Модернизация конструкции валопровода и винто-рулевого комплекса судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Эффективность работы на речном и морском флоте в значительной мере определяется техническим уровнем и надёжностью его механизмов, в т. ч. и валопроводов.

Технический уровень и надёжность механизмов, в свою очередь значительно зависит от качества монтажа. Задача монтажа - установка на судах механизмов согласно координатам чертежа при отсутствии деформации и напряжений в узлах и деталях.

Механизмы различаются разнообразием конструкций и требованиями к точности монтажа, которые вытекают из необходимости сохранения стендовой сборки при монтаже на судно.

При монтаже механизмов, в стеснённых условиях судна, используют ограниченное количество оснастки и приспособлений, которые не могут полностью механизировать ручные операции, особенно связанные с креплением и перемещением механизмов внутри судна.

Основным направлением снижения трудоемкости монтажа является повышение технологичности в целом и особенно узлов крепления механизмов.

Целью данного дипломного проекта является разработка мероприятий для снижения трудоёмкости и повышения качества работ по монтажу валопровода и винто-рулевого комплекса судна путём внедрения современных технологий.

1. Краткая техническая характеристика судна

1.1 Тип судна

Пассажирский четырех палубный теплоход “Виссарион Белинский” постройки 1979 г. (Германия, верфь Бойценбург). Район плавания по классификации Речного Регистра РФ “О”, ограничен проход через Ладожское и Онежское озера при максимальной длине волны 2,5Ч25 м. Остойчивость и спасательные средства соответствуют классу Регистра “М”.

1.2 Главные размеры и характерные данные

Габаритная длина судна - 125 м;

Дл. между перпендикулярами - 118 м;

Ширина по мидель-шпангоуту - 16 м;

Габаритная ширина судна - 16,7 м;

Высота борта - 4,5 м;

Осадка - 2,76 м;

Высота надводного борта - 1,14 м;

Габаритная высота судна - 13,2 м;

Водоизмещение - 3545 т3;

Пассажировместимость - 360 чел.;

Количество команды - 84 чел.;

Скорость судна при работе двигателей: Среднего ?16км/ч. Бортовых ?22км/ч. Всех трех ?26км/ч.

Для привода судна предусмотрены 3 четырехтактных реверсивных судовых двигателя с наддувом “Г70-5” отечественного производства, мощностью 883 кв./ч. и числом оборотов 350об/мин. Двигатели, самортизированные на фундаменте, соединены при помощи эластичной муфты ВЭМ 1100Ч190 с валопроводом. Три пятилопастные гребные винты (ВФШ) диаметром 1,85м.

Для выработки электроэнергии напряжением 380 - 220В установлены 4 дизель - генератора (каждый по 720 э.л.с., и один аварийный марки 6VD26/20AL - I SLK)

2. Описание конструкции валопровода

На судне установлены три главных двигателя модели 6ЧРН 36/45 (Г-70-5) с двумя системами валопровода, бортовые валопроводы состоят из гребного вала, промежуточного вала и упорного вала, в валопроводе на диаметральной плоскости отсутствует промежуточный вал.

Гребной винт пятилопастной, диаметром 1850 мм, стальная отливка. На данном проекте судна установлены два двигателе правого и один левого вращения, гребные винты соответствуют исполнению двигателей.

2.1 Конструктивное исполнение валопровода

Упорный вал соединён с маховиком с помощью призонных болтов, с другой стороны он соединен муфтой с валом проставышем. Упорный вал вложен в литой стальной корпус упорного подшипника. Упорные усилия, движущие судно вперёд воспринимаются самоустанавливающимся аксильным роликовым подшипником, а упорные усилия, продвигающие судно назад воспринимаются самоустанавливающимся роликовым подшипником. Упорный подшипник смазывается маслом.

После упорного вала следует промежуточный вал (только на бортовых валопроводах), он соединяет гребной и упорный валы. Соединение выполнено через муфту. Промежуточный вал опирается на опорный подшипник.

Опорные подшипники - самоустанавливающиеся роликовые подшипники. Подшипники укрепляются на валу специальными зажимными гильзами.

Гребной вал - установлен в дейдвудные подшипники (резинометаллические). Гребной винт - установлен на гребной вал, на поверхности с конусностью 1:10, имеет шпоночную фиксацию и закреплен гайкой.

3. Описание конструкции рулевого устройства

Электрогидравлическая рулевая машина приводится в действие двумя гидроцилиндрами. Гидроцилиндры приводят в движение главный румпель, который в свою очередь передает моменты на бортовые румпели.

Румпель посажен на баллер шпоночным соединением и закреплен гайкой.

Баллер находится в гельмпортовой трубке и держится в ней за счет опорного подшипника.

Перо руля крепится к баллеру фланцевым соединением, и получает момент от гидроцилиндров.

4. Недостатки существующих конструкций и предложения по их модернизации

4.1 Шпоночное соединение гребного винта и вала

В рассмотренной конструкции, для закрепления гребного винта на валу используется шпоночное соединение. Такая конструкция соединения имеет ряд существенных недостатков. На конусе вала и внутренней поверхности ступицы винта строганием или фрезерованием приходится изготавливать шпоночные пазы, которые уменьшают живое сечение деталей и являются концентраторами напряжений. Кроме этого необходимо изготовить шпонку. Процесс пригонки шпонки по пазам деталей достаточно трудоёмок, так как включает в себя большой объём ручных работ.

В настоящее время более распространена посадка гребного винта гидропрессовым способом. Существо гидропрессовой посадки заключается в замене натяга, возникающего при перемещении детали по конусной поверхности, масляным зазором, который образуется за счёт подачи масла под высоким давлением на сопрягаемые поверхности.

Посадку гребного винта на вал осуществляют с помощью осевого домкрата, подавая масло под высоким давлением на сопрягаемые поверхности и под кольцевой поршень домкрата.

Домкрат закрепляют на хвостовике гребного вала с помощью специальной гайки, осевое перемещение гребного винта по валу на расчётную величину контролируется индикатором.

4.2 Цельнолитой гребной винт

Рассматриваемый гребной винт является цельнолитым. Цельнолитые гребные винты имеют конструкцию, трудно поддающуюся обработке на станках из-за сложности криволинейных поверхностей лопастей. Обработку лопастей винтов при изготовлении осуществляют пневматическими зубилами и шлифовальными кругами.

Тяжёлые условия труда, значительный объем ручных работ при изготовлении цельнолитых гребных винтов привели к необходимости изменения их конструкции на сборную, состоящую из ступицы и лопастей. Такая конструкция винта является более технологичной, что позволило исключить ручные работы по обработке составляющих элементов винта.

В сборных гребных винтах, предназначенных для работы на судах речного флота, лопасти имеют фрикционное соединение со ступицей. Надёжность крепления лопасти со ступицей обеспечивают за счёт сил трения, которые возникают при сборке комля лопасти со ступицей с расчётным натягом.

От разворота лопасти дополнительно фиксируют фланцем специальной формы.

Сборные винты отличаются высокой ремонтопригодностью, которая заключается в возможности замены лопасти винта без подъёма судна из воды. Сборку лопастей со ступицей осуществляют путём нагрева ступицы, охлаждением лопастей или комбинированным способом - нагревом охватывающей детали и охлаждением охватываемой. Разборку прессового соединения лопастей со ступицей производят подачей масла под высоким давлением под торец комля лопасти через специальное отверстие.

4.3 Шпоночное соединение румпеля и баллера

В рассмотренной конструкции, для закрепления румпеля на баллере используется шпоночное соединение. Такая конструкция соединения имеет ряд существенных недостатков. На конусе баллера и внутренней поверхности ступицы румпеля строганием или фрезерованием приходится изготавливать шпоночные пазы, которые уменьшают живое сечение деталей и являются концентраторами напряжений. Кроме этого необходимо изготовить шпонку. Процесс пригонки шпонки по пазам деталей достаточно трудоёмок, так как включает в себя большой объём ручных работ.

Посадку румпеля на баллер осуществляют с помощью осевого домкрата, подавая масло под высоким давлением на сопрягаемые поверхности.

Домкрат закрепляют на хвостовике баллера с помощью специальной гайки, осевое перемещение румпеля по баллеру на расчётную величину контролируется индикатором.

5. Расчёты гидропрессовых соединений

5.1 Конструкция и принцип работы гидропрессового устройства

Гидропрессовый бесшпоночный способ соединения деталей осуществляется после нагнетания масла через маслопроводящие канавки на сопрягаемые поверхности вала (баллера) и винта (румпеля) с помощью насоса высокого давления. Перемещение ступицы винта (румпеля) вдоль оси вала (баллера) производится специальным домкратом. Образующаяся масляная плёнка толщиной около 0,1 мм полностью разъединяет соприкасающиеся поверхности, и охватывающая деталь, в данном случае винт (румпеля), как бы всплывает на ней. Исключение составляют лишь узкие зоны у каждого торца охватывающей детали, которые действуют как своего рода жидкостный замок, удерживающий масло между контактными поверхностями.

При перемещении винта (румпеля) по валу (баллеру) на масляной плёнке требуется осевое усилие в 10 - 12 раз меньше, чем при сухой напрессовке.

Передача крутящего момента осуществляется за счёт сил трения, возникающих благодаря упругим деформациям материала ступицы винта (румпеля) и вала (баллера) при создании натяга.

На гребной вал 2 надет гребной винт. На хвостовике вала гайкой 5 закреплён осевой домкрат 4, предназначенный для перемещения винта по валу. Масло от насосов высокого давления 7 подаётся в осевой домкрат и через сверление в ступице на сопрягаемые поверхности винта и вала. Давление масла в магистралях контролируется манометрами 6 . Контроль за осевым перемещением винта осуществляется индикатором часового типа 1. Посадка румпеля на баллер осуществляется аналогично.



Рис.5.1 Оснастка для гидропрессовой посадки гребного винта, румпеля.

5.2 Расчёт посадки гребного винта гидропрессовым способом

Контактное давление pk на сопрягаемых поверхностях, возникающее вследствие упругих деформаций материала ступицы винта и вала, обеспечивающее передачу крутящего момента на движитель, определяют из соотношения

pk=471 МПа

где Мкр - крутящий момент, развиваемый двигателем, НМ;

кHм

dср - средний диаметр конуса вала,м; dcр= 0,169м.

Wp = 0.2d3cp- полярный момент инерции сечения вала,м3;

fT= 0.15 - коэффициент трения при круговом смещении;

Lф - фактическая длина контакта поверхностей вала и винта; Lф= 0,11 м. Кз= 2,8 - коэффициент запаса несущей способности соединения.

Значение диаметрального натяга Sн, необходимое для создания контактного давления рк, определяется по формуле

Sн=м.

где E1 и E2 - модули упругости материала вала и винта, МПа; E1 = E2 =2,06*105МПа С1 и С2 - коэффициенты жесткости вала и ступицы винта.

Выражение для расчета коэффициентов жесткости С1 и С2 из задачи Ляме имеет вид

где d0 - диаметр сверления вала(для сплошного вала d0=0);

Dн - наружный диаметр ступицы винта; Dн=0,335 м.

м1 и м2- коэффициенты Пуассона материала вала и винта. м1 = м2=0,3

Осевое перемещение S винта по конусу вала связано с диаметральным натягом Sн зависимостью

S=Sн/К=8,04*10-4*10=0,00804 мм/м

где К - конусность вала.К=1/10

При известных значениях pк усилие напрессовки винта на вал с подачей масла на сопрягаемые поверхности будет определяться по формуле

 кН

где p = 1,3pк - давление масла, подаваемого на сопрягаемые конические поверхности, Па;

Fф - фактическая площадь контакта конических поверхностей, М2;

Fф=3,14*0,11*0,169=0,05

fм = 0,01 - коэффициент трения между коническими поверхностями при наличии масляной пленки.

6. Технология ремонта валопровода

6.1 Износы и повреждения деталей судовых валопроводов

Суда речного флота и смешанного ‹‹река-море›› плавания имеют одновальную, двухвальную, а иногда и трехвальную энергетическую установку. Она состоит из главного двигателя, валопровода и гребного винта. Валопровод?служит для передачи крутящего момента от двигателя к движителю. В общем виде валопровод включает в себя следующие основные элементы: соединительную муфту, упорный подшипник, упорный вал, промежуточный вал, промежуточные подшипники, сальниковое уплотнение, дейдвудную трубу, дейдвудные подшипники, гребной вал, подшипники кронштейна, движитель.

В эксплуатации судна валопровод в целом и отдельные его элементы под действием нагрузок подвергаются изнашиванию и повреждениям.

Валопровод соединяют с главным двигателем неподвижными или подвижными муфтами. Неподвижные муфты обеспечивают жесткое соединение двух валов, исключая их относительные перемещения друг относительно друга. Подвижные муфты, например зубчатые, допускают в определенных пределах смещение и излом осей соединяемых валов.

Одной из наиболее распространенных конструкций соединения валопровода с главным двигателем, а также валов между собой, является поперечно?свертная муфта. Полумуфты неподвижных поперечно?свертных муфт устанавливают на конусные поверхности валов и закрепляют гайками. Между собой полумуфты соединяют коническими болтами. Поперечно?свертные муфты передают крутящий момент через шпонки. В таких полумуфтах износу подвергаются внутренняя конусная поверхность вследствие сдвига и ослабления посадки, а также шпоночные пазы из-за смятия стенок, задиров, коррозии.

У зубчатой подвижной муфты валопровода происходит непрерывное истирание зубьев, значительно усиливающееся при нарушении смазки и появлении расцентровки валов.

В судовых валопроводах осевое усилие, от вращения гребного винта, воспринимается упорным валом и упорным подшипником. На валопроводах речных судов чаще всего устанавливают сегментные упорные подшипники скольжения. Упорный подшипник скольжения имеет диск в средней части упорного вала. Упор на диск передается через несколько одинаковых упорных подушечек переднего и заднего хода, поверхности скольжения которых залиты антифрикционным сплавом .В таких подшипниках изнашиваются поверхности упорных подушек, а также упорный диск вала и его рабочие шейки.

Промежуточные валы работают в более благоприятных условиях, чем гребные: они не соприкасаются с водой и непосредственно не испытывают ударов со стороны винта. В местах расположения подшипников на валах имеются утолщения, откованные при изготовлении, или напрессованные облицовки.

К числу наиболее характерных износов промежуточных валов относят изменение размеров и геометрии рабочих шеек или облицовки, а также конусной части вала, смятие стенок шпоночного паза ( для шпоночных полумуфт), повреждение резьбы хвостовика; износы отверстий под крепежные болты. В отдельных случаях на промежуточных валах наблюдают погибь, скручивание, трещины.

Износы опорных подшипников скольжения проявляются в уменьшении толщины антифрикционного слоя, появлении в нем трещин и отслаивания баббита от основы.

Дейдвудная труба представляет собой стальную сварную или чугунную литую конструкцию, соответственно приваренную к набору корпуса или закрепленную на шпильках. В ней размещают дейдвудные подшипники, являющиеся опорами гребного вала. Основной вид изнашивания дейдвудных труб ? коррозионный. В результате ослабляется посадка дейдвудных подшипников. Дейдвудные подшипники изготавливают из бакаута, древесно-слоистого пластика, текстолита, резины, армированной металлом, а также капрона и капролона. На речных судах для валов диаметром от 30 до 240 мм чаще всего используют цельнолитые резинометаллические подшипники. При смазке водой резина в паре со сталью или бронзой имеет коэффициент трения не более 0,01. Наибольший износ, особенно при плавании судов на мелководье, наблюдается у кормовой дейдвудной втулки.

Гребной вал ? наиболее ответственная часть валопровода. Большинство гребных валов в районе трущихся поверхностей имеют бронзовые, латунные или стальные облицовки. Участок вала между облицовками для защиты от коррозии покрывают резиной или стеклотканью на эпоксидной основе. Материал облицовок подбирают, по максимальной износостойкости пары с подшипником. Обычно облицовки изготавливают из оловянистой бронзы , латуни , биметаллические с наплавкой нержавеющей сталью или бронзы на стальные рубашки из малоуглеродистой стали. При наплавке обеспечивают толщину слоя нержавеющей стали 5 - 5 мм, бронзы 6 - 8 мм.

Разрушения и повреждения гребных валов происходят, как правило, в результате коррозионно-усталостного процесса.

В процессе эксплуатации изменяются геометрические размеры и форма шеек( облицовок ) гребного вала. Под действием циклических и ударных нагрузок в местах концентрации напряжений гребного вала возникают трещины, приводящие порой к полному разрушению вала. Наиболее опасными зонами гребного вала являются носовой участок шпоночного паза, подступичная часть в районе большого основания конической поверхности, поверхности между торцами ступицы винта и кормовой облицовки. Трещины в шпоночных пазах гребного вала появляются в районе его носового участка и на боковых поверхностях. Трещины на конической поверхности валов возникают, как правило, в районах, подверженных фретинг - коррозии, т.е. с носовой стороны подступичной части гребного вала. Типовое месторасположение поломок и трещин ? участки вала, примыкающие к кормовой дейдвудной шейке. Изломы и трещины, как правило, ориентированы под углом приблизительно 450 к оси вала. Коррозионные разрушения в районе повреждений достигают по глубине 1,5 - 2,0 мм. Наиболее часто повреждения появляются в зонах действия конструктивных концентраторов напряжений, обусловленных галтельными переходами к шейке вала.

6.2 Дефектация валопровода

В процессе дефектации определяют техническое состояние валопровода в целом, а также износы и повреждения сборочных единиц и деталей. Действительные износы сравнивают с нормативными значениями и дают заключения о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения ремонта.

При разборке валопровода проверяют состояние центровки концевых валов ? гребного и коленчатого вала оптическим методом или измерением изломов и смещений на фланцевых соединениях валов. Если расцентровка концевых валов находится в заданных пределах, то валопровод центруют плавным искривлением его оси в пределах допустимых нагрузок на подшипники концевых валов и напряжений в валах. В противном случае изменяют положение главного двигателя или производят эксцентричную расточку дейдвудных втулок.

Зазоры между антифрикционным покрытием дейдвудных втулок и шейками гребных или дейдвудных валов, а также масляные зазоры в опорных подшипниках измеряют до разборки валопровода. Значения предельно допустимых зазоров в дейдвудных втулках и втулках кронштейнов приведены в таблице 6.2

Таблица 6.2 Зазоры в дейдвудных втулках и втулках кронштейнов гребных валов

Наружный диаметр Облицовок гребного вала, мм	Установочный	Предельный при эксплуатации
		В дейдвудной трубе	Во втулке кронштейна
50-100 101-150 151-200 200-250	1,10-1,30 1,20-1,40 1,30-1,50 1,40-1,60	2,8 3,0 3,3 4,0	4,0 4,0 5,0 6,0

Предельно допустимые масляные зазоры в опорных подшипниках колеблются от 0,35 до 0,5 мм для диаметров от 100 до 220 мм.

Во время дефектации тщательно осматривают все соединения валов с целью определения ослабления посадки полумуфт на валах, а также правильности прилегания шпонок по пазам.

Перед ремонтом упорного подшипника производят измерения осевых зазоров между упорными подушками и упорным диском вала, а также замер износа баббита на упорных подушках. Состояние поверхности антифрикционного слоя оценивают визуально.

После разборки все валы валопровода подвергают наружному осмотру, обмерам шеек и облицовок, проверке биения и погиби, а также контролю физическими неразрушающими средствами.

Рабочие шейки и облицовки валов измеряют микрометрическим инструментом по наружному диаметру в двух взаимно перпендикулярных направлениях, не менее чем в трех сечениях по длине каждой носовой шейки или облицовки и пяти сечениях ? для каждой кормовой.

По результатам измерений рассчитывают отклонения от округлости и цилиндричности для промежуточных (в числителе) и гребных валов (в знаменателе).

Таблица 6.3 Допустимые износы рабочих шеек промежуточных валов и облицовок гребных валов

Диаметр шейки (облицовки)	Отклонения от округлости	Отклонения от цилиндричности
	При ремонте	В эксплуатации	При ремонте	В эксплуатации
120-180	0,02/0,02	0,25/0,30	0,02/0,03	0,25/0,40
180-260	0,02/0,03	0,25/0,40	0,03/0,04	0,30/0,50

Погибь валов и биение шеек (облицовок) проверяют с помощью индикаторов часового типа при закреплении валов в центрах токарного станка. Погибь валов допускают до 0,5 мм на метр длины, биение валов при проверке по фланцам не должно превышать на каждые 100 мм диаметра фланца: торцевое ? 0,03 мм, радиальное ? 0,01 мм.

Трещины на промежуточных валах определяют визуальным осмотром, а на гребных - магнитопорошковым методом, переносными или передвижными приборами. Шпоночные пазы с этой целью контролируют вихретоковым методом с использованием накладных датчиков карандашного типа.

Износ антифрикционного покрытия опорных подшипников определяют микрометрическими измерениями. Трещины и выкрашивание антифрикционного слоя обнаруживают визуальным осмотром.

Дейдвудные трубы осматривают на месте. Толщину стенок при этом проверяют с помощью ультразвуковых толщиномеров или путем сверления контрольных отверстий. При уменьшении толщины стенки в нескольких местах до 30% построечной дейдвудную трубу заменяют.

6.3 Технология ремонта деталей валопроводов

6.3.1 Ремонт валов

Ремонт валов при износе рабочих шеек и конусов, предназначенных для посадки соединительных полумуфт, состоит в шлифовании или протачивании изношенных поверхностей.

Для обточки валы устанавливают на токарном станке с использованием люнетов. Положение их выверяют при помощи индикаторов часового типа, биение вала не должно превышать 0,05 мм.

Обрабатывают валы резцами с пластинками твердого сплава с обычным углом заточки при следующих режимах тонкого точения: скорость резания 100 - 200 м/мин, подача S до 0,01 мм/об, глубина резания t=0,05 ч 0,30 мм.

Рабочие шейки и конусы валов восстанавливают наплавкой. Допускается наплавка валов из углеродистой стали при содержании углерода в ней до 0,45 % и износе не более 1,5 мм. Для уменьшения напряжений вал в районе начала наплавки подогревают до 393 - 423 К.

При восстановлении рабочих шеек валов автоматическую и полуавтоматическую наплавку производят при закреплении валов на токарном станке наложение валиков на шейку по винтовой линии.

Восстановление изношенных конусов валов производят с наложением валиков вдоль оси вала до его цилиндрической части. Аналогичным путем наплавляют стенки изношенных шпоночных пазов.

После остывания конус вала протачивают по контршаблону, снятому с шаблона конуса полумуфты или конуса гребного винта в случае ремонта гребного вала.

Обработку шпоночных пазов производят на горизонтально-фрезерных станках дисковой или пальчиковой фрезой. При обработке шпоночных пазов для ликвидации концентрации напряжений у дна паза должны быть обеспечены радиусы закруглений ( от 1,0 мм до 6,0 мм ). Восстановление шпоночных пазов (при смятии более 25 % длины и 30 % глубины паза ) можно производить без наплавки только механической обработкой - строганием или фрезерованием с увеличением ширины паза до 10 % от номинальной. В этом случае шпоночные пазы в ступице гребного винта или полумуфты также разделывают на соответствующую ширину. Допускается установка ступенчатой шпонки с разницей по ширине верхней и нижней части не более 5 % номинальной ее ширины.

Трещины, возникшие на валах во время эксплуатации, создают значительную концентрацию напряжений, и является недопустимыми дефектами. Их устраняют механическим способом или заваркой. Отдельные незначительные трещины на цилиндрической части вала или в шпоночных пазах удаляют, вырубая металл в районе трещины и разделывая вырубленные места для обеспечения плавных переходов к прилегающим поверхностям вала. При многочисленных поверхностных трещинах выполняют обтачивание участка вала в районе трещин при условии сохранения его прочностных размеров и обеспечивая плавный переход от меньшего диаметра проточки к остальной поверхности вала.

В отдельных случаях, если глубина трещин не превышает 5 % и длина - не более 10 % диаметра вала, их устраняют с помощью сварки. Перед заваркой металл в районе трещины тщательно вырубают до полного ее удаления.

Погибь валов, полученную в период эксплуатации судна, устраняют правкой. На судоремонтных предприятиях применяют следующие методы правки валов: в холодном состоянии за счет наклепа; в холодном состоянии наклепом, с выгибом в сторону, обратную вогнутости; местным нагревом с последующим отжигом; круговым местным нагревом и применением механических усилий.

Правка валов в холодном состоянии наклепом может применятся для валов при содержании углерода в материале не более 0,45 %, суммарного количества легирующих присадок не более 2,5 %, при стреле прогиба до 0,5 мм на 1 м вала. Вал устанавливают на токарном станке на двух люнетах, размечают место на вогнутой части вала и при помощи чекана наклепывают поверхность вала в этом месте. Под действием созданных напряжений происходит правка вала. Правка считается законченной, если биение вала не превышает 0,08 мм.

Правку валов в холодном состоянии с выгибом их в сторону, обратную деформации, а также правку местным нагревом с последующим отжигом производят в тех случаях, когда напряжения в материале вала не превышают предел текучести материала вала более чем на 15 %. При больших деформациях (напряжениях) валы правят круговым нагревом с последующим приложением механических усилий.

Рис 6.3 Правка вала.

Возможность правки вала этим способом определяют следующим образом. Прогиб ft вала, при котором в нем начинают возникать пластические деформации, определяют зависимостью

ft=

где - предел текучести материала вала, МПа;

W - момент сопротивления сечения вала, м3;

L - расстояние между опорами, м;

E - модуль упругости материала, МПа;

I - момент инерции сечения вала, м4. По измеренной стреле f прогиба вала рассчитывают напряжения изгиба по формуле

f / WL2

Полученные расчетом напряжения изгиба сравнивают с пределом текучести материала и, если их значение не превышает предел текучести материала более чем на 15 %, то можно применить правку вала по второму способу. Для этого деформированный вал устанавливают на токарном станке или в приспособлении. Гидравлическим домкратом в месте максимальной погиби вал выгибают в сторону вогнутости на значение f1 определяемое расчетом

f1=

где a и b - расстояния от опор до приложения усилия.

После достижения заданной стрелки выгиба вал обстукивают медной кувалдой в районе выгиба по выпуклой стороне и в таком положении выдерживают в течение нескольких часов (от 2 до 4 ч.) в зависимости от значения выгиба. После снятия нагрузки биение вала не должно превышать 0,08 мм.

Требуемую грузоподъемность Р домкрата определяют по формуле

Р=

Правка местным нагревом с последующим отжигом заключается в том, что место наибольшего выгиба вала, установленного на станке или приспособлении, нагревают до температуры 773ч823 К через вырез в листовом асбесте, покрывающем вал на длине не менее одного диаметра.

При нагревании металл стремится расширится. Однако соседние холодные участки вала препятствуют такому расширению и в металле возникают напряжения сжатия. Дальнейшее нагревание приводит к росту этих напряжений и при достижении ими значения предела текучести материала происходит местная пластическая деформация. Охлаждение вала приводит к появлению напряжений растяжения в холодной зоне, за счет которых и происходит устранение деформации вала.

После окончания правки вал в месте нагрева необходимо отжечь для снятия внутренних напряжений. С этой целью вал нагревают до температуры 600 К со скоростью не выше 150 К в час и выдерживают в течение двух часов. В месте нагрева вал покрывают асбестовым листом и в этом положении он остывает до температуры наружного воздуха.

6.3.2 Ремонт облицовок

Ремонт облицовок гребных и других валов заключается в их обточке на ремонтный размер или замене. Обточку облицовки на ремонтный размер производят при достижении предельного износа по всей рабочей поверхности или по отдельным участкам (менее 50 % ее расчетной толщины). При износе облицовок по всей рабочей поверхности более 50 % расчетной толщины, а также при ослаблении посадки на валу облицовки заменяют.

Перед посадкой на вал новую облицовку подвергают гидравлическим испытаниям на давление 0,15 МПа и нагреву до температуры 553 - 573 К. Температуру нагрева контролируют термокарандашами, термопарами или измерением внутреннего диаметра с помощью штихмасса. Качество посадки определяют по чистому звуку при обстукивании облицовки слесарным молотком после ее полного остывания. После установки на вал облицовку обрабатывают до заданного размера на токарном станке с обеспечением шероховатости поверхности Ra?0.40 мкм, радиального биения не более 0,15 мм/м, и округлости не более 0,02 мм.

6.3.3 Ремонт деталей соединения валов

Ремонт деталей соединения валов при незначительном износе конусных поверхностей соединительных полумуфт производят проточкой‹‹как чисто››.

Конусные поверхности полумуфт пригоняют по шаблонам на краску с обеспечением 2 - 3 пятен на площади 25 на 25 мм. При ослаблении посадки полумуфты на конусе вала, при наличии следов сдвига или проворачивания, внутреннюю поверхность полумуфты восстанавливают гальваническим методом - осталиванием или хромированием для уменьшения ее диаметра на 0,05 - 0,06 мм. При значительных износах конусную поверхность наплавляют и растачивают по размеру конуса вала.

6.3.4 Спаривание валов валопровода

Спаривание валов валопровода производят после ремонта валов. Спаривание валов служит для совмещения последующего вала с осью предыдущего (базового). Как правило, спаривание валов осуществляют в цехе на токарном станке или специальном стенде. Обычно спаривание начинают с гребного вала. Гребной вал в сборе с полумуфтой устанавливают на люнетах и выверяют по реальному биению в заданных сечениях. После этого гребной вал зажимают в патроне. На люнетах устанавливают первый промежуточный вал так, чтобы фланцевое соединение обоих валов имело минимальные изломы и смещения. Соединение обжимают четырьмя - пятью временными болтами, поджимают задним центром и проверяют биение при помощи индикаторов часового типа.

Валы считают спаренными удовлетворительно, если биение рабочих шеек промежуточного вала не превышает допустимых значений, а торцевое биение фланца составляет не более 0,03 мм.

В случае превышения указанных значений биения для исправления положения промежуточного вала при помощи индикатора находят места наибольшего и наименьшего биения на торцах фланцев. Шлифовальной машинкой и шабрением снимают слой металла с торца фланца того вала, у которого указанные значения превышают допустимые. После спаривания валы окончательно обрабатывают таблица 6.4

Допускаемые значения биения рабочих шеек валов.

Отношение длины спаренных валов к диаметру вала	Биение не более, мм
До 20 20-30 35-50	0,03 0,04 0,05

Плоскости фланцев в местах прилегания гаек и болтов при необходимости подрезают при помощи специального приспособления до выполнения требования - щуп 0,05 не должен проходить между поверхностью фланца и болта или гайки.

После спаривания первой пары валов операцию повторяют для следующей пары и т.д.

6.3.5 Ремонт опорных подшипников

Ремонт опорных подшипников, залитых баббитом, при уменьшении толщины антифрикционного слоя до 2 мм при диаметре до 150 мм, до 3 мм при диаметре от 150 до 200 мм, а также при наличии в нем трещин или отслоения заливки от основы, осуществляют, как правило, перезаливкой. После перезаливки вкладыши подшипников предварительно растачивают для снятия тепловых напряжений, возникших при заливке.

Надежность работы вкладышей во многом определяется качеством заливки, в частности, отсутствием отслоения баббита от основы. Поэтому после предварительной механической обработки их обязательно подвергают ультразвуковому контролю. Проверку ведут непосредственным сканированием пьезоэлектрическим преобразователем поверхности вкладыша или с использованием иммерсионного варианта, при котором ультразвуковые колебания вводят в тело вкладыша через слой воды. Контроль вкладышей подшипников в иммерсионной ванне проводят на специальной полуавтоматической установке. Прозвучивают подшипники на такой установке эхо-способом при наличии одного пьезопреобразователя или теневым способом двумя датчиками: излучающим и приемным.

Результаты контроля фиксируют на диаграммной ленте. В соответствии с ОСТ 24.067.40-84 любые отслоения баббита от основы в подшипниках не допустимы.

Перед окончательной обработкой внутренней поверхности вкладыши пригоняют по постелям на краску. Пригонку считают удовлетворительной при наличии одного пятна краски на 100 мм2 поверхности. После пригонки вкладыши собирают с корпусом и направляют на расточку.

При изменении положения на фундаменте подшипники после расточки окончательно пригоняют в цехе по шейкам своих валов на краску. Подшипники считают удовлетворительно пригнанными, если число пятен краски составляет не менее двух на 100 мм2 площади. Если подшипники не изменяют положения относительно фундамента, то после сборки вкладышей с корпусами производят их разметку на месте (судне).

Ремонт упорных подшипников в основном аналогичен ремонту опорных. Исключение составляют упорные подушки (сегменты). Упорные подушки являются ответственной деталью подшипника, так как воспринимают осевой упор гребного винта. Поэтому при их ремонте к качеству соединения баббита с корпусом подушки предъявляются высокие требования. Так же как и вкладыши опорных подшипников, упорные подушки подвергают ультразвуковому контролю на отслоение баббита. После перезаливки и станочной обработки упорные подушки тщательным образом подгоняют по высоте шабрением слоя баббита с точностью 0,02 мм. Это требование необходимо для того, чтобы упорный вал опирался при вращении на все подушки.

6.3.6 Ремонт подшипников дейдвудных труб и кронштейнов

Ремонт подшипников дейдвудных труб и кронштейнов, залитых баббитом, заключается, как правило, в перезаливки и последующей расточке. Диаметр посадочных поверхностей подшипников принимают равным действительным размерам гребного вала с учетом монтажного зазора по нормативной документации.

При достижении предельного износа резинометаллические подшипники заменяют.

6.4 Технологический процесс центровки валопровода по изломам и смещениям

Ось валопровода представляет собой прямую линию, соединяющую центр фланца коленчатого вала с центром диска винта.

В процессе эксплуатации судна из-за нормального физического износа антифрикционного слоя подшипников, шеек валов, деформации корпуса нарушается прямолинейность валопровода - возникает расцентровка, характеризуемая появлением смещений и изломов осей валов.

Смещением называется такое положение валов, при котором их геометрические оси параллельны, но не лежат на одной прямой.

Изломом называется положение валов, при котором их геометрические оси в пространстве пересекаются.

Эксплуатация валопровода с расцентровкой выше допустимых норм не разрешается вследствие появления дополнительных напряжений в валах и подшипниках. На практике наиболее широко используется метод центровки валопровода по изломам и смещениям, измеряемым на фланцах валов. Для определения численных значений и смещений на фланцах валов устанавливают стрелы. Определение смещений валов в вертикальной плоскости осуществляется измерением зазоров ,,а1”, и ,,в1”, а изломы в этой же плоскости характеризуются зазорами ,,с1”, и ,, d1”. По значениям зазоров ,,а2”, и ,,в2” после поворота валов на 900 оценивают смещение валов в горизонтальной плоскости, по зазорам ,с2”, и ,,d2”- изломы в этой же плоскости.

Измеренные зазоры заносят в таблицу, производят расчет смещения и излома каждого вала, определяют положение смещения и излома и на этом основании принимают решение об устранении расцентровок за счет шабровки нижней половины вкладыша подшипника или изменения высоты прокладок под корпусами подшипников.

Результаты измерения зазоров на фланцах валов таблица 6.5

Результаты измерения зазоров на фланцах валов

№ фланцевого соединения	Положение стрел	Значение зазора характеризующего	Смещение мм	Излом , мм/м	Положение
					смещения	раскрытия фланцев
	Вверх	a1	c1	д1	ц1
	Вниз	b1	d1
	Правый борт	a2	c2	д2	ц2
	Левый борт	b2	d2

Значения перемещений того или иного конца вала рассчитывают в зависимости от его расстояния до опоры.

При центровке линии валопровода по стрелам за базу обычно принимается ось гребного вала, на фланце которого закрепляется охватывающая(Г- образная) стрела. После устранения расцентровки проверенная пара валов скрепляется болтами. Базой для центровки следующего вала является ось отцентрованного, на носовом фланце которого устанавливается охватывающая стрела.

Расчет перемещений опор вала для устранения расцентровки .

Смещение проверяемого вала;

д1

положение смещения вверх (в сторону меньшего значения зазора)

где R -радиус измерения зазоров, м

Сведения о положении проверяемого вала используем для построения расчетной схемы.

Если ось проверяемого вала смещена вверх, то точка пересечения оси проверяемого вала с плоскостью фланца должна располагаться выше оси базового вала. При положении раскрытия фланцев вверх расстояние между фланцами вверху должно быть больше, чем внизу.

Положение раскрытия фланцев - вверх.

Для устранения чистого смещения проверяемого вала необходимо оба подшипника опустить на д1. Но так, как в данном случае есть и смещение, и излом, то их следует учитывать совместно.

С целью упрощения расчетов разделим процесс подцентровки проверяемого вала на два этапа.

С начала устраним излом проверяемого вала относительно базового.

Причем за центр разворота вала примем точку 0 - центр фланца проверяемого вала. Значения величины перемещений подшипников вала: кормового X и носового Y можно определить из подобия треугольников1 и 2, 1 и 3 соответственно.

где U - абсолютное значение излома, мм.

ц - излом проверяемого вала, мм/м.

тогда

X = l1ц1 Y = l2ц1

где l1 и l2 - расстояние от фланца до кормового и носового подшипников.

Теперь проверяемый вал занимает положение параллельное базовому, но его ось смещена на д1.

Для полного устранения излома и смещения поверяемого вала следует оба подшипника сместить на величину д1.

Окончательно имеем, для центровки проверяемого вала относительно базового кормовой подшипник следует переместить на величину x-д1, носовой на y-д1.

Центровкой добиваются такого положения валов, при котором выполняются следующие условия:

д?/д/мм; ц?/ц/ мм/м.

где /д/ и /ц/ - допустимые значения смещения и излома для конкретного валопровода.

Для расчета допускаемых значений расцентровок при схеме валопровода, изображенного на рисунке,

Рис 6.3 Принципиальная схема валопровода. используется зависимость:

Пологая в уравнении ц=0, определяем дmax,

дmax= мм при д=0 рассчитывается цmax.

цmax= мм/м

По полученным значениям дmax и цmax строим номограмму допускаемых значений расцентровок валопровода на плаву при центровке валопровода судна на стапеле или в доке расчетные значения допусков уменьшаются в 2 раза.

Рис 6.4 Номограмма допустимых значений расцентровок валопровода. 1 - допустимые значения расцентровок валопровода на плаву. 2 - допустимые значения расцентровок валопровода на стапеле или в доке.

Допускаемый излом для данного валопровода составляет 0,3-0,7 мм/м, расхождение шеек коленчатого вала у 6 цилиндра при этом не должно превышать 0,06мм, у остальных цилиндров - 0,03 мм.

7. Разработка технологии монтажа валопровода

Таблица 7 Технологический процесс монтажа валопровода на судно

№ Операции	Наименование и содержание операции	Оборудование и инструменты
00	Собрать гребной винт с гребным валом в цехе	Осевой гидравлический домкрат, насосы
05	Доставить подшипники на судно	Кран автопогрузки
10	Центровать подшипники качения	Визирная труба, фальшвал, мишени
15	Изготовить прокладки под фундамент подшипника	Шлифовальные машины, фрезерный станок
20	Завести гребной вал в сборе с гребным винтом	Конструкция для заводки гребного вала
25	Произвести насадку полумуфты на гребной вал гидропрессовым способом	Осевой гидропрессовый домкрат, насосы
30	Собрать промежуточные валы с подшипниками и полумуфтами	Осевой гидропрессовый домкрат, насосы
35	Погрузить промежуточные валы	Кран, стропы
40	Установить подшипники на прокладки и закрепить их	Прокладки
45	Произвести проверку центровки	Линейка, щуп
50	Закрепить фланцевые соединения	Гаечные ключи
55	Сдать монтаж валопровода ОТК

7.1 Технология сборки гребного вала и гребного винта гидропрессовым способом в цехе

- перед насадкой гребного винта на гребной вал насадочные поверхности ступицы гребного винта и конуса вала промыть уайт-спиртом, тщательно протереть досуха;

- установить гребной винт до полного прилегания сопрягаемых конических поверхностей;

- установить на хвостовик гребного вала гидродомкрат и соединить трубопроводы высокого давления;

- установить на вал индикатор для замера осевого перемещения гребного винта по конусу вала, стрелку индикатора установить на 0;

- насосами высокого давления начать подачу масла сначала на осевой домкрат, затем на сопрягаемые поверхности. Усилие напрессовки Q = 1837 кН; давление масла, подаваемого на сопрягаемые конические поверхности 471 МПа. За давлением в магистралях высокого давления наблюдать по манометрам.

- напрессовать гребной винт на конус гребного вала до расчётной величины осевого перемещения S = 8,04*10-3 м;

- снять давление ( усилие ) сначала с сопрягаемых поверхностей, затем с осевого домкрата;

- демонтировать индикатор: маслопроводы, домкрат;

- надеть гайку гребного винта и надёжно её застопорить;

- установить обтекатель;

- после установки пробок на гребном винте, заделать их портланд-цементом марки <<600>>.

8. Рулевое устройство

8.1 Конструкция рулевого устройства

Принципиальная схема рулевой установки представлена на рис.8.1.

Рулевое устройство состоит из комплекса механизмов. Перекладка рулей осуществляется вращением румпелей 5, которые приводятся в движение тягами 6, которые в свою очередь получают движение от главного румпеля 4. Главный румпель связан с гидравлической машиной 7 двумя гидравлическими плунжерами, которые приводятся в действие насосом. Тросовый сегмент 1 связан с главным румпелем, и передаёт движение на эксцентриковые шайбы 3, трос закреплён в узле пружин 2, в котором происходит натяг и крепление троса.

8.2 Расчёт посадки румпеля на баллер

Контактное давление pk на сопрягаемых поверхностях, возникающее вследствие упругих деформаций материала ступицы румпеля и баллера, обеспечивающее передачу крутящего момента на перо руля, определяют из соотношения

pk=6 МПа

На баллер от пера руля передаётся момент, который имеет значение:

где, - плотность воды, равная 1020 кг/м3; - скорость потока воды, набегающего на руль, м/с; F - площадь руля, м2; sin- наибольший угол перекладки пера руля.

Нм

dср - средний диаметр конуса вала,м; dcр= 0,059м; Wp =0.2d3cp- полярный момент инерции сечения вала,м3; fT=0.15 - коэффициент трения при круговом смещении; Lф - фактическая длина контакта поверхностей баллера и румпеля;Lф= 0,032 м. Кз= 2,8 - коэффициент запаса несущей способности соединения.

Значение диаметрального натяга Sн, необходимое для создания контактного давления рк, определяется по формуле

Sн=м.

где E1 и E2 - модули упругости материала румпеля и баллера, МПа; E1 = E2 =2,06*105МПа С1 и С2 - коэффициенты жесткости баллера и румпеля.

Выражение для расчета коэффициентов жесткости С1 и С2 из задачи Ляме имеет вид

где d0 - диаметр сверления баллера(для сплошного баллера d0=0);

Dн - наружный диаметр ступицы румпеля; Dн=0,335 м.

м1 и м2- коэффициенты Пуассона материала баллера и румпеля. м1 = м2=0,3

Осевое перемещение S румпеля по конусу баллера связано с диаметральным натягом Sн зависимостью

S=Sн/К=0,053*10-4/0,1=0,000053 мм/м

где К - конусность вала.К=1/10

При известных значениях pк усилие напрессовки румпеля на баллер с подачей масла на сопрягаемые поверхности будет определяться по формуле:

кН

где p = 1,3pк - давление масла, подаваемого на сопрягаемые конические поверхности, Па;

Fф - фактическая площадь контакта конических поверхностей, М2;

Fф=3,14*0,032*0,059=0,0059

fм = 0,01 - коэффициент трения между коническими поверхностями при наличии масляной пленки. На рис.8.2 представлен румпель в сборе с баллером.

Рис.8.2 Румпель в сборе с баллером. Для крепления румпеля используется аналогичное оборудование, что и при насадке гребного винта, только с другими переходниками.

8.3 Восстановление баллера руля

Для восстановления баллера на судоремонтных предприятиях используется автоматическая наплавка под слоем флюса.

На рис.8.2 представлена схема установки для автоматической наплавки под слоем флюса крупногабаритных деталей. Деталь закрепляется в центрах станка или патроне и центре и получает вращение с определённой скоростью от шпинделя. На суппорте станка монтируется устройство для подачи сварочной проволоки и бункер с флюсом.



Рис.8.3. Схема установки для автоматической наплавки детали:

1 - патрон станка;

2 - подающий механизм;

3 - катушка с проволокой;

4 - бункер для флюса;

5 - деталь;

6 - задний центр.

Расплавление металла детали и сварочной проволоки осуществляется за счёт тепла электрической дуги, возникающей между деталью и проволокой. Режим наплавки: ток 120 - 300А, напряжение 25 - 28В.

Проволока поступает в зону горения дуги с заданной скоростью за счет подающего механизма, а флюс - самотеком.

Суппорт станка перемещается относительно детали с определенной скоростью, и наплавка поверхности детали осуществляется по винтовой линии.

Основное время наплавки для цилиндрических деталей определяется на основании следующей зависимости :

t0 = П d l s p / I н , ч

где d - диаметр детали, мм; l - длина наплавки, мм; s - толщина слоя, мм; p - плотность метала, г/ мм3. Полуавтоматическая наплавка осуществляется, в среде защитных газов. В качестве защитного газа используют углекислоту или аргон. При наплавке в среде защитных газов обеспечивается хорошая видимость зоны горения дуги. В качестве материала для наплавки широко используется электродная проволока и лента. Одним из недостатков наплавки в среде защитных газов является сравнительно большая ( 15% ) потеря металла за счет разбрызгивания.

При ремонте деталей наплавкой, наряду с восстановлением изношенной поверхности до номинальных размеров, целесообразно обеспечить её упрочнение, т.е. повышение износостойкости, а в отдельных случаях - и усталостной прочности, что приводит к увеличению срока службы деталей.

Износостойкость деталей, восстанавливаемых наплавкой под флюсом, обеспечивают легированием наносимого металла или введением во флюс специальных присадок, при использовании других способов наплавок упрочнение достигается применением специальных материалов или металлических порошков.

Процесс восстановления деталей наплавкой является более производительным по сравнению с другими методами и зависит от способа наплавки. Электродуговая наплавка в среде защитных газов имеет производительность выше, чем автоматическая наплавка под слоем флюса. Ещё более высокой производительностью обладают плазменный и лазерный способы за счёт использования мощных источников тепла.

При наплавке изменяется структура основного металла, возникают большие остаточные напряжения, что может приводить к деформации ремонтируемых деталей. Это обстоятельство является существенным недостатком метода восстановления, ограничивающим его использование для ремонта деталей небольших размеров.

Наибольшей глубиной проплавления обладает автоматическая наплавка под слоем флюса. Поэтому область её использования - восстановление крупногабаритных деталей с износом более 2 мм( валов линии валопровода, баллеров рулей и т.д.).

Во время автоматической наплавки на поверхность детали за один проход наносят достаточно толстые слои металла, при этом обеспечиваются стабильные качества и производительность процесса.

9. Конструкция сборного гребного винта и расчёты насадки лопастей

9.1 Конструкция сборного гребного винта

В четвёртом разделе данного дипломного проекта было предложено заменить литой винт сборным гребным винтом. В этом же разделе указывались преимущества сборного гребного винта с креплением лопастей при помощи насадки с гарантируемым натягом. Конструкция сборного гребного винта представлена на рисунке.

Рис 9.1 Конструкция сборного гребного винта.

В сборных гребных винтах лопасти имеют фрикционное соединение со ступицей. Надёжные крепления лопасти со ступицей обеспечивается за счёт сил трения, которые возникают при сборе комля лопасти со ступицей с расчётным натягом.

9.2 Расчет насадки лопастей

Гарантированное соединение с натягом лопасти со ступицей обеспечивается расчётом натяга в узле комель лопасти-гжезло ступицы. Новая конструкция не нуждается в деталях крепления лопасти к ступице. Отпадает необходимость изготовления шпилек, гаек и т.п., что является ещё одним преимуществом предлагаемой конструкции.

Исходные данные:

Диаметр комля лопасти d = 250 мм

Диаметр ступицы винта D = 335 мм

Длина сопрягаемой поверхности l = 50 мм

Натяг определяется по следующей эмпирической формуле:

,

где d - диаметр комля лопасти.

мм

Значение контактного давления на сопрягаемые поверхности, МПа

,

где С1 С2 - коэффициенты жёсткости деталей; Е1 Е2 - модули упругости материала 2,06*105 МПа; Кз - коэффициент запаса, 3.

Коэффициент жёсткости материала вычисляется по формулам:

; ;

где d0 - внутренний диаметр полного конца лопасти, м; (d0=0, т.к. сечение лопасти сплошное); м - коэффициент Пуассона; С1 =0,7 С2 =3,8

Па

Момент трения на сопрягаемых поверхностях зависит от геометрических размеров поверхности трения и контактных давлений на эти поверхности.

Мтр=рd2lfP,

где l - длина сопрягаемых поверхностей, м; f - коэффициент трения.

Мтр = 3,14*0,3352*0,05*0,15*250070 =1870 Нм

Проверить эксплутационную надёжность крепления лопасти по конструктивно-технологическим параметрам, как при ремонте, модернизации, так и изготовлении новых гребных винтов можно по условиям: