуществлению производственной деятельности в военное время будет включать не только детерминированные работы по реализации специальных проектов, но и сопутствующие работы по восстановлению технической готовности.

Объемы, характер и продолжительность выполнения специальных и сопутствующих ремонтных работ во многом зависят от организации эксплуатации судов и на момент подготовки производства к их выполнению являются неопределенными и в ряде случаев не могут быть реализованы известными традиционными технологическими методами и приемами.

С учетом исключительной важности строгого соблюдения временных параметров при выполнении мобилизационных заданий по восстановлению технической готовности судов возникает актуальная научная задача, связанная с исследованием прогрессивных технологий, средств технологического оборудования в судоремонте и обоснованием возможности их адаптации (применения) в чрезвычайных условиях.

Такая задача представляется актуальной не только исходя из отечественного опыта, но также в связи с результатами анализа зарубежных информационных источников.

Таким образом, выявленное противоречие и научные предположения о направлениях его разрешения определили актуальность темы диссертационного исследования и его основные исходные параметры.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются гражданские суда, корабли и суда обеспечения ВМФ. Предметом исследования является технология и средства оснащения для ремонта кораблей и судов на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением.

Цель исследования состоит в обеспечении своевременного восстановления ресурса военно-морской техники и выполнения сопутствующего ремонта при переоборудовании мобилизационно-предназначенных судов на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением. Цель исследования в работе достигалась за счет последовательного решения следующих задач.

1. Анализ существующей судоремонтной базы, оценка технического состояния мобилизационного судового ресурса1 и обоснование необходимости восстановления его технической готовности в исполнительный период.

2. Исследование влияния упругих деформаций и технологических погрешностей изготовления и монтажа опорных конструкций каткового устройства автоматического поддержания заданных нагрузок в силовых подвесках на его работоспособность.

3. Исследование и определение зависимостей грузоподъемности и упругой деформации от параметров и применяемых материалов компенсатора нагрузок.

4. Исследование влияния упругой деформации транспортировочных балок на перераспределение нагрузок на ролики дорожек и в целом на их работоспособность. Определение основных параметров транспортировочных путей.

5. Исследование напряженного состояния ледового покрытия от упругой деформации транспортировочных путей и резинового компенсатора при перемещении тяжеловесного изделия. Определение основных параметров транспортировочных путей.

6. Разработка и внедрение методики расчета основных параметров технологического оснащения и руководящего документа по обеспечению ускоренного восстановления ресурса военно-морской техники и сопутствующих ремонтов при переоборудовании судов гражданского флота в исполнительный период.

Научные результаты и их новизна.

1. Впервые определены и обоснованы наиболее эффективные методы и средства технологического оснащения для выполнения операций выгрузки (погрузки) тяжеловесных сборочно-монтажных единиц (СМЕ), и их транспортирования.

2. Впервые установлены зависимости чувствительности катковой саморегулирующейся системы от жесткости технологических балок, углов и местонахождения наклонных опор при работе с симметричными и несимметричными сборочно-монтажными единицами энергетического оборудования.

3. Впервые выполнено математическое описание зависимости упругой деформации и грузоподъемности компенсатора перегрузок от основных параметров комплекта упруго-силовых элементов - пустотелых цилиндров.

4. Определена функциональная зависимость влияния упругой деформации транспортировочных путей на распределение нагрузок на элементы качения - пустотелые ролики дорожек и грузонесущую их способность.

5. Впервые разработана математическая модель совместного силового взаимодействия композитной транспортировочной балки, включающей в свой состав ледовое покрытие, с упругой опорой, состоящей из демпфирующей прокладки и металлических листов (траков).

6. Разработаны два отраслевых руководящих документа: «Суда обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Основные положения технологии замены и ремонта судового энергетического оборудования». ГКЛИ.1702 - 030 - 2011; «Суда обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Правила и нормы проектирования средств технологического оснащения». ГКЛИ.1702 - 031 - 2011.

Новизна научно-технических решений подтверждена: Патентом на полезную модель «Устройство для перемещения тяжеловесного оборудования». № 99475 с приоритетом от 28.06.2010г.; Решением о выдаче патента на изобретение «Устройство для измерения усилия натяжения каната грузоподъемного механизма» №2010117722/11 с приоритетом от 04.05.2010г.

Степень разработанности темы и теоретическая база исследования определяется научными работами следующих ученых: Богданова В.П., Герасимова Н.И., Григорьева A.M., Крупнова Ю.А., Кудрявцева Ф.А., Путвинской Е.И. и других.

Методологическую основу исследования составляют теоретические положения классической механики, теории упругости, а также апробированные научные методы исследований: системный подход, анализ, методы математической статистики, теории вероятности и другие.

Эмпирическую основу исследования составили требования законодательных актов, ведомственных руководящих документов технического и мобилизационного характера, данные о зарубежном и отечественном опыте по исследуемой теме, данные о ремонтах кораблей и судов.

Научная и практическая ценность работы. Научная значимость работы состоит в том, что полученные результаты являются вкладом в науку, изучающую технологию судостроения, судоремонта и организацию судоремонтного производства, дополняют и развивают теоретические знания о технологических процессах замены (ремонта) и транспортирования тяжеловесных СМЕ судового оборудования.

Практическая значимость результатов исследований заключается в том, что их внедрение позволило создать новые эффективные технологические процессы и средства технического оснащения, обеспечивающие ускоренный ремонт кораблей и судов на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением.

Достоверность и обоснованность научных результатов основана на широком использовании официальных документов и источников, защищенных исследований, применении корректных методов их анализа, рассмотрении альтернативных решений поставленных задач и

апробации основных положений исследования. Достоверность полученных решений обеспечивается также результатами лабораторных испытаний и практическими результатами внедрения.

Апробация работы. Результаты исследований прошли апробацию на ряде предприятиях судостроительной отрасли промышленности (ОАО «ПО «Северное машиностроительное предприятие», ОАО «Центр судоремонта «Звездочка», ОАО «Зеленодольский завод имени A.M. Горького» и др.). Материалы диссертации использовались для подготовки двух руководящих документов, а также в ходе выполнения НИР «Разработка и обоснование технико-экономических критериев, системы требований мобилизационного характера к гражданским судам, определение механизма реализации этих требований на стадиях проектирования, постройки и эксплуатации судов в обеспечение наращивания военно-экономического потенциала». Основные положения работы докладывались на семинаре-совещании специалистов судостроительной отрасли 28. 06. 2011г.

Публикации. Научные результаты диссертации опубликованы в 10 научных изданиях, в том числе 7 - в изданиях, включенном в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ. Из опубликованных работ 5 работ выполнено единолично.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 116 наименований и приложения. Работа изложена на 159 страницах, содержит 17 таблиц и 38 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Анализ существующих методов замены и ремонта крупного судового оборудования. Обоснование оптимальных схем технологии замены и ремонта энергетического оборудования судов на предприятиях с ограниченным технологическим оборудованием. Постановка задач исследования» выполнены: анализ состояния существующей судоремонтной базы; оценка технического состояния мобилизационного судового ресурса и обоснование необходимости восстановления его технической готовности в исполнительный период; анализ существующих способов погрузки (выгрузки), способов перемещения тяжеловесных СМЕ и выбор наиболее оптимальных исходя из возможности адаптации их к условиям ремонта на маломощных судоремонтных предприятиях и запасных судоремонтных базах (ЗСБ).

Одним из наиболее прогрессивных методов монтажа крупных СМЕ в судостроении и судоремонте является модульно-агрегатный метод (МАМ).

Наряду с положительными качествами МАМ содержит ряд сложных технических проблем. Значительная часть этих проблем относится к технологическим операциям, связанным с выгрузкой тяжеловесных СМЕ из помещений судов, транспортированием в ремонтные цехи предприятий и обратно к судам и их погрузкой на штатные фундаменты. Сложность данных операций заключается в отсутствии необходимой оснащенности многих судоремонтных предприятий сухими или плавучими доками, специально оборудованными пирсами и кранами достаточной грузоподъемности, специального технического оборудования.

Для осуществления операций погрузки (выгрузки) СМЕ в помещения судов в отечественном и зарубежном судостроении известен ряд нетрадиционных методов погрузки тяжеловесного оборудования без использования кранов. Так, на Выборгском судостроительном заводе была разработана и внедрена специальная технология, предусматривающая проведение погрузки судовых котлов с пирса через технологические выреза в бортах судов проектов 1586 и 1590П, находящихся на плаву. Погрузка и восстановление корпусных конструкций судна были осуществлены в течение двух дней.

Согласно зарубежным источникам при ремонтах и модернизации судов и кораблей в ряде случаях осуществлялась погрузка судового оборудования через технологические проемы бортов. Например, на одной из верфей США была осуществлена погрузка парогенераторов через вырез в борту прочного корпуса ПЛ. Во всех случаях технология нетрадиционной погрузки через бортовые проемы была технически и экономически целесообразной, обеспечивала быстрое решение технической проблемы, не снижая при этом эксплуатационных качеств корпусных конструкций и устанавливаемого оборудования.

Другим не менее эффективным методом, применяемым при ремонтах, является метод выгрузки и последующей погрузки вышедшего из строя судового оборудования через вырез в днище судна. На рисунке 1 приведена схема технологии выгрузки и последующей погрузки редуктора ГТЗА после выполненного ремонта. Такая технология была разработана в ЦНИИ технологии судостроения и реализована на судоремонтном заводе пос. Росляково при ремонте редуктора ГТЗА крейсера проекта 1143.

К известным и сравнительно простым методам следует отнести погрузку СМЕ с судна на судно или с пирса на палубу судна, находящегося на плаву.

Рассмотренные выше методы обладают одним существенным недостатком. В процессе выгрузки и погрузки используется сложная по исполнению операция - вертикальное перемещение СМЕ на талях, которые практически невозможно на всем протяжении опускания или подъема оборудования нагружать в расчетном режиме. А это может привести к недопустимой перегрузке талей, их разрушению или обрыву. Поэтому в практике выполнения грузоподъемных операций применяются различные системы автоматического поддержания заданных нагрузок на грузоподъемных устройствах.

Анализ существующих систем автоматического регулирования и синхронизации нагрузок в силовых связях позволил выбрать ряд систем, которые в большей степени удовлетворяют условиям проведения ремонтных работ на предприятиях с низким технологическим оснащением. Одна из них - катковая саморегулирующаяся система (рис. 2).

Основная функция данной системы заключается в автоматическом поддержании установленных нагрузок на грузовых стропах путем автоматического перемещения парных катков (тележек) по длине наклонных опор. Важнейшим параметром такой системы является ее чувствительность к возникающим перегрузкам в силовых ветвях при несинхронной работе на талях. Согласно данным исследований Герасимова Н.И., чувствительность к разности нагрузок в силовых ветвях при оптимальных параметрах катковой системы составляет 3-5%.

Однако в реальных условиях достигнуть оптимальных параметров системы будет практически не возможно из-за некачественного ее изготовления и монтажа в сжатые сроки, т.е. чувствительность такой системы будет несколько ниже. Для обоснованного назначения основных параметров системы и выбора талей, с оптимальной грузоподъемностью были выполнены исследования влияния технологических погрешностей изготовления, монтажа и упругих деформаций элементов оснастки на общую чувствительность катковой системы.

В обеспечении надежной работы системы грузоподъемных устройств (талей) возможно использование в каждой силовой связи (в стропе) компенсирующего устройства, работающего по принципу пружины растяжения или сжатия. В этом случае при неравномерной работе грузоподъемных устройств перегрузка отдельных силовых связей будет происходить медленнее, т.е. характеристика нагружения будет значительно «мягче», что позволит в процессе подъема или опускания СМЕ отслеживать и корректировать индивидуальную загрузку каждой тали.

1 - палуба дока; 2 - дорожка роликовая; 3 - рама транспортировочная; 4 - редуктор ГТЗА; 5 - таль; 6 - строп; 7 - кронштейн технологический; 8 - балка технологическая; 9 - проушина подвижная; 10 - каток (ролик)

1 - каток; 2 - балка технологическая; 3 - таль; 4 - проушина; 5 - секция корпуса; 6 - опора наклонная; 7 - связь; 8 - обух подвижный

Рис. 1 - Схема технологии выгрузки и погрузки редуктора ГТЗА

Рис. 2 - Схема катковой саморегулирующейся механической системы

В зарубежном и отечественном судостроении такие устройства в силовых ветвях грузоподъемных систем не применяются, так как их создание представляет сложную проблему из-за противоречащих к ним требований. Учитывая важность решения данной проблемы, в работе предложена новая конструкция компенсатора перегрузок, состоящая из телескопически собранных тонкостенных упругих цилиндров (рис. 3).

С целью определения математической зависимости значений упругих деформаций и предельных нагрузок упругого элемента компенсатора от параметров и количества цилиндров, входящих в общую сборку, а также от технологических погрешностей их изготовления и применяемых материалов в ходе исследования проведен комплекс испытаний.

В судостроении широко используется метод погрузки СМЕ в виде агрегата с открытого торца отсека или помещения корабля, судна. Сборку агрегатов производят на стендах и затем перемещают в отсеки на роликовых дорожках.

С целью адаптации данного метода к экстремальным условиям, при которых все работы по переоборудованию и сопутствующему ремонту судов потребуется проводить в сжатые сроки и, возможно на судоремонтных предприятиях, не имеющих достаточной технической оснащенности, необходимы критерии выбора жесткости транспортировочных путей и роликов дорожек. Работ по исследованию влияния нежестких транспортировочных путей на распределение нагрузки на ролики дорожек в настоящее время не существует.

В отечественной и зарубежной практике довольно часто используется способ перемещения тяжеловесных изделий непосредственно по льду. По ледовым транспортировочным путям транспортируют крупногабаритные реакторы нефтехимической промышленности, массивные блоки электростанций, мощные трансформаторы и гидронасосы. В этой связи в главе обосновывается подобная схема технологического перемещения (транспортирования) крупных СМЕ от судна к цеху и обратно по ледовым путям, а также погрузку их в помещения судов, кораблей (рис. 4).

1 - вилка нижняя; 2 - вилка верхняя;

3 - фиксатор нижний (эластичный);

4 - фиксатор боковой (эластичный);

5 - пакет цилиндров; 6 - ограничитель нагрузки; 7 - ось; 8 - указатель;

9 - винт

Рис. 3 - Схема компенсатора перегрузки грузоподъемного устройства

1 - стенд сборки и погрузки СМЕ;

2 - СМЕ; 3 - лоток нижний;

4 - гидроизоляция (пленка полиэтиленовая);

5 - лоток верхний; 6 - прокладка

Рис. 4 - Схема погрузки СМЕ в помещение судна по ледяным дорожкам

Для назначения необходимых габаритов силовых элементов транспортировочных путей в работе исследовано: влияния толщины упругого компенсатора 1Р на распределение нагрузки на ледовую дорожку по всей длине полки агрегата; взаимосвязь толщины и места расположения в транспортировочной балке ледового массива на габариты транспортировочной балки и ее работоспособность.

На основании проведенного аналитического обзора сформулирована цель и определены задачи исследования.

Во второй главе «Исследование технологии и средств оснащения при вертикальном перемещении тяжеловесных сборочно-монтажных единиц» выполнены исследования: влияния упругих деформаций и технологических погрешностей изготовления и монтажа опорных конструкций каткового устройства автоматического поддержания заданных нагрузок в силовых подвесках на его работоспособность; зависимостей грузоподъемности и упругой деформации компенсатора нагрузок от его параметров и применяемых материалов.

При вывешивании тяжеловесных СМЕ технологические балки упруго деформируются, что в отдельных случаях может привести к существенным угловым изменениям наклонных опор (площадок). Так, расположение наклонных опор, установленных симметрично относительно центра балки, изменяется и приводит (рис. 5а): к одинаковому уменьшению углов наклона опор для симметричных конструкций СМЕ; к неравномерному уменьшению углов наклонных опор для несимметричной конструкции СМЕ.

В случае несимметричного нагружения балок происходит разворот наклонных опор в одном направлении (рис. 56). Углы поворота для левой и правой опор составят:

lp.iL -1Ы-1гЬ.Ь -11)]~2р111(ь-21,к -/,)}

(1)

еЬс 6ЕЛ

(р,1,+р,ьк2 -зь 1,+нй (2)

При этом угол наклона левой опоры уменьшается, а правой - увеличивается.

Рис. 5 - Схема изменения углов наклона симметрично и несимметрично расположенных опор относительно центра балки

Для симметричной схемы нагружения балок (рис. 5а) равными нагрузками вероятные углы наклона опор уменьшатся на одну и ту же величину и составят:

-Г=а-(71гЫ+г1+Г1+Г: + <2)

а„ = а

(3)

где: Щ- коэффициент запаса технологической точности, который для нашего случая можно принимать в диапазоне 1,15-1,3;

У1 - угловое отклонение плоскости балки от горизонтальной плоскости для установки наклонных опор;

\г - отклонение угла наклона опоры при ее изготовлении от заданного чертежом значения;

Уз - угловые отклонения при монтаже технологических балок от заданного установочным чертежом положения;

у« - угловое изменение наклонной опоры от заданного положения из-за применяемого способа крепления.

При несимметричных СМЕ, в состоянии статического равновесия грузоподъемного механизма, нагрузки на тали и катковые опоры, а также углы опор определяются в соответствии с уравнениями статики, учетом упругой деформации балок и погрешностей изготовления и монтажа опор.

Исследованиями Герасимова Н.И. установлено, что чувствительность катковой системы снижается с уменьшением углов наклона опор, при этом оптимальными углами наклонных опор следует считать углы в диапазоне 15-^30°.

В мобилизационный период изготовление сложных узлов оснастки, включающих подшипники качения, не представляется возможным и целесообразным. Поэтому следует использовать подшипники скольжения, как наиболее простои способ, не требующий значительного времени на подготовку. Однако в этом случае чувствительность катковой системы снизится и при углах наклона опор 30° составит 15%. Следовательно, при перемещении тяжеловесных СМЕ расчетные нагрузки на отдельных талях могут быть превышены на 15%. Кроме того, технологические погрешности, которые могут быть допущены при изготовлении и монтаже балок и наклонных опор, а также упругие деформации самих балок от нагрузок, приводящие к изменению положения наклонных опор, в конечном итоге могут вызвать разбалансировку всей саморегулирующейся системы, а также снизить ее чувствительность к перегрузкам.

С целью исключения опасных перегрузок представляется необходимым либо повысить жесткость балок, допуски на изготовление и монтаж наклонных опор, либо увеличить углы наклонных опор на расчетную величину, равную изменению их положения от изготовления, монтажа и упругой деформации балок.

В работе исследовано влияние жесткости балки с конкретными размерами и нагрузками на изменение углов наклона опор. На основании выполненного расчета изменения углов наклона опор на балке при симметричном ее нагружении построены графические зависимости (1л и 1п) угла поворота наклонной опоры от момента инерции сечения балки (рис. 6).

1 - симметрично приложенная нагрузка, Р1=Р2=300кН; 2 - симметрично приложенная нагрузка, Р 1=200 кН, Рг=400кН; 3 - несимметрично приложенная нагрузка, Р,=Р2=ЗООкН; 4 - несимметрично приложенная нагрузка, Р,=200 кН, Р2=400кН.

Рис. 6 - Зависимость суммарного угла наклона левой и правой опоры от момента инерции сечения для различных вариантов нагрузки

Из анализа зависимостей установлено, что влияние жесткости балки на разворот наклонных опор может быть существенное и тем самым значительно снижать чувствительность системы в целом. Поэтому при проектировании технологических балок необходимо учитывать возможные изменения углов положения опор. Так, например, при изменении углов опор на 8 -10° чувствительность системы в целом снижается более чем на 20%, что требует применение более мощных грузоподъемных устройств, что не всегда представляется возможным.

Кривые 2л и 2п свидетельствуют, что при нагружении балки симметричными, но неравными силами разворот наклонных опор в зависимости от жесткости балки также может достигать значений до 11°, снижающих чувствительность системы в целом более чем на 20%. При этом абсолютные значения углов поворота как левой, так и правой опор имеют незначительные отличия друг от друга и составляют, в данном случае, не более 0,5°.

Кривые 3 и 4 - зависимости углов разворота наклонных площадок от момента инерции сечения балок и принятых нагрузках. Из анализа графических зависимостей 3 и 4 можно сделать следующие выводы:

- при нагружении недостаточно жестких балок осуществляется значительный разворот наклонных опор. Так, для данного сечения балок при указанных выше нагрузках максимальное

-20

], СМ

изменение положения левых опор балок составляет около -16° (кривая Зл) и -18° (кривая 4л). Это означает, что при работе саморегулирующейся системы фактические углы левых опор будут значительно уменьшены относительно принятых проектом, а углы наклонов правых опор наоборот будут увеличиваться, при этом максимальное значение для данного примера составит более 4°;

- угловое отклонение левых и правых опор от заданных проектом положений может привести к разбалансировке системы в целом и, как следствие, непроизвольному перемещению катков.

Выполнен анализ влияния жесткости (разворота наклонных опор) технологических балок на чувствительность катковой системы поддержания заданных нагрузок при вывешивании симметричных и не симметричных СМЕ, задействованных симметрично и несимметрично относительно поперечных центров балок. На основании выполненных выше расчетов углов разворота балок в зависимости от схем их нагружения определены дополнительные, максимальные нагрузки и пороги чувствительности саморегулирующейся системы. Построены графические зависимости (рис. 7).

Анализ результатов расчетов и графических зависимостей, представленных на рисунке 7. позволил сделать следующие выводы.

1. При симметричном расположении на балках симметричной СМЕ «чувствительность» саморегулирующейся системы снижается более чем на 8-10% от синхронного уменьшения углов наклонных опор, что приводит к увеличению нагрузки на отдельные силовые звенья (грузовые тали) также на 8-10% (рис. 7а).

2. При симметричном расположении на балках несимметричной СМЕ установлено, что при развороте наклонных опор на 8° и выше происходит полная разбалансировка саморегулирующейся системы, т.е. происходит перемещение СМЕ на катках по наклонным опорам из-за возникновения результирующего усилия, превышающего усилие трения перемещения. При углах разворота наклонных опор, менее 8°, система становится работоспособной. Однако, с увеличением угла разворота наклонных опор «чувствительность» системы падает (кривая 1, рис. 76).

3. В случае несимметричной нагрузки технологических балок при вертикальном перемещении СМЕ симметричных и несимметричных конструкций:

для симметричных СМЕ при развороте наклонных опор в одну сторону (для данного примера - по часовой стрелке) с образованием общего угла поворота свыше 8° происходит полная разбалансировка системы. При меньших углах разворота опор система теряет «чувствительность» до 20% (см. кривую зависимости 2, рис. 76);

- для несимметричных СМЕ при развороте опор в одну сторону с образованием общего угла поворота свыше 8° происходит полная разбалансировка системы. При образовании меньших углов разворота наклонных опор системы теряет «чувствительность» до 29%.

ч

\ N

¿Иск 1Н Л

1 _5_

/ У

у 2.

а) б)

1 - кривая зависимости «чувствительности» системы от Д Пек при симметричной нагрузке балки силами Р, = 200кН, Р2 = 400кН; 2 - кривая зависимости «чувствительности» системы от Д Иск при несимметричной нагрузке балки силами Р, = Р2 = ЗООкН; 3 - кривая зависимости «чувствительности» системы от Д Иск при несимметричной нагрузке балки силами Р, = 200кН, Р2 = 400кН

Рис. 7 - Графики зависимостей «чувствительности» саморегулирующейся системы к перегрузкам от изменения углов наклонных опор при симметричной нагрузке балки силами Р-| - Р2 = 300 кН (а) и от Д Яск при различных вариантах нагружения (6)

При решении задачи об определении зависимостей грузоподъемности и упругой деформации компенсатора нагрузок от его параметров и применяемых материалов введено понятие о предельной упругой деформации (податливости) и грузоподъемности компенсатора нагрузок, подразумевающее нагрузку, при которой еще обеспечивается его работоспособность.

С учетом результатов работы Григорьева A.M., Путинской Е.И., автором определена предельная упругая деформация полого цилиндра в зависимости от его коэффициента пустотелости и предела текучести материала.

Pu=Rujr-lu-ffrfejlnj^ (4)

где 1ц-длина цилиндра, см; _Яг - коэффициент пустотелости цилиндра;

а = я,

\fjT] - допускаемое напряжение, МПа. Так как пружинные стали не имеют ясно выраженной

физической площадки условный предел текучести принят = д. ];

R, - наружный радиус пустотелого цилиндра, см; R2 - внутренний радиус втулки, см.

На основании известного решения строительной механики о сжатии кольца двумя противоположными сосредоточенными силами Рис учетом формулы 4 определена предельная упругая деформация кольца

(l+a, 1

<Тт

¿>5,6—

г-=-1 п —2 l~a а

(5)

где; Е-модульупругости материала цилиндра, МПа; J - момент инерции сечения стенки

цилиндра, см4; т =М_; Ь=1ц - длина цилиндрической втулки, см; М=ВгЯ2 - толщина 12

цилиндрической втулки, см.

Учитывая тот факт, что при сжатии компенсатора все упругие элементы его (цилиндрические втулки) деформируются на одно и то же значение, следовательно, предельное значение упругой деформации для каждого элемента будет одинаковым. Очевидно, что в этом случае предельная нагрузка каждой из цилиндрических втулок будет разная. Поэтому предельная грузоподъемность всего комплекса собранных цилиндрических втулок

равна или

(6)

-а, а,

Так как ¿)ц. величина упругой деформации постоянная для каждой цилиндрической

втулки, то из уравнения 6 можно выразить Я, каждой входящей в комплект втулки, введя в него коэффициент пропорциональности Кр,. ^ ^ £

Г у (7)

-а а

Для построения диаграммы зависимостей наружного радиуса Иц цилиндрической втулки от коэффициента пропорциональности КРи были выбраны для стали 60С2А значения упругой податливости равными 10,13,15, 17 и 20 мм.

На рис. 8 представлены графические зависимости наружного радиуса Иц каждой цилиндрической втулки компенсатора нагрузки от коэффициента пустотелости «а» и коэффициента КР|.

Анализ графических зависимостей позволяет сделать вывод, что при одинаковых значениях коэффициентов пустотелости «а» наружный радиус изменяется прямо пропорционально от значений коэффициентов КР|, т.е. от установленных величин упругой податливости , и обратно пропорционально от предела текучести материала цилиндра.

Графические зависимости 1 -5 (рис. 8) позволяют определить основные параметры кахедой цилиндрической втулки, входящей в комплект (в набор) компенсатора нагрузок, имеющих различную упругую податливость.

1 - графическая зависимость упругой деформации цилиндра до 20 мм;

2 - графическая зависимость упругой деформации цилиндра до 17 мм;

3 - графическая зависимость упругой деформации цилиндра до 15 мм;

4 - графическая зависимость упругой деформации цилиндра до 13 мм;

5 - графическая зависимость упругой деформации цилиндра до 10 мм

Рис. 8 - Графические зависимости наружных радиусов цилиндрических втулок от коэффициентов пустотелости

В качестве примера практического применения данного подхода, в работе выполнен расчет основных размеров каждой цилиндрической втулки и в целом компенсатора нагрузок с предельной упругой податливостью 15 мм и грузоподъемностью не менее 80 кН. Для расчетов использовались следующие данные: графическая зависимость №3, наружный диаметр первой цилиндрической втулки был принят равным 160мм, а длина - 150мм.

На рисунке 9 построены графические зависимости для одинарного пустотелого цилиндра, имеющего такие же размеры, что и для искомого компенсатора (набора цилиндрических втулок).

В результате расчетов получено: упругая податливость пустотелого цилиндра составляет всего 2,36 мм при предельной нагрузке -1100 кН.

Из анализа графических зависимостей 1 и 2 рис. 9 установлено, что комплект цилиндрических втулок превышает упругую деформацию пустотелого цилиндра в 6-7 раз, при этом несущая способность снижается более чем в 10 раз.

1 - графическая зависимость компенсатора нагрузок;

2 - графическая зависимость пустотелого цилиндра.

Рис. 9 - Зависимости предельной нагрузки компенсатора и пустотелого цилиндра от упругой их податливости

В третьей главе «Исследование технологии и средств оснащения при горизонтальном перемещении тяжеловесных сборочно-монтажных единиц» выполнены исследования влияния упругой деформации транспортировочных балок (путей) на: распределение нагрузок на ролики дорожек и их несущую способность; напряженное состояние ледового покрытия.

При перемещении сборочно-монтажных единиц на роликовых дорожках необходимо выполнить одно из условий для эффективной их работы - обеспечить распределение массы СМЕ на все ролики.

Из работ Путвинской Е.И., Герасимова Н.И. известно, что опасную перегрузку отдельных роликов дорожек можно снизить, используя более податливые пустотелые цилиндрические ролики. При этом упругая податливость таких роликов ограничена определенной предельной нагрузкой, после достижения, которой ролик получает заметное необратимое формоизменение или разрушается. В диссертационной работе определено влияние совместного упругого сближения абсолютно жесткой СМЕ массой в и нежестких путей при сжатии пустотелых цилиндрических роликов. На рисунке 10 представлена схема сжатия статической силой С/2 ряда одинаковых роликов ме>еду двумя опорными поверхностями: полки СМЕ и балки транспортировочного пути.

Лтах - максимальный прогиб балки; &х- текущая ордината профиля пути; б тах- максимальная деформация ролика; 5%- упругая деформация ролика; Рх- нагрузка на ролик; Ц- длина полки СМЕ; 1 - шаг установки роликов под полкой

Рис. 10 - Схема нагружения роликов между опорными поверхностями полок СМЕ и балок транспортировочных путей

В результате исследования определены предельно допустимые деформации транспортировочных балок с учетом погрешностей изготовления, монтажа и жесткости транспортировочных путей, технологических погрешностей изготовления роликов дорожек и неточностей расположения полок перемещаемого изделия, при которых еще обеспечивается работоспособность элементов качения - пустотелых роликов.

д -0,2229-3—[|Г Ы--^-] (8)

где: -наружный радиус ролика; [Р] - предельная грузоподъемность ролика; Ер- модуль упругости материала ролика; ^ - момент инерции стенки ролика; п - количество роликов под полкой СМЕ; К„ - коэффициент, учитывающий неравномерность продольной и поперечной нагрузок на транспортировочные пути из-за не параллельности полок агрегата (монтажная погрешность),

"= Ж' ^ ^ ~~ предельная ^РУгая деформация пустотелого ролика.

В ходе исследования для расчетов принимались следующие параметры ролика: длина

Iр = Юсм, наружный радиус = 4см, коэффициент пустотелости ролика - а, величина

переменная. (Принимались значения: 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,85; 0,9). Ролик изготовлен из пружинистой стали марки 60С2А (модуль упругости ЕР=2,09хЮ5МПа, предел текучести \(у.т\

=1,4х103МПа). Масса перемещаемого изделия 120 т. Количество используемых роликов под полкой изделия п = 20, коэффициент Км = 0,9. На основании выполненных расчетов по формуле 8 (с учетом переменных значений коэффициента пустотелости а и соответственно предельной грузоподъемности ролика [Р]), построена кривая зависимости предельной упругой деформации балки от момента инерции сечения стенки ролика (рис. 11). Из анализа графика сделаны следующие выводы:

- максимальный прогиб балки достигается при использовании роликов с моментом инерции сечения от 0,5 до 1,0 см4;

- при снижении момента инерции сечения ролика менее 0,15см4 допустимый прогиб балки резко уменьшается и при достижении 0,06см4 прогиб балки должен быть нулевым, т.е. жесткость балки должна быть абсолютно бесконечной.

_

Рис. 11 - График зависимости предельной упругой деформации балки от момента инерции сечения стенки ролика

1 3 4 5

/\тах максимальный прогиб самой балки под каждой полкой агрегата можно определить

как разность между наибольшим прогибом балки в средней ее части (точка 0) и значением прогиба балки в точке И (рис. 12).

А =У -У

¿■^тах «/ так и

После решения уравнений деформации балки в точках О и И получена формула максимального прогиба балки под СМЕ

¿--¡МШ^-81^ <9)

и.,

1 ш

Рис. 12 - Схема статического нагружения балки переменной сплошной нагрузкой

Выполнен анализ уравнения 9 путем графического построения зависимости Дтах от для условий: длина балки 1_=600см, длина опорной полки агрегата Ц=400 см, сила Р^ЗООкН, модуль упругости материала балки Е = 2x105 МПа (рис. 13).

Из графика рис. 11 определяем, что для надежной эксплуатации роликовой дорожки, можно использовать балки с предельной наибольшей упругой деформацией Л™,- 1,6мм. Тогда, из кривой графика рис. 13, устанавливаем, что при такой деформации балка должна иметь момент инерции и ~ 3x105см4.

В результате полученных решений установлена функциональная зависимость параметров сечения балки от параметров роликов дорожки, их предельной нагрузки, длин балок и полок СМЕ и применяемых материалов.

288,8784

к,

п

ЕЯ,

Рис. 13 - График зависимости максимальных упругих деформаций от момента инерции сечения балки

При исследовании напряженного состояния ледового покрытия от упругой деформации транспортировочных путей при перемещении тяжеловесного изделия учитывалось основное требование - при перемещении по ледовым дорожкам необходимо обеспечить их равномерное нагружение по всей длине опорных конструкций СМЕ. Недостаточная жесткость технологических балок транспортировочных путей большой протяженности (десятки-сотни метров), неточность взаиморасположения полок перемещаемой СМЕ, которая является более жесткой конструкцией, вызывают неравномерное продольное нагружение ледовых покрытий, что может привести к утрате его работоспособности, то есть разрушению.

Для компенсации неточности установки опор СМЕ, недостаточной жесткости балок транспортировочных путей используются упругоподатливые резиновые прокладки -компенсаторы (например, листы технической резины) между полками перемещаемой СМЕ и металлическими опорами, шарнирно связанными друг с другом, образуя опорные траки (рис. 14).

1 - трубопровод; 2 - балка;

3 - ледяной массив;

4 - облицовка антифрикционная;

5 - опора металлическая;

6 - компенсатор резиновый;

7 - лоток; 8 - полка агрегата СМЕ

Рис. 14-Схема расположения элементов транспортировочной оснастки под полкой агрегата СМЕ

С целью назначения необходимых габаритов силовых элементов транспортировочных путей исследованы взаимосвязи влияния:

- толщины компенсирующей прокладки на распределение нагрузки на ледовую

дорожку на длине полки агрегата;

- толщины и места расположения по высоте сечения транспортировочной балки ледяного массива дорожки f на габариты транспортировочной балки и работоспособность в целом.

Схема сжатия статической силой упругой опоры, включающей резиновую прокладку и металлические опоры, шарнирно соединенные между собой, и находящуюся между полкой СМЕ и ледовым массивом бапки представлена на рис. 15. Балка под действием нагрузки <3/2 упруго прогнется и будет иметь профиль, описываемый в общем виде зависимостью = ((Х).

3 - ледяной массив; 5 - опора металлическая (башмак); 6 - компенсатор резиновый (прокладка); 8 - полка агрегата

Рис. 15 - Схема предельного упругого деформирования резиновой компенсирующей прокладки

Аппроксимируя профиль транспортировочного пути уравнением окружности, и, учитывая упругие свойства компенсирующей прокладки, была установлена математическая зависимость максимального прогиба балки от габаритов и технической характеристики материала компенсатора.

предельное значение упругой деформации компенсирующей

прокладки; ср _ С - среднеарифметическое значение напряжения в компенсирующих

прокладках при равномерном их сжатии; ]£Пр - коэффициент, учитывающий неравномерность

загрузки компенсирующих прокладок из-за не параллельности полок агрегата; Елр - модуль упругости материала компенсатора; Р„р - площадь прокладки; - количество

Поп ~~ I

1ОП

металлических опор под полкой СМЕ.

Полученное значение максимального прогиба балки позволяет найти зависимость параметров сечения балки от параметров компенсирующей прокладки, их предельной нагрузки, длины полок СМЕ и используемого материала балок.

(12)

1М4Е ]{кг,р{арпр\-0с„рр)

Для определения предельно возможного изгиба ледового массива учитывались основные физико-механические свойства льда: а) прочность льда на сжатие в два раза выше, чем на растяжение и примерно в 30 - 40 раз меньше прочности простой конструкционной стали; б) при температуре от -3 до 40°С лед ведет себя как вполне упругое тело, которое подчиняется закону Гука. Следовательно, расположение ледовых массивов в балках транспортировочных путей необходимо размещать в нейтральной их плоскости изгиба, при этом высота ледового массива на сжатие должна быть в два раза больше, чем высота его на растяжение.

Используя классические формулы упругого изгиба несущей балки и ледового бруса, была получена зависимость момента инерции транспортировочной балки от толщины ледяного бруса.

~12 )Р\Ея1л (13)

41Е[а„]

Выполнены расчеты и исследование совместной работы балки, ледяного бруса и прокладки из технической резины. При этом задавались следующие условия. На каждую балку действуют две силы поЗОО кН каждая. Длина балки 1.= 600см, длина полки агрегата 1_а

= 400см. Отстояние от опоры А силы ^ составляет^ = 166,66см, а сильф2 -/2 =

где:

пру пр

■*пр

433,33см. Согласно физико-механическим показателям резина для амортизаторов марки

1847 и 51-1675 (1-я группа) ГОСТ 11679.1 имеет предел прочности [(j] =16 МПа, модуль

упругости Ел=500 МПа.

По данным расчетов построены графические зависимости толщины прокладки, льда и упругой деформации балки от момента инерции балки (рис. 16). Используя кривые рис. 16, представляется возможным точно определить необходимые толщины упругой прокладки и ледового бруса в зависимости от момента инерции транспортировочной балки. Так, для нашего случая при выборе балки с моментом инерции сечения 1,5х104см4 следует назначить толщину: компенсирующего слоя прокладки 9,1см и ледового бруса - 5,3см.

Рис. 16-График зависимостей упругой деформации

транспортировочного пути, толщин подкладного листа и ледового массива от момента инерции балки

Также становится возможным определить момент инерции сечения транспортной балки по выбранной толщине компенсирующей прокладки

Выполненные исследования позволяют обоснованно назначать: толщину сечения ледового бруса и грузонесущей балки; параметры сечения и материал компенсирующей прокладки; размеры транспортировочной балки и в целом конструкцию транспортировочных путей.

Четвертая глава «Экспериментальные исследования технологии и средств оснащения для замены и ремонта сборочно-монтажных единиц судового оборудования»

посвящена экспериментальной проверке теоретических решений исследуемых задач.

Для проверки работоспособности катковой саморегулирующейся системы при использовании нежестких балок был разработан и изготовлен экспериментальный стенд с механическим катковым устройством саморегулирования (рис.17). Проверка проводилась по двум вариантам. По первому варианту нагрузка катковое устройство осуществлялась равными силами, расположение которых было симметричным относительно центра балки. Нежесткость балок моделировалась установкой наклонных опор на расчетные углы.

После окончания эксперимента была проведена оценка параметров распределения случайных величин и определены величины перефузки силовой подвески для каждого положения наклонных опор. Расчет чувствительности системы в зависимости от угла установки (а) опор производился по формуле:

дд

Ч к=—- ■ 100% , где 4- ожидаемая величина перефузки, Н;

Л,

- номинальная нагрузка на опоре, О, Н.

Полученные расчетные значения чувствительности системы были нанесены на графике «а - Чк», рис. 18.

1 - опора наклонная; 2 - связь; 3 - рама; 4 - груз имитационный; 5 - динамометр; 6 - каток; 7 - устройство рассогласования; 8 - стойка

Рис. 17 - Экспериментальный стенд с механической катковой системой саморегулирования

Из анализа кривых был сделан вывод, что с использованием нежестких балок чувствительность системы значительно падает. При углах наклонных опор 30° в 1,8 раза, а при 15°- в 3 раза. Нагрузки на отдельных грузовых связях увеличиваются более чем на 12%. Для принятых условий, когда оснастку необходимо изготовить в короткие сроки, саморегулирующаяся система должна быть более простой конструкцией. В этом случае чувствительность системы при углах наклона опор 30" будет составлять 22%, а при 15°- более 50% и система будет малоэффективной.

Рис. 18 - График сравнения зависимостей чувствительности системы от угла расположения наклонных опор теоретической (расчетной) и условной экспериментальной с учетом упругой деформации балок

Тар епнесгая «рвав ■ Тонижлеримвта I I Тсн'и жпсримвнга ?

Необходимо увеличивать жесткость балок, что не всегда становится возможным. Поэтому единственно оптимальным вариантом решения задачи является установка наклонных опор с упреждающими углами, учитывающими их разворот при деформации балок.

Для проведения экспериментальных исследований по второму варианту имитационный груз был изменен таким образом, чтобы центр массы не совпадал с геометрическим центром его конструкции. Из анализа данных эксперимента установлено, что чувствительность системы становится не удовлетворительной при установке угла опоры 15-20°, т.к. перегрузка грузоподъемного устройства при использовании абсолютно жесткой балки будет составлять до 28%. Учитывая, что балка имеет свойство упруго деформироваться под действием нагрузки, угол опоры будет еще меньше. Поэтому углы установки каждой опоры должны выбираться из учета разворота опоры от прогиба балки. При этом рабочий угол опоры должен быть не менее 25°. Проведенные экспериментальные проверки при несимметричной загрузке балки симметричным и не симметричным грузом показали, что практически система либо полностью становится разбалансированной, либо становится малочувствительной.

Таким образом, необходимо учитывать возможные углы разворота опор от нежесткости балок путем введения поправочных дополнительных углов для каждой из опор. Не совпадение результатов теоретических расчетов с экспериментальными составило 5 - 7%.

В обеспечение экспериментального исследования работоспособности компенсатора перегрузок было изготовлено 7 пакетов втулок длиной 10мм из материала 60С2А. Для проверки работоспособности комплектов втулок осуществлялось тензометрирование внутренней втулки в наиболее напряженной точке. Усилие деформации пакета втулок осуществлялось с помощью пресса им. Гагарина (рис. 19).

Рис. 20 - Зависимости предельной нагрузки пакета втулок от упругой их податливости

Рис. 19 - Измерения напряжений в «опасных» точках колец и упругих деформаций при их силовом сжатии на прессе

По данным экспериментальных были построены кривые зависимости предельной нагрузки от упругой податливости пакета втулок компенсатора (рис. 20).

—Терепмеская зависимость

Из анализа кривых было установлено.

1. Несовпадение результатов теоретических расчетов и экспериментальных составило 13,6%. Это объясняется тем, что при деформации втулок возникает между ними трение

' скольжения, которое требует дополнительного усилия на его преодоление. При выведении математической зависимости предельных нагрузки и упругой деформации в расчете не учитывалось трение сопротивления перемещения поверхностей втулок пакета при их общей | деформации.

2. При выполнении точных расчетов предельных нагрузок пакета втулок компенсатора необходимо вводить поправочный коэффициент К=1,36.

Для проверки влияния упругой деформации транспортировочного пути на распределение нагрузок в телах качения дорожек использовались результаты экспериментальных исследований, ] приведенных в работах Герасимова Н.И.

Из анализа данных промышленного эксперимента при погрузке агрегата АППУ-ОК-ЗОО 1-М, было установлено, что неплоскостность (прогиб) нижней направляющей стенда хорошо моделировал упругую деформацию балки и описывался математической формулой окружности. Используя результаты измерений прогиба нижней направляющей, был выполнен расчет загрузки роликов на всей длине опорной полки агрегата.

Исследования показали, что расхождение значений нагрузки расчетной и экспериментальной на крайние ролики достигает до ~ 30 %. Кроме того, имеется расхождение нагрузки роликов по длине. Так, по расчетным данным нагрузка роликовой дорожки будет сосредоточена на концевых ее частях, каждая из которых должна составлять - 714 мм. Фактическая длина нагрузки роликовой дорожи составляет более 2000 мм, т.е. длина каждой концевой части свыше 1000 мм.

Для экспериментальной проверки результатов теоретических исследований функционального силового взаимодействия балки транспортировочного пути, облицованной ледовым покрытием, с упругой опорой перемещаемого груза был изготовлен специальный стенд I (рис.21).

В целях эксперимента была отработана технология получения ледовой дорожки с помощью «сухого льда» (двуокись углерода). В процессе эксперимента лед получали различной толщины, на который укладывался резиновый лист разных толщин. При помощи динамометров и верхнего лотка нагружали нижний лоток до разрушения льда. На протяжении нагружения измерялись деформация нижнего лотка и нагрузки. По данным экспериментальных и теоретических исследований были построены графики зависимости толщины ледового массива, резиновой прокладки и упругой деформации нижнего лотка от нагрузки (рис. 22).

1 - контур-рама; 2 - лоток нижний; 3 - лоток верхний; 4-брусок поперечный; 5 - динамометр с индикатором часового типа; 6 - балка рамы поперечная; 7 - динамометр малой грузоподъемности

Рис. 21 - Стенд для экспериментальной проверки подъемно-транспортных свойств льда

Рис. 22 - Графические зависимости толщины ледового покрытия, упругой прокладки опоры перемещаемого изделия и упругой деформации балки от величины нагрузки

Используя графики можно точно определить по усилию нагрузки: толщину ледового покрытия, упругой прокладки и значение упругой деформации балки. Несовпадение основных результатов составляет в пределах 8-10%.

В пятой главе «Разработка и внедрение технологических процессов замены и ремонта сборочно-монтажных единиц судового оборудования» представлены разработанные материалы по технологическим процессам замены и ремонта СМЕ судового оборудования. Приведены технико-экономические расчеты по оценке эффективности от внедрения на предприятиях судостроительной отрасли полученных научных результатов.

Расчет технико-экономических показателей выполнен для условного судоремонтного предприятия, не имеющего в своем производственном арсенале кранов достаточной грузоподъемности для осуществления выгрузки и погрузки тяжеловесного оборудования; стапельных путей и судовозных тележек, необходимых для транспортирования оборудования.

При расчете экономического эффекта были использованы опытные данные ряда предприятий, информационные источники из Интернета о стоимости оборудования, каталогов.

Таблица 1 - Технико-экономические показатели оценки эффективности

N9 п/п Наименование технико-экономического показателя Вид эффекта и единица измерения показателя

1 При внедрении технологии вертикальной погрузки с использованием катковой саморегулирующейся системы или компенсаторов перегрузок:

1.1 Снижаются затраты за счет использования талей меньшей грузоподъемности 352645,4 руб.

№ п/п Наименование технико-экономического показателя Вид эффекта и единица измерения показателя

1.2 Сокращается время подъема и опускания СМЕ на 50%

1.3 Снижается масса технологических балок в 2 раза

1.4 Повышается безопасность выполнения операций подъема и опускания -

2 При внедрении технологии вертикальной погрузки с использованием компенсаторов перегрузок:

2.1 Снижаются затраты за счет использования талей меньшей грузоподъемности; 148697,35 руб.

2.2 Сокращается время подъема и опускания СМЕ на 50%

2.3 Снижается масса технологических балок в 2 раза

2.4 Повышается безопасность выполнения операций подъема и опускания -

3 При внедрении технологии межцехового перемещения СМЕ на роликовых дорожках:

3.1 Исключаются затраты на приобретение 4-х судовозных тележек и строительства стапельного пути длиной 60м 9416686 руб.

3.2 Сокращается время подготовки транспортирования СМЕ 5-6 раз

4 При внедрении технологии перемещения по ледовым транспортировочным путям:

4.1 Исключаются затраты на приобретение 4-х судовозных тележек и строительства стапельного пути длиной 60м 11470280 руб.

4.2 Сокращается время подготовки транспортирования СМЕ в 8-10 раз

5 При внедрении на предприятии всех технологий перемещения достигается экономический эффект:

5.1 Исключается приобретение крана (козлового или портального) для выгрузки и погрузки оборудования в судно 21239611,4 руб.

5.2 Исключается постройка стапельного кранового пути Расчет эффекта не выполнялся

5.3 Исключается содержание рабочего-крановщика

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненного анализа существующих технологий и средств технологического оснащения, используемых в судостроении и судоремонте при монтаже и демонтаже судового энергетического оборудования, проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований получены следующие научные результаты.

1. Определены наиболее эффективные методы и средства технологического оснащения для выполнения операций выгрузки (погрузки) и транспортирования тяжеловесных СМЕ.

2. Установлены и экспериментально подтверждены зависимости чувствительности катковой саморегулирующейся системы от жесткости технологических балок, углов и местонахождения наклонных опор при работе с симметричными и несимметричными сборочно-монтажными единицами энергетического оборудования.

3. Установлена и экспериментально подтверждена зависимость упругой деформации и грузоподъемности компенсатора перегрузок от основных параметров (количества и размеров, используемых материалов) комплекта упруго-силовых элементов - пустотелых цилиндров.

4. Определена функциональная зависимость влияния упругой деформации транспортировочных путей на распределение нагрузок на элементы качения - пустотелые ролики дорожек и грузонесущую их способность, что позволяет обоснованно назначать основные размеры грузонесущих транспортировочных балок и роликовых дорожек.

5. Определена и экспериментально проверена на модели функциональная зависимость напряженного состояния и размеров ледового массива и демпфирующих прокладок от жесткости транспортировочных путей, на основании которой представляется возможным рассчитать и выбрать параметры силовых балок и упругой прокладки (технической резины), размеры и место расположения ледового массива.

6. По результатам научных исследований разработаны и внедрены на предприятиях отрасли два руководящих документа.

На защиту выносятся:

- научно обоснованные методы перемещения и погрузки судового оборудования;

- основные положения технологии замены и ремонта судового энергетического оборудования для судов обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Руководящий документ. ГКЛИ.1702 -030-2011;

- правила и нормы проектирования средств технологического оснащения для судов обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Руководящий документ. ГКЛИ.1702-031 -2011;

- научно обоснованные технические решения в части создания средств технологического оснащения для транспортирования и вертикальных перемещений СМЕ.

По теме диссертации опубликованы:

в изданиях, рекомендуемых ВАК

1. Герасимов Н.И., Кравчишин В.Н. Некоторые особенности ремонта редуктора главного турбозубчатого агрегата. Журнал «Судостроение» №1, -СПб., 2008.-е. 52-56.

2. Кравчишин В.Н., Герасимов Н.И., Троянов О.М. Выбор способов ремонта или замены судового оборудования в условиях мобилизационной подготовки водного транспорта и определение основных технических задач. Сб. научных трудов BMA им. Н.Г.Кузнецова, ч.2, №2.1/10710, «С», СПб, 2008, C.50-73.

3. Кравчишин В.Н. Исследование влияния упругой деформации транспортировочных балок (путей) на распределение нагрузок на ролики дорожек и их несущую способность. Журнал «Судостроение» N22, -СПб., 2011, с. 52-54.

4. Кравчишин В.Н. Исследование и определение зависимостей грузоподъемности и упругой деформации компенсатора перегрузок от параметров и применяемых материалов. Журнал «Судостроение» №2, -СПб., 2011, с. 62-66.

5. Герасимов Н.И., Кравчишин В.Н., Михайлов Д.В. Устройство для перемещения тяжеловесного оборудования. Патент на полезную модель. N»99475 с приоритетом от 28.06.2010.

6. Герасимов Н.И., Кравчишин В.Н. Устройство для измерения усилия натяжения каната грузоподъемного механизма. Патент на полезную модель №2010117722/11 с приоритетом от 04.06.2010.

7. Кравчишин В.Н. Перспективные способы погрузки/выгрузки или замены судового оборудования в условиях мобилизационной подготовки водного транспорта. Журнал «Судостроение» №4, -СПб., 2011, с. 38-43.

Публикации в других изданиях

8. Герасимов Н.И., Кравчишин В.Н. Исследование напряженного состояния ледового покрытия транспортировочных путей при перемещении тяжеловесного изделия Журнал «Вестник технологии судостроения» №18, -СПб., 2011, с. 106-110.

9. Кравчишин В.Н. Суда обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Основные положения технологии замены и ремонта судового энергетического оборудования. Руководящий документ. ГКЛИ.1702-030-2011, СПб., 2011., с.70.

10. Кравчишин В.Н. Суда обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Правила и нормы проектирования средств технологического оснащения. Руководящий документ. ГКЛИ.1702-031-2011, СПб., 2011., с.70.

Подписано в печать 19.12.2011 г. Формат S0x84 1/16 Печать на ризографе. Усл. печ. л.1.0. Тираж 60 экз.

Издательство: ОАО «Центр технологии судостроения и судоремонта» (ОАО «ЦТСС») www.sstc.spb.rn

Россия, 198095, Санкт-Петербург, Промышленная ул., 7 Тел. (812) 7860530. Факс (812) 7860459. E-mail:inbox@sstc.spb.ru Типография ОАО «ЦТСС»

61 12-5/1381

ОАО «ЦЕНТР ТЕХНОЛОГИИ СУДОСТРОЕНИЯ И СУДОРЕМОНТА»

ТЕХНОЛОГИЯ ПОГРУЗКИ (ВЫГРУЗКИ) И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ СБОРОЧНО-МОНТАЖНЫХ ЕДИНИЦ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ С ОГРАНИЧЕННЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОСНАЩЕНИЕМ

Специальность: 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

На правах рукописи

КРАВЧИШИН ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ Доктор технических наук, ст. науч. сотрудник Герасимов Николай Иванович

Санкт-Петербург 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.............................................................................................. 4

Глава I. Анализ существующих методов замены и ремонта крупного судового оборудования. Обоснование оптимальных схем технологии замены и ремонта энергетического оборудования судов на предприятиях с ограниченным технологическим обеспечением. Постановка задач исследования.................................................................................................. 10

1.1. Анализ существующей судоремонтной базы, оценка технического состояния мобилизационного судового ресурса......................................... 10

1.2. Анализ существующих способов погрузки сборочно-монтажных единиц в помещения судов, выбор и адаптация наиболее оптимальных................... 15

1.3. Анализ существующих способов перемещения тяжеловесных сборочно-монтажных единиц, выбор и адаптация наиболее оптимальных................... 27

1.4. Постановка цели и задач исследования.............................................. 42

Выводы по первой главе......................................................................... 43

ГЛАВА II. Исследование технологии и средств оснащения при вертикальном перемещении тяжеловесных сборочно-монтажных единиц.......................... 45

2.1. Исследование влияния упругих деформаций и технологических погрешностей изготовления и монтажа опорных конструкций на точность поддержания заданных нагрузок в силовых подвесках катковой саморегулирующейся системы грузоподъемных устройств.......................... 45

2.2. Исследование и определение зависимостей грузоподъемности и упругой деформации компенсатора нагрузок от его параметров и применяемых материалов...................................................................... 71

Выводы по второй главе......................................................................... 79

ГЛАВА III. Исследование технологии и средств оснащения при горизонтальном перемещении тяжеловесных сборочно-монтажных единиц 80

3.1. Исследование влияния упругой деформации транспортировочных балок (путей) на распределение нагрузок на ролики дорожек и их несущую способность...................................................................................................... 80

3.2. Исследование напряженного состояния ледового покрытия от упругой деформации транспортировочных путей при перемещении тяжеловесного изделия. Определение основных параметров транспортировочных путей..... 88

Выводы по третьей главе........................................................................ 97

ГЛАВА IV. Экспериментальные исследования технологии и средств оснащения для замены и ремонта сборочно-монтажных единиц судового оборудования..................................................................................................... 98

4.1. Проверка работоспособности катковой саморегулирующейся

системы при вертикальном перемещении тяжеловесных изделий............... 98

4.2. Экспериментальное исследование работоспособности устройства-компенсатора перегрузок...................................................................................... 106

4.3. Экспериментальное исследование влияния упругой деформации транспортировочного пути на распределение нагрузок в телах качения дорожек................................................................................................................... 108

4.4. Экспериментальная проверка результатов теоретических исследований функционального силового взаимодействия балки транспортировочного пути, облицованной ледовым покрытием, супругой опорой перемещаемого груза........................................................................................................................ 114

Выводы по четвертой главе..................................................................... 120

ГЛАВА V. Разработка и внедрение технологических процессов замены и ремонта сборочно-монтажных единиц судового оборудования.................... 122

5.1. Технологический процесс вертикального перемещения сборочно-монтажных единиц с использованием катковой саморегулирующейся

системы грузоподъемных устройств.......................................................... 122

5.2. Технологический процесс горизонтального перемещения сборочно-монтажных единиц на роликовых дорожках................................................. 131

5.3. Технологический процесс горизонтального перемещения сборочно-монтажных единиц по ледовым транспортировочным путям........................ 134

5.4. Технико-экономические показатели от внедрения научных технологических разработок в производства предприятий.......................... 139

Выводы по пятой главе....................................................................................................................................................148

Заключение..................................................................................................................................................................................149

Список литературы................................................................................................................................................................151

Приложение. Акты о внедрении........................................................................... 160

ВВЕДЕНИЕ

Одним из направлений, обеспечивающих поддержание установленной мобилизационной готовности государства в современных условиях является разработка комплекса первоочередных мероприятий, обеспечивающих техническую готовность транспортных средств, осуществляемых в случае возникновения и нарастания угрозы агрессии. Согласно Положению о военно-транспортной обязанности, военно-транспортная обязанность организаций является составной частью мобилизационной подготовки и мобилизации в Российской Федерации, и заключается в заблаговременной подготовке транспортных средств к использованию в интересах Вооруженных Сил [1].

В данном Положении под транспортными средствами понимаются все виды транспорта, в том числе водный транспорт, промысловые и специальные суда, планируемые к передаче в состав ВМФ, к использованию в интересах Вооруженных Сил и к осуществлению производственной деятельности в военное время.

Несмотря на государственную значимость [2] и очевидную актуальность вопросов совершенствования мобилизационной готовности, существующая организация и технология поддержания и восстановления технической готовности гражданских судов, а также судов специального назначения и судов обеспечения ВМФ не в полной мере отвечает современным требованиям мобилизационной подготовки средств водного транспорта.

В научных трудах, в которых исследуются вопросы развития системы мобилизационной подготовки средств водного транспорта, особо выделяется противоречие между высокими требованиями к качеству мобилизационных ресурсов и низким реальным техническим состоянием мобилизационно-предназначенных средств водного транспорта, большинство из которых - это устаревшие морально и физически гражданские морские и речные суда.

Низкий уровень технического состояния отечественного мобилизационного судового ресурса, обуславливает необходимость восстановления его до приемлемых значений и потребует значительных по объему и времени выполнения сопутствующих ремонтных работ в исполнительный период [3] [4].

Недостаточная обеспеченность современным технологическим оборудованием судоремонтных предприятий, запасных баз судоремонта не позволяет, например, осуществлять выгрузку и погрузку крупного тяжеловесного

судового оборудования, подлежащего ремонту. Ряд предприятий не имеют стационарных причалов, подъездных путей к пирсам и средств для транспортирования тяжеловесного судового оборудования в ремонтные цехи и обратно. В таких условиях своевременный и качественный ремонт судового оборудования без новых технологий и средств технологического оснащения (СТО) становится проблематичным.

Следовательно, для обеспечения безопасности и обороны государства, разработка обоснованных мероприятий по ускоренному восстановлению ресурса военно-морской техники и технической готовности гражданских судов в условиях ограниченной технологической оснащенности ряда судостроительных предприятий является одним из актуальных направлений в научных исследованиях.

Реально, как показали учения, и военный опыт, процесс подготовки гражданских судов в интересах Вооруженных Сил, а также подготовка судов к осуществлению производственной деятельности в военное время будет включать не только детерминированные работы по реализации специальных проектов, но и сопутствующие работы по восстановлению технической готовности.

Объемы, характер и продолжительность выполнения специальных и сопутствующих ремонтных работ во многом зависят от организации эксплуатации судов и на момент подготовки производства к их выполнению являются неопределенными и в ряде случаев не могут быть реализованы известными традиционными технологическими методами и приемами.

С учетом исключительной важности строгого соблюдения временных параметров при выполнении мобилизационных заданий по восстановлению технической готовности судов возникает актуальная научная задача, связанная с исследованием прогрессивных технологий, средств технологического оборудования в судоремонте и обоснованием возможности их адаптации (применения) в чрезвычайных условиях на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением.

Такая задача представляется актуальной не только исходя из отечественного опыта, но также в связи с результатами анализа зарубежных информационных источников, изложенного в [4] [5] [6].

Таким образом, выявленное противоречие и научные предположения о направлениях его разрешения определили актуальность темы диссертационного исследования и его основные исходные параметры.

Объектом исследования являются гражданские суда, корабли и суда обеспечения ВМФ.

Предметом исследования является технология и средства оснащения для ремонта кораблей и судов на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением.

Цель исследования состоит в обеспечении своевременного восстановления ресурса военно-морской техники и выполнения сопутствующего ремонта при переоборудовании мобилизационно-предназначенных судов на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением.

Диссертационное исследование выполнялось в соответствии с пунктом 2.5 паспорта научной специальности 05.08.04 - «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства».

Степень разработанности темы и теоретическая база исследования определяется научными работами следующих ученых: Богданова В.П., Герасимова Н.И., Григорьева A.M., Крупнова Ю.А., Кудрявцева Ф.А., Путвинской Е.И. и других.

По проблемам технологии судоремонта имеется значительное количество исследований. Однако конкретные исследования особенностей и способов применения оригинальных технологий ремонта судов в чрезвычайных условиях на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением, судя по публикациям, не проводились. Следовательно, настоящая работа отвечает требованиям новизны.

Цель исследования в настоящей работе достигалась за счет последовательного решения следующих задач.

1. Анализ существующей судоремонтной базы, оценка технического состояния мобилизационного судового ресурса и обоснование необходимости восстановления его технической готовности в исполнительный период.

2. Исследование влияния упругих деформаций и технологических погрешностей изготовления и монтажа опорных конструкций каткового устройства автоматического поддержания заданных нагрузок в силовых подвесках на его работоспособность.

3. Исследование и определение зависимостей грузоподъемности и упругой деформации от параметров и применяемых материалов компенсатора нагрузок.

4. Исследование влияния упругой деформации транспортировочных балок на перераспределение нагрузок на ролики дорожек и в целом на их

работоспособность. Определение основных параметров транспортировочных путей.

5. Исследование напряженного состояния ледового покрытия от упругой деформации транспортировочных путей и резинового компенсатора при перемещении тяжеловесного изделия. Определение основных параметров транспортировочных путей.

6. Разработка и внедрение методики расчета основных параметров технологического оснащения и руководящего документа по обеспечению ускоренного восстановления ресурса военно-морской техники и сопутствующих ремонтов при переоборудовании судов гражданского флота в исполнительный период.

Перечисленные задачи исследования и в целом актуальная научная задача в ходе диссертационного исследования решены, цель исследования достигнута. Получены соответствующие научные результаты.

1. Впервые определены и обоснованы наиболее эффективные методы и средства технологического оснащения для выполнения операций выгрузки (погрузки) тяжеловесных сборочно-монтажных единиц (СМЕ), и их транспортирования.

2. Впервые установлены зависимости чувствительности катковой саморегулирующейся системы от жесткости технологических балок, углов и местонахождения наклонных опор при работе с симметричными и несимметричными СМЕ энергетического оборудования.

3. Впервые выполнено математическое описание зависимости упругой деформации и грузоподъемности компенсатора перегрузок от основных параметров комплекта упруго-силовых элементов - пустотелых цилиндров.

4. Определена функциональная зависимость влияния упругой деформации транспортировочных путей на распределение нагрузок на элементы качения - пустотелые ролики дорожек и грузонесущую их способность.

5. Впервые разработана математическая модель совместного силового взаимодействия композитной транспортировочной балки, включающей в свой состав ледовое покрытие, с упругой опорой, состоящей из демпфирующей прокладки и металлических листов (траков).

6. Разработаны два отраслевых руководящих документа: «Суда обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Основные положения технологии замены и ремонта судового

энергетического оборудования». ГКЛИ.1702 - 030 - 2011; «Суда обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Правила и нормы проектирования средств технологического оснащения». ГКЛИ.1702 - 031 -2011.

Из полученных научных результатов выделены следующие научные положения и результаты, которые выносятся на защиту.

1. Научно обоснованные методы перемещения и погрузки судового оборудования.

2. Основные положения технологии замены и ремонта судового энергетического оборудования для судов обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Руководящий документ. ГКЛИ.1702-030-2011.

3. Правила и нормы проектирования средств технологического оснащения для судов обеспечения ВМФ и гражданского назначения в период нарастания военной угрозы. Руководящий документ. ГКЛИ.1702 - 031 - 2011.

4. Научно обоснованные технические решения в части создания средств технологического оснащения для транспортирования и вертикальных перемещений СМЕ.

Методологическую основу исследования составляют теоретические положения классической механики, теории упругости, а также апробированные научные методы исследований: системный подход, анализ, методы математической статистики, теории вероятности и другие.

Эмпирическую основу исследования составили требования законодательных актов, ведомственных руководящих документов технического и мобилизационного характера, данные о зарубежном и отечественном опыте по исследуемой теме, данные о ремонтах кораблей и судов.

Научная значимость работы состоит в том, что полученные научные результаты являются вкладом в науку, изучающую технологию судостроения, судоремонта и организацию судостроительного и судоремонтного производства, дополняют и развивают теоретические знания о технологических процессах замены (ремонта) и транспортирования тяжеловесных СМЕ судового оборудования.

Практическая значимость результатов исследований заключается в том, что их внедрение позволило создать новые эффективные технологические процессы и средства технического оснащения, обеспечивающие ускоренный

ремонт кораблей и судов на предприятиях с ограниченным технологическим оснащением.

Апробация работы. Результаты исследований прошли апробацию на ряде предприятиях судостроительной промышленности (ОАО «ПО «Северное машиностроительное предприятие», ОАО «Центр судоремонта «Звездочка», ОАО «Зеленодольский завод имени A.M. Горького», ОАО «Завод «Красное Сормово» и др.). Материалы диссертации использовались для подготовки двух руководящих документов, а также в ходе выполнения НИР «Разработка и обоснование технико-экономических критериев, системы требован