Научная статья на тему 'Повышение ремонтопригодности муфт энергетических установок средств транспорта применением канатных упругих элементов'

Повышение ремонтопригодности муфт энергетических установок средств транспорта применением канатных упругих элементов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
152
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРУЖНА МУФТА / КАНАТ / РЕМОНТОПРИДАТНіСТЬ / МіЦНіСТЬ / ПРОПУЛЬСИВНА УСТАНОВКА / УПРУГАЯ МУФТА / РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ / ПРОЧНОСТЬ / ПРОПУЛЬСИВНАЯ УСТАНОВКА / ELASTIC COUPLING / ROPE / MAINTAINABILITY / STRENGTH / PROPULSION PLANT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Проценко В.А., Клементьева О.Ю.

Цель. В работе необходимо рассмотреть снижение трудоемкости технического обслуживания приводов энергетических установок средств транспорта за счет разработки конструкции муфты, имеющей низкую длительность замены упругого элемента, и обосновать ее основные силовые и прочностные параметры. Методика. При разработке конструкции муфты с повышенной ремонтопригодностью был использован критерий минимальной средней трудоёмкости ее восстановления. Конструктивно-силовые параметры муфты определяли с использованием классических методов и теорем статики и математического анализа. Моделирование работы муфт выполнено численными методами для муфт конкретных исполнений с использованием современных программных комплексов. Результаты. Авторами разработана муфта с канатными упругими элементами, имеющая низкую трудоемкость замены упругого элемента за счет универсальной конструкции зажимных элементов и пальцев с открытыми пазами, в которые последовательно может закладываться канат. Получены зависимости, позволяющие определять силовые нагрузки элементов муфты, а также выполнять подбор канатов и расчет прочности зажимных элементов. С применением полученных зависимостей рассчитана и сконструирована муфта с канатными упругими элементами для замены муфты Vulkan пропульсивной установки балкера проекта 2-95А/R. Укрупненное определение времени на замену каната в предложенной муфте с применением нормативов показало, что для выполнения этой операции необходимо затратить около 150 мин времени, что значительно меньше 530 мин, необходимых для замены упругих мембран базовой муфты Vulkan. Научная новизна. Выполнена оценка основных конструктивных, силовых и прочностных параметров муфты с торцевой установкой каната повышенной ремонтопригодности. Практическая значимость. В работе предложена конструкция муфты повышенной ремонтопригодности, оснащенной канатными упругими элементами. Применение такой муфты в энергетических установках может сократить затраты времени, ресурсов на техническое обслуживание и снизить стоимость перевозок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COUPLING MAINTAINABILITY INCREASE OF TRANSPORT VEHICLES POWER PLANTS BY APPLICATION OF ROPE ELASTIC ELEMENTS

Purpose. The paper should consider lowering the labour input of maintenance of drive gears operation of vehicles power plants at the expense of working out the coupling construction having low duration of substitution of elastic element and a justification of its force, power and strength parameters. Methodology. During development of coupling construction with increased maintainability the criterion of minimum average labour input of its reconstruction has been used. Constructive-power parametres of coupling were defined with the use of classical methods and statics and calculus theorems. Simulation of couplings operation is executed by numerical methods for couplings of concrete executions with the use of modern program complexes. Findings. Authors developed the coupling with rope elastic elements having low labour input of elastic element substitution due to multiple-purpose construction of tightening elements and pins with open slots in which the rope sequentially can be included is developed. The dependences are received, allowing to define power loads of elements of a coupling, and also to execute selection of ropes and calculation of strength of tightening elements. With obtained dependence the coupling with rope elastic elements for substitution of coupling Vulkan propulsion plant of the bulk ship of the project 2-95А/R is calculated and designed. The integrated definition of time for rope substitution in the offered coupling with application of specifications has displayed that for execution of this process it is necessary to expend about 150 minutes of time that is much less than 530 mines necessary for substitution of elastic membranes of base coupling Vulkan. Originality. The estimation of the basic constructive, power and strenght parametres of coupling with face installation of a rope with increased maintainability is executed. Practical value. Construction of a coupling with increased maintainability equipped with rope elastic elements is offered in the paper. Application of such coupling in power installations can reduce expenditures of time and resources to maintenance operation and to lower cost of transportations.

Текст научной работы на тему «Повышение ремонтопригодности муфт энергетических установок средств транспорта применением канатных упругих элементов»

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)

НЕТРАДИЦШШ ВИДИ ТРАНСПОРТУ. МАШИНИ ТА МЕХАН1ЗМИ

УДК 621.825.72

В. О. ПРОЦЕНКО1*, О. Ю. КЛЕМЕНТЬЕВА2*

1 Каф. «Транспортт технологи», Херсонська державна морська академш, просп. Ушакова, 20, Херсон, Украша, 73000, тел. +38 (052) 22 35 69, ел. пошта eseu@ukr.net, ORCID 0000-0002-3468-4952

2*Каф. «Транспортт технологи», Херсонська державна морська академш, просп. Ушакова, 20, Херсон, Украша, 73000, тел. +38 (052) 22 35 69, ел. пошта vesnyk_ksma@ukr.net, ORCID 0000-0002-9592-6214

П1ДВИЩЕННЯ РЕМОНТОПРИДАТНОСТ1 МУФТ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК ЗАСОБ1В ТРАНСПОРТУ ЗАСТОСУВАННЯМ КАНАТНИХ ПРУЖНИХ ЕЛЕМЕНТ1В

Мета. В робот! необхвдно розглянути зниження трудомюткосп технiчного обслуговування привод1в енер-гетичних установок засобiв транспорту за рахунок розроблення конструкцй' муфти, що мае низьку тривалiсть замiни пружного елементу, та обгрунтувати й! основнi силовi та мiцнiснi параметри. Методика. При розроб-леннi конструкцй муфти з шдвищеною ремонтопридатнiстю було використано критерш мшмально! середньо! трудомiсткостi ii ввдновлення. Конструктивно-силовi параметри муфти визначено з використанням класичних методiв та теорем статики та математичного аналiзу. Моделювання роботи муфт виконано чисельними методами для муфт конкретних виконань iз використанням сучасних програмних комплекав. Результата. Авторами розроблено муфту з канатними пружними елементами, що мае низьку трудомютшсть замiни пружного елементу за рахунок ушверсально! конструкцй' затискних елементiв та застосування пальцiв iз ввдкритими пазами, в яю послвдовно може закладатися канат. Отримано залежностi, що дозволяють визначати силовi навантажен-ня елементiв муфти, а також виконувати пiдбiр канатв та розрахунки мiцностi затискних елеменпв. 1з використанням отриманих залежностей розраховано та сконструйовано муфту з канатними пружними елементами для замши муфти Vulkan пропульсивно! установки балкера проекту 2-95A/R. Укрупнене визначення часу на замшу канату у пропонованш муфп з використанням нормативiв показало, що для виконання ще! операци необхвдно витратити близько 150 хв часу, що значно менше 530 хв, потрiбних для замiни пружних мембран базово! муфти Vulkan. Наукова новизна. Виконано оцшку основних конструктивних, силових та мiцнiсних параметрiв муфти з торцевою установкою каната щцвищено! ремонтопридатносп. Практична значимiсть. В робот запропоновано конструкцш муфти тдвищенох ремонтопридатносп, оснащено! канатними пружними елементами. Застосування тако! муфти в енергетичних установках може скоротити витрати часу та ресурав на технiчне обслуговування й знизити варпсть перевезень.

Ключовi слова: пружна муфта; канат; ремонтопридатнiсть; мщшсть; пропульсивна установка

дизелями [2, 10-13], е муфти з гумовотканин-ними мембранами та гумовими дисками. Вони мають низку переваг, що i визначило !х широке розповсюдження для сполучення двигушв з генераторами та передачами, а на суднах -i для сполучення передач з валопроводом про-пульсивно! установки.

Однак оснащення приводов такими муфтами мае недолш, пов'язаний ¡з великою трудомют-юстю замши !хшх пружних елеменпв. Як приклад наведемо двомашинну двовальну пропу-льсивну установку балкера проекту 2-95A/R. Кожен гребний гвинт у цш установщ отримуе енерпю вщ головного двигуна Skoda 6L27,5IIIPN, максимальною потужшстю 515 кВт, через реверс-редуктор VSR10. Вихщ-ний вал реверс-редуктора 1, що робить до

Вступ

В структурi витрат на перевезення вантажiв усiма видами транспорту, зокрема залiзничним, рiчковим та морським, значне мюце належить витратам на техшчне обслуговування та ремонт основного i найбiльш напруженого елемента засобiв транспорту - енергетичних установок. В той же час, одним iз найбшьш навантажених елементiв енергетичних установок е муфти, !х конструкцiя та ремонтопридатшсть зазвичай визначае i змют технологiчного процесу техшч-ного обслуговування приводу нею оснащено го.

Мета

Одними з найбшьш поширених конструкцш муфт енергетичних установок локомотивiв [8, 9] та суден, оснащених середньообертовими

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)

300 об/хв, сполучений з промiжним валом 2 муфтою Vulkan, оснащеною двома гумовими мембранами 3, рис. 1.

Незважаючи на центровку муфт, через де-формацiю корпусу судна, муфти працюють в умовах значних несшввюностей, що можуть

сягати кшькох мшметр1в, тому гумов1 мембра-ни нагр1ваються за рахунок деформацш вщ на-явно! несшввюност1. Таю умови роботи та ни-зький коефщент теплопровщносп (0,25...0,30 Вт/(м*К)) матер1алу мембран призводить до !х нагр1вання та подальшого руйнування (рис. 2).

Рис. 1. Загальний вигляд базово! муфти Vulkan Fig. 1. General view of basic Vulkan coupling

Рис. 2. Зруйнований пружний елемент базово! муфти Fig. 2. Destroyed elastic element of base coupling

Замша пружних елеменпв муфти вимагае не тшьки ii демонтажу, а й шдняття кришки реверс-редуктора та упорного тдшипника, а та-кож демонтажу промiжного вала (рис. 3). При цьому середня трудомiсткiсть вщновлення му-фти, визначена методом хронометражу, складае приблизно 500...530 хв, що шдтверджуе низьку ремонтопридатнiсть, джерелом яко! е конструктивна недосконалiсть само! муфти Vulkan. З огляду на це, створення муфт, що мають про-

сту ремонтопридатну конструкц1ю та здатш ефективно вщводити тепло вщ пружних елеменпв, е актуальним завданням для транспортного машинобудування, технологи та оргашзацп експлуатаци засоб1в транспорту.

Методика

Щд час розробки конструкци муфти !з тд-вищеною ремонтопридатнютю було використа-но критерш мшмально! середньо! трудомютко-

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2017, № 2 (68)

CTi ïï вщновлення. Конструктивно-силов1 параметри муфти визначено i3 використанням кла-сичних методiв i теорем статики та математич-ного аналпу. Моделювання роботи муфт вико-

нано чисельними методами для муфт конкрет-них виконань з використанням сучасних програмних комплексiв.

Рис. 3. Етапи замiни пружного елемента базово! муфти (зшмання кришки реверс-редуктора та демонтаж пром1жного вала)

Fig. 3. Replace stages of elastic element of base coupling (cover removal of the reverse gear and intermediate shaft disassembly)

Результати

Серед пружних елеменпв, яю мають значне демпфування та здатшсть до вщведення тепла, що видшилося в результатi поглинання коли-вань, можна назвати сталевi канати. Цi вироби здатнi до розшяння енергiï [4] за рахунок тертя дротин та мають коефщент теплопровщносп, властивий для сталi на рiвнi 30 Вт/(м*К), тобто вщводять тепло в багато разiв краще, нiж гумо-вi мембрани. Разом з тим, канати широко роз-повсюджеш та масово виготовляються промис-ловiстю. Авторами розроблена достатньо велика кшьюсть конструкцiй муфт, оснащених ста-левими канатами, причому для установки в приводах великоï потужност найбiльш до-сконалими визнанi муфти, в яких неивш канати встановлеш в торцевiй площинi нашвмуфт [7], оскiльки вони не створюють осьового нава-нтаження на сполучеш вали. Але такi муфти також мають резерв для шдвищення ремонтоз-датностi та е нереверсивними.

З огляду на це, авторами розроблено муфту з канатними пружними елементами, що здатна замшити базову муфту Vulkan. Устрш новоï муфти зрозумiлий з рис. 4. Вона може бути ви-готовлена з використанням елеменпв базово!' напiвмуфти. Особливiстю цiеï муфти е застосування як пружний елемент одного вiдрiзка ка-

ната, що закршлений у пальцях, яю встановлеш в отворах ведучо! та ведено! нашвмуфт у шаховому порядку. При цьому утворюеться кшь-юсть несiвних дiлянок каната вдвiчi бiльша, нiж кiлькiсть пальцiв у кожнш напiвмуфтi. Половина цих дшянок працюе при прямому обер-таннi муфти i вiдповiдно половина - при ревер-сному. Канат закршлений у пальцях гвинтами, що встановлеш в !х осьовi рiзьбовi отвори. Пщ-вищення ремонтопридатностi в такш конструк-цi! муфти передбачаеться забезпечити за рахунок застосування пальщв iз вiдкритими пазами, в яю послiдовно може закладатися канат. Така конструкщя муфти не потребуе демонтажу нашвмуфт при замш каната.

Технолопя замши каната в такш муфт достатньо проста i потребуе початкового закрш-лення каната у двох сумiжних пальцях ведучо! i ведено! напiвмуфт, шсля чого муфту можна провертати валоповоротним пристроем, закрш-люючи канат в шших пальцях.

Дослiдженнями [6] доведено, що пальщ в напiвмуфтах доцшьно закрiплювати шарнiрно з метою зменшення навантаження на вали вiд несшввюностт В такому випадку (рис. 5) канати можна наближено пiдбирати за зусиллям розри-ву, попередньо обчислюючи !х натяг Ен (1).

Вектор сили натягу каната Ен та колово! си-

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету затзничного транспорту, 2017, № 2 (68)

ли на пальщ Ft утворюють кут ß. Цей кут ви-значимо з под1бност1 трикутника 00203 та силового трикутника 03СВ, оскшьки центральний кут 2ß з1 сторонами OOj та ОО3 (Oj i О3 -центри двох сумiжних пальцiв ведучо! i ведено! нашвмуфти) дорiвнюе:

2ß = ^ = *, (1) 2 z z

де z - кiлькiсть пальцiв у кожнiй напiвмуфтi.

Рис. 4. Загальний вигляд муфти з канатними пружними елементами Fig. 4. General view of the coupling with rope elastic elements

Рис. 5. Розрахункова схема муфти Fig. 5. Design circuit of coupling

Тод^ з трикутника 03СВ, отримаемо:

F

cos ß = —-,

F

1 TT

(2)

77 2Т

F = 1Б,

(3)

Оскiльки колова сила на кожному iз z паль-щв напiвмуфт становить:

де Б - дiаметр розташування пальцiв у нашв-муфтах, то вираз для обчислення зусилля натягу каната матиме вигляд:

Fh =

F

cosß zDcos(n /2z)

(4)

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)

За обчисленим значениям сили натягу кана-т1в можна виконувати !х шдб1р та перев1ряти мщшсть пальщв. При цьому необхщно розгля-дати найпрший випадок сприйняття наванта-ження хвостовиком пальця. Такий випадок мо-же мати мюце при наявност шд час роботи муфти акшально! нестввюност1 { вщповщно акс1ально! сили, яка може призвести до витягу-вання пальщв I появи зазору м1ж торцем пальця та торцем фланця натвмуфти (рис. 6). При цьому напруження згину у хвостовику становитиме:

32FH 1р dх п( d4 - d4)

(5)

де 1р - робоча довжина пальця; dx - дiаметр хвостовика пальця; d - зовшшнш дiаметр рiзьби.

ками плаского (безштендорного) типу, а також штендорних кулькового та кошчного. Так, для затискного елементу з безштендорним накшеч-ником встановлено, що сила виривання каната ¡з затискного елементу дор1внюе сил1 затиску каната ^зат, що необхщно враховувати при роз-рахунку силових гвинпв затискних елеменпв.

Складання муфти потребуе використання шаблона (рис. 5) при затиску каната у перших двох пальцях. Цим шаблоном визначаеться вщ-стань м1ж сум1жними пальцями натвмуфт. Шаблон можна виготовити дерев'яним товщи-ною меншою або р1вною вильоту пальщв, а йо-го ширину обчислювати за формулою (6).

Вш = Б cos--<

ш 2z

(6)

Рис. 6. Розрахункова схема пальця (сила натягу канапв умовно зображена в площинi розрiзу)

Fig. 6. Design circuit of pin (tension force of ropes is conventionally shown in the section plane)

Зрозумшо, що в такому з'еднанш затискний гвинт нестиме частину навантаження пальця, проте розподш навантаження м1ж ним i пальцем нараз1 не вивчений, тому формула (5) дае запас мщносп. Дiаметри хвостовика та нарiзi визначаеться конструктивно в кожному випад-ку. Дiаметр пальця доцшьно приймати вчетверо бiльшим за дiаметр каната.

Для обгрунтування визначення сили затягу-вання каната авторами виконуються експери-ментальнi дослiдження затискних елеменпв рiзного типу, що затискають канат в отворi пальця, ддачи на його зовнiшню поверхню. До-слiджуються затискнi елементи iз наконечни-

Iншi розмiри муфти визначаються конструктивно за вщомими спiввiдношеннями [1, 3]. Авторами розраховано та сконструйовано муфту з канатними пружними елементами (рис. 4) для замши муфти Vulkan (рис. 3). Розрахунок показав, що !! достатньо оснастити канатом 6x19 дiаметром 6,2 мм ГОСТ 2688 iз розривним зусиллям 19 250 Н (маркувальна група 1 570 МПа), що закршлятиметься у шести пальцях (z = 6) кожно! натвмуфти. Укрупнене визначення часу на замiну каната у пропонованш муфт iз використанням нормативiв [5] показало, що для виконання ще! операци необхщно витрати приблизно 150 хв часу. Базова муфта Vulkan потребуе для замши двох мембран приблизно 530 хв, що наочно демонструе шдви-щення ремонтопридатносп муфти з канатними пружними елементами i перевагу !! порiвняно iз базовою конструкщею муфти пропульсивно! установки балкера проекту 2-95A/R. Авторами за наведеною методикою також розраховано та виготовлено муфту запропоновано! конструкци меншого розмiру (Т = 200 Нм) та випробувано !! в стендовому режим^ де вона продемонстру-вала працездатнiсть.

Наукова новизна та практична значимкть

Виконано ощнку основних конструктивних, силових та мщнюних параметрiв муфти з торцевою установкою каната тдвищено! ремонтопридатносп.

В роботi запропоновано конструкцiю муфти тдвищено! ремонтопридатносп, оснащено!

°зг =

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету затзннчного транспорту, 2017, № 2 (68)

канатними пружними елементами. Застосуван- 2. Описано процес замши пружного елемен-

ня тако! муфти в енергетичних установках мо- та ново! муфти та показано, що нова муфта мае

же скоротити витрати часу та ресуршв на тех- низьку тривалють виконання замши пружного

шчне обслуговування i знизити вартють пере- елемента порiвняно з муфтою Vulkan пропуль-

везень. сивно! установки балкера проекту 2-95А/Я.

3. За рахунок виконання теоретичних досль

Висновки джень отримаш вирази для розрахунку ново!

1. Запропоновано конструкцiю муфти, муфти та наведенi рекомендацiï щодо ^ проек-

оснащено1 одним вiдрiзком каната, що за раху-нок конструктивного виконання мае високу ремонтопридатнють.

тування.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Детали машин / под общ. ред. В. Н. Ражикова. - Санкт-Петербург : Политехника, 2015. - 695 с.

2. Кита, В. Ф. Редукторы и соединительные муфты в судовых силовых установках / В. Ф. Кита. - Москва : Транспорт, 1965. - 208 c.

3. Малащенко, В. О. Деталi машин. Курсове проектування / В. О. Малащенко, В. В. Яншв. - Львiв : Но-вий Свгг-2000, 2013. - 264 с.

4. Малиновский, В. А. Стальные канаты : аналит. справ. / В. А. Малиновский. - Одесса : Астропринт. 2016. - 252 с.

5. Общемашиностроительные нормативы времени на слесарную обработку деталей и слесарно-сборочные работы по сборке машин. Мелкосерийное и единичное производство. - 2-е изд. - Москва : Машиностроение, 1974. - 220 с.

6. Проценко, В. О. Деформацп канапв у муфтах ввд несшввюносп з урахуванням !х закршлення / В. О. Проценко, О. Ю. Клементьева // Конструювання, виробництво та експлуатащя сшьськогосподар-ських машин : загальнодерж. мiжвiдом. наук.-техн. зб. / Центральноукр. нац. техн. ун-т. - Кропивниць-кий, 2016. - Вип. 46. - С. 91-99.

7. Проценко, В. О. Силова взаемодiя елеменпв муфти з торцевою установкою канапв тангенщального розташування / В. О. Проценко, О. Ю. Клементьева // Новi матерiали i технологи в металурги та маши-нобудуваннi. - 2016. - № 1. - С. 110-114.

8. Соколов, Ю. Н. Повышение надежности узлов тягового привода пассажирских электровозов ЭП1М и ЭП10 / Ю. Н. Соколов, А. С. Пономарев, В. Е. Дегтярев // Локомотив-информ. - 2010. - № 6. - С. 4-11.

9. Суровцев, П. М. Динамическая нагруженность приводов вспомогательных агрегатов локомотивов / П. М. Суровцев, Ю. Н. Соколов // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. -Дншропетровськ, 2004. - Вип. 5. - С. 194-205.

10. Accurate characterization of torsional stiffness of flexible disk couplings / A. Francis, I. Avdeev, J. Hamann,

S. Ananthasivan // J. of Engineering for Gas Turbines and Power. - 2015. - Vol. 137. - Iss. 8. - P. 082504. doi:10.1115/1.4029392.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11. Han, H. S. Parametric study to identify the cause of high torsional vibration of the propulsion shaft in the ship / H. S. Han, K. H. Lee, S. H. Park // Engineering Failure Analysis. - 2016. - Vol. 59. - P. 334-336. doi: 10.1016/j.engfailanal.2015.10.018.

12. Heribert, M. Testing flexible coupling / M. Heribert // The Motor Ship. - 1983. - Vol. 64. - P. 63-65.

13. Murawski, L. Simplified method of torsional vibration calculation of marine power transmission system / L. Murawski, A. Charchalis // Marine Structures. - 2014. - Vol. 39. - P. 335-349. doi: 10.1016/j.marstruc.2014.10.004.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)

НЕТРАДИЦШШ ВИДИ ТРАНСПОРТУ. МАШИНИ ТА МЕХАН1ЗМИ

В. А. ПРОЦЕНКО1*, О. Ю. КЛЕМЕНТЬЕВА2*

1 Каф. «Транспортные технологии», Херсонская государственная морская академия, просп. Ушакова, 20, Херсон, Украина, 73000, тел. +38 (052) 22 35 69, эл. почта eseu@ukr.net, ORCID 0000-0002-3468-4952 2*Каф. «Транспортные технологии», Херсонская государственная морская академия, просп. Ушакова, 20, Херсон, Украина, 73000, тел. +38 (052) 22 35 69, эл. почта vesnyk_ksma@ukr.net, ORCID 0000-0002-9592-6214

ПОВЫШЕНИЕ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ МУФТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК СРЕДСТВ ТРАНСПОРТА ПРИМЕНЕНИЕМ КАНАТНЫХ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель. В работе необходимо рассмотреть снижение трудоемкости технического обслуживания приводов энергетических установок средств транспорта за счет разработки конструкции муфты, имеющей низкую длительность замены упругого элемента, и обосновать ее основные силовые и прочностные параметры. Методика. При разработке конструкции муфты с повышенной ремонтопригодностью был использован критерий минимальной средней трудоёмкости ее восстановления. Конструктивно-силовые параметры муфты определяли с использованием классических методов и теорем статики и математического анализа. Моделирование работы муфт выполнено численными методами для муфт конкретных исполнений с использованием современных программных комплексов. Результаты. Авторами разработана муфта с канатными упругими элементами, имеющая низкую трудоемкость замены упругого элемента за счет универсальной конструкции зажимных элементов и пальцев с открытыми пазами, в которые последовательно может закладываться канат. Получены зависимости, позволяющие определять силовые нагрузки элементов муфты, а также выполнять подбор канатов и расчет прочности зажимных элементов. С применением полученных зависимостей рассчитана и сконструирована муфта с канатными упругими элементами для замены муфты Vulkan пропульсивной установки балкера проекта 2-95АЖ. Укрупненное определение времени на замену каната в предложенной муфте с применением нормативов показало, что для выполнения этой операции необходимо затратить около 150 мин времени, что значительно меньше 530 мин, необходимых для замены упругих мембран базовой муфты Vulkan. Научная новизна. Выполнена оценка основных конструктивных, силовых и прочностных параметров муфты с торцевой установкой каната повышенной ремонтопригодности. Практическая значимость. В работе предложена конструкция муфты повышенной ремонтопригодности, оснащенной канатными упругими элементами. Применение такой муфты в энергетических установках может сократить затраты времени, ресурсов на техническое обслуживание и снизить стоимость перевозок. Ключевые слова: упругая муфта; канат; ремонтопригодность; прочность; пропульсивная установка

V. O. PROTSENKO1*, O. YU. KLEMENTYEVA2*

1 Dep. «Transport Technologies», Kherson State Maritime Аcademy, Ushakov Av., 20, 73000, Kherson, Ukraine, tel. +38 (052) 22 35 69, e-mail eseu@ukr.net, ORCID 0000-0002-3468-4952

2*Dep. «Transport Technologies», Kherson State Maritime Аcademy, Ushakov Av., 20, 73000, Kherson, Ukraine, tel. +38 (052) 22 35 69, e-mail vesnyk_ksma@ukr.net, ORCID 0000-0002-9592-6214

COUPLING MAINTAINABILITY INCREASE OF TRANSPORT VEHICLES POWER PLANTS BY APPLICATION OF ROPE ELASTIC ELEMENTS

Purpose. The paper should consider lowering the labour input of maintenance of drive gears operation of vehicles power plants at the expense of working out the coupling construction having low duration of substitution of elastic element and a justification of its force, power and strength parameters. Methodology. During development of coupling construction with increased maintainability the criterion of minimum average labour input of its reconstruction has been used. Constructive-power parametres of coupling were defined with the use of classical methods and statics and calculus theorems. Simulation of couplings operation is executed by numerical methods for couplings of concrete executions with the use of modern program complexes. Findings. Authors developed the cou-

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&тзничного транспорту, 2017, № 2 (68)

pling with rope elastic elements having low labour input of elastic element substitution due to multiple-purpose construction of tightening elements and pins with open slots in which the rope sequentially can be included is developed. The dependences are received, allowing to define power loads of elements of a coupling, and also to execute selection of ropes and calculation of strength of tightening elements. With obtained dependence the coupling with rope elastic elements for substitution of coupling Vulkan propulsion plant of the bulk ship of the project 2-95А/Я is calculated and designed. The integrated definition of time for rope substitution in the offered coupling with application of specifications has displayed that for execution of this process it is necessary to expend about 150 minutes of time that is much less than 530 mines necessary for substitution of elastic membranes of base coupling Vulkan. Originality. The estimation of the basic constructive, power and strenght parametres of coupling with face installation of a rope with increased maintainability is executed. Practical value. Construction of a coupling with increased maintainability equipped with rope elastic elements is offered in the paper. Application of such coupling in power installations can reduce expenditures of time and resources to maintenance operation and to lower cost of transportations.

Keywords: elastic coupling; rope; maintainability; strength; propulsion plant

REFERENCES

1. Razhikov, V. N. (Ed). (2015). Detali mashin. Saint-Petersburg: Politekhnika.

2. Kita, V. F. (1965). Reduktory i soyedinitelnyye mufty v sudovykh silovykh ustanovkakh. Moscow: Transport.

3. Malashchenko, V. O., & Yankiv, V. V. (2013). Detali mashyn. Kursove proektuvannia. Lviv: Novyi Svit-2000.

4. Malinovskiy, V. A. (2016). Stalnyye kanaty: analiticheskiy spravochnik. Odessa: Astroprint.

5. Obshchemashinostroitelnyye normativy vremeni na slesarnuyu obrabotku detaley i slesarno-sborochnyye rabotypo sborke mashin. Melkoseriynoye i yedinichnoye proizvodstvo. (1974). Moscow: Mashinostroeniye.

6. Protsenko, V. O., & Klementyeva, O. Y. (2016). Deformatsii kanativ u muftakh vid nespivvisnosti z urakhu-vanniam yikh zakriplennia. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia silskohospodarskykh mashyn, 46, 91-99.

7. Protsenko, V. O., & Klementyeva, O. Y. (2016). Force interaction of coupling elements with the end position setting tangential rope installation. Innovative Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, 1, 110-114.

8. Sokolov, Y. N., Ponomarev, A. S., & Degtyarev, V. Y. (2010). Povysheniye nadezhnosti uzlov tyagovogo privoda passazhirskikh elektrovozov EP1M i EP10. Lokomotiv-Inform, 6, 4-11.

9. Surovtsev, P. M., & Sokolov, Y. N. (2004). Dynamic loading drives auxiliary units of locomotives. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 5, 194-205.

10. Francis, A., Avdeev, I., Hamann, J., & Ananthasivan, S. (2015). Accurate characterization of torsional stiffness of flexible disk couplings. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 137(8). doi: 10.1115/1.4029392

11. Han, H. S., Lee, K. H., & Park, S. H. (2016). Parametric study to identify the cause of high torsional vibration of the propulsion shaft in the ship. Engineering Failure Analysis, 59, 334-336. doi: 10.1016/j.engfailanal.2015.10.018

12. Heribert, M. (1983). Testing flexible coupling. The Motor Ship, 64, 63-65.

13. Murawski, L., & Charchalis, A. (2014). Simplified method of torsional vibration calculation of marine power transmission system. Marine Structures, 39, 335-349. doi: 10.1016/j.marstruc.2014.10.004

Стаття рекомендована до друку д.т.н., проф. К. М. Клевцовим (Украта); д.т.н., проф. С. В. Ракшою (Украта)

Надшшла до редколеги: 21.12.2016

Прийнята до друку: 15.03.2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.