Повышение ресурса рабочих поверхностей эксцентриковых механизмов свободного хода (ЭМСХ) в электростартерах судовых двигателей: главных и вспомогательных

Актуальность работы Российская Федерация обладает самой большой в мире широко разветвлённой сетью водных путей сообщения. Протяжённость рек и каналов, а также побережий морей и океанов достигает более 2,5 млн. км, а суммарная площадь акватории озёр и водохранилищ превосходит 250 тыс. км2. Внутренняя и внешняя политика нашего государства ставит одной из приоритетных задач интенсивное развитие речного флота. Более 70% всех водных путей РФ доступны для эксплуатации малотоннажного флота.

Суда малотоннажного флота обеспечивают решение многообразных задач по перевозке грузов, людей, патрулированию границы РФ, техническим работам в руслах, поймах рек и на фарватерах, промыслу в морях, реках и внутренних водоёмах, обеспечению функционирования портов. Также к ним следует отнести суда хозяйственного назначения, обеспечивающие работу речного и морского флота. Особо велико значение судов малотоннажного флота при работе в реках Сибири, Дальнего Востока, крайнего Севера и глубинных районах Нечерноземья РФ, внутренних водоёмах и др.

К судам такого класса относятся речные плавучие русловыправительные суда и снаряды по погружению свай, дноочистительные краны, различные плавучие земснаряды, речные мотоневодники, озёрные электротраулеры, малые добывающие суда, малые траловые боты, речные буксиры, малые рыболовные сейнеры-траулеры, прогулочные яхты и др.

На этих судах широко применяются отечественные судовые дизели типов 48,5/11, Ч 9,5/11, Ч 10,5/13, Ч 12/14, Ч 15/15, 415/18 и др. В эксплуатации находятся следующие модели четырёхцилиндровых малоразмерных дизелей: 4ЧСП 8,5/11, 4ЧСП 8,5/11 — 3, 4ЧСП 8,56/11 — 4, 4ЧСП 8,5/11 — 5, имеющие в качестве системы пуска электростартеры марок СТ — 15, СТ — 212А. На базе дизелей 410,5/13 выпускается четырёхцилиндровый четырёхтактный судовой главный двигатель 4ЧСП 10,5/13 с системой пуска электростартером СТ — 25. Судовые шестицилиндровые малоразмерные дизели типа Ч 9,5/11 предназначены для установки на судах малотоннажного флота в качестве главных двигателей — с электростартерпой системой пуска. Также в качестве главного двигателя нашли широкое применение многочисленные модификации дизелей типа ЗД6 с пуском электростартером СТ 710. Судовая конверсия грузовых автомобильных двигателей представлена дизелями ЯМЗ-238Г, Я A3 — 204 В, М 625 — У, ЗИЛ-120СРИ, ЗИЛ — 375 МЗМА — 412, КамАЗ -740, ЗИЛ — ММЗ — 555, Д — 447, и др. В таблице 1 приведён далеко не полный перечень судов с электростартерным пуском. На них для запуска высокоскоростных главных, вспомогательных и аварийных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) применяют стандартные электростартеры марок СТ, основные характеристики которых приведены в таблице 2.

Таблица 1. Суда с электростартерной системой пуска ДВС.

Тип судна Назначение двигателя Марка двигателя Мощность двигателя кВт Марка электростартера.

Технические речные суда.

Плавучий дноочистительный кран 10 т. пр. № 11 770А Главный 44 10,5/13−2 30 СТ-212А.

Плавучий русловыправитель-ный механизированный агрегат пр. № 615 Главный 64 12/14 60 СТ — 27.

Грунтоотвозная шаланда пр. № 903А № 711 Главный Главный ЗД6М ЗД6Л 160 110 СТ-712.

Многочерпаковый дноглуби-тельный снаряд пр. № 724А 1 Главный 64 10,5/13 45 СТ — 20.

Моторизованная завозня № 907, № 26−40 № 16−11 Главный Главный Главный ЗД6 Шкода 6L110 Шкода 4L110 100 45 30 СТ-712 СТ-212А.

Одночерпаковый грейферный снаряд пр. № 1327 Главный 44 10,5/13−2 30 СТ-212А.

Плавучий снаряд для погружения свай пр.№ 1023 Главный 1Д6 75 СТ — 710.

Плавучий дноочистительный кран 20 т. пр. № 612 Главный Вспом. Д6С 44 10,5/13 110 30 СТ-712 СТ -25.

Плавучий дноочистительный кран 10 т. № 306 Главный Вспом. 6ЧСП 12/14 44 10,5/13−2 70 30 СТ-212А.

Дноглубительный землесосный снаряд пр.№ 246 — Б Вспом 44 10,5/13 30 СТ — 212 А.

Многочерпаковый дноглубительный снаряд НЕВА — 1, пр. № 23 — 75, HOLLAND Вспом 64 12/14 60 СТ — 25.

Многочерпаковый дноглубительный снаряд пр. № 725А Вспом 24А 10,5/13 12 СТ — 8А.

Землесосный дноглубительный снаряд пр.№ 324 Вспом 64 12/14 60 СТ-25.

Землесосный одночерпаковый грейферный снаряд пр.№ 12 Вспом 7Д6 75 СТ — 27.

Промысловые речные суда.

Озёрно — речной мотоневодник пр.№ 20 790 Главный ЗД6Л 110 СТ — 712.

Рыболовное судно для тотального облова озёр пр.№ 6202 Главный Д — 447 30 СТ-212А.

Мотоневодник пр.№ 6278МН Главный Д — 447 40 СТ-25.

Траловый бот пр.№ 20 790 Т/1 Главный ЗД6 (6ЧСП15/ 18) 110 СТ- 712.

Бот промыслово — буксирный пр.№ 6281 Главный М 8 ЧСПУ -100 90 СТ- 561.3708.

Электротраулер пр.№ 940/4 Главный М 625 — У 70 СТ-25.

Малый рыболовный сейнер пр.№№ 389, 565, ТРБ — 80 Главный ЗД12 (12ЧСП 15/18) 110 СТ- 561.3708.

1 буксирные речные суда.

Речной служебный буксирный катер пр.№КС — 100 АС Главный ЯМЭ-238Г 125 СТ — 103.

Рейдово — портовый буксирный катер типа «ДД» № 73- Т — 63Мтипа «Молния» пр.№ 1439 Главный ЗД6 (6ЧСП15/ 18) 110 СТ-710.

Озёрно буксирный катер, пр.№ 433- № РМ376- №Р376У Буксир — толкач пр.№ 861А Главный ЗД6 (6ЧСГ115/ 18) 110 СТ-710.

Речной буксирный катер пр.№БМК -130 Главный ЯАЗ — 204 В 100 СТ- 561.3708.

Озёрно буксирный катер, пр.№ 6145 Главный 4NVD262 74 СТ-25.

Речной буксирный катер пр. №БМК-90М Главный ЗИЛ-120СРИ 55 СТ-25.

Буксирный катер пр.№ 1472 Главный 6ЧСП13/14−3 100 СТ- 561.3708.

Портовый буксирный катер типа «Шахтёр» пр.№КЖ Главный Вспом. ЗД6 44 8,5/11 110 18 СТ-710 СТ-212А.

Самоходный плашкоут пр. № 1176 Главный DN11(215) 110 СТ- 561.3708.

Рыбнадзор пр.№ 1326 Вспом. Д — 467 50 СТ — 27.

Морские суда среднеи малотоннажного флота.

Малый рыболовный сейнер (траловый бот) пр.№ 572/35, .№ 572/34Б Главный Веном. 6NVD24 44 10,5/13−2 110 30 СТ- 561.3708 СТ — 212 А.

Малый креветочный траулер типа «Омар» Вспом. 64Н 12/14 85 СТ — 27.

РС-300 пр. № 388М Вспом. ЯМЗ-238 77 СТ — 27.

МДС «Орион» пр.№ 1 340/РС Вспом. 6 4 8,5 / 11 25 CT-212A.

МмРСТ «Керчь» пр.№ 13 303 Вспом. 4 Ч 10,5/ 13 30 CT-212A.

МРТР «Карелия» пр.№ 1282 Вспом. СМД-17Н-21 74 СТ — 25.

МмРС пр.№ 1322 Вспом. МЗМА-412 60 СТ — 25.

Зверобойная шхуна «Актюбинск» Вспом. М 53 — ФУЛ 70 СТ-25.

РМС типа «Дружба» Вспом. DN9 (174) 84 СТ — 27.

TP типа «ТХС — 300» Вспом. D0226 ME 60 СТ-25.

СРТ — 400 Вспом ЯМЗ — 236 73 СТ-25.

Научно — исследовательские суда.

Мидия" Главный Вспом D0226MTE Д — 467 110 50 СТ- 561.3708.

НИС пр.№ 388 М Вспом Аварийный 6ЧН 12/14 3NVD21 86 55 СТ-27 СТ — 27.

Учебное судно пр.№ 1361У Вспом 64 18/22 110 СТ- 561.3708.

Прогулочные суда.

Модернизированный ка-. тер (яхта) пр.№ 371 У «Адмиральский». Главный 6 L 160 PNS (6ЧСН16/22, 5) 110 СТ- 561.3708.

Моторная яхта-Шексна 10.5 АС Главный «Yanmar» 55 СТ-25.

Моторная яхта-Шексна 12,5 АС Главный «Yanmar» 60 СТ-25.

Катамаран пр.№ 10 010 Главный Вспом 6ЧСП 12/14 44 10,5/13 66 30 СТ-25 СТ-212А.

Корвет 600 Главный 6ЧСП13/14−3 100 СТ-710.

Каютный катер" Новая Ладога М" Главный 6ЧН 12/14 85 СТ-27.

Катер КС 600 Фишер Главный YANMAR типа 6DPL 180 СТ- 712.

Яхта Кама Главный Д243, YANMAR 55 СТ-25.

ЯхтаТойма КМ 120 Главный Д243 55 СТ-25.

ЯхтаБерсутКМ 132 Главный YANMAR™na4DPL 160 СТ — 712.

Запуск судовых ДВС — многократно повторяющаяся операция, которая определяет маневровые качества судов. Известно, что работа стартера при пуске ДВС характеризуется следующими параметрами: продолжительностью включения стартера и частотой повторения. Условия работы судового двигателя зависят ог его эксплуатационных режимов. Для судов всех указанных типов общими являются режимы работы двигателя при маневрировании на реках, в порту, швартовках, передвижении в каналах, узкостях, шхерах, аварийные режимы и др. Кроме того, для главных двигателей продолжительность переменных нагрузок имеет место в сложных условиях плавания, а для вспомогательных двигателей — при выполнении специфических работ. Вспомогательные двигатели работают в основном на неустановившихся режимах. Потребителями электроэнергии на судне являются также электродвигатели приводов судовых механизмов, лампы электрического освещения, приборы связи и сигнализации, электронагревательные приборы, устройства автоматизации и навигации, телеи радио установки и т. д.

Основным недостатком работы пусковых устройств является изнашивание рабочих поверхностей МСХ. Изменение геометрических параметров рабочих поверхностей МСХ ведёт к его пробуксовыванию и полной потере возможности передачи крутящего момента на коленвал. Так как надёжность работы судовых двигателей во многом зависит от его пусковых качеств, то решение проблемы, связанное с уменьшением износа рабочих поверхностей привода стартера и увеличением их ресурса, является актуальным и перспективным.

Предмет исследования Надёжность работы судового двигателя внутреннего сгорания обеспечивается его качественным пуском. Работоспособность электростартера зависит от его привода, основу которого составляет механизм свободного хода (МСХ). Стартеры работают в очень неблагоприятных условиях переходных процессов, и они не всегда надёжно функционируют.

Первые электростартеры появились в результате простого приспособления обычного электромотора к применявшемуся в то время ручному стартеру для разгона его маховика. Сцепление храповика с коленвалом производилось вручную. В дальнейшем для сцепления стали использовать электромагнит, а привод стартера и его электромотор стали изготавливать как одно целое. Самым древним из механизмов свободного хода считается храповой МСХ, который чаще всего используют в подъёмно — транспортных машинах в качестве тормозных устройств.

Таблица 2. Характеристика основных систем «стартер — ДВС» судов средней и малой мощности.

ДВС Стартер

Марка Мощность, кВт Марка Мощность, кВт Пусковая частота вращения, мин" 1.

Дизели.

3 48,5/11 12 СТ-8А 1,5 200.

4 48,5/11 18 СТ-212А 3,3 200.

6 48,5/11 26 СТ-212А 3,3 200.

6 4 9,5/11 33 СТ — 25 5,1 250.

1 410,5/13 7,3 СТ- 15Б 1,34 200.

2 410,5/13 15 СТ-230И 2,2 200.

4 410,5/ 13 30 СТ- 25 5,1 250.

6 410,5/13 60 СТ -25 5,1 250.

6 4Н12/ 14 85 СТ — 27 5,8 250.

Д -447 30- 50 5,1.

Д- 467 50−60 СТ- 5652.3708 5,1 250.

СМД-17Н-21 75 5,5.

ЯМЗ — 236 75−100 СТ-564.3708 5,5 — 6,0 250.

DN9(174) 84 СТ-561.3708 6,0 250.

DN11)215) 100.

D0226 ME 43- 51- 60- 70. СТ-561.3708 5, 1 -5, 5 250.

D0226MTE 85- 100 СТ-561.3708 6,0 250.

М53 -ФУЛ 70 СТ-230А 2,0 200.

МЗМА — 412 60 СТ-117А 1,8 200.

М8 ЧСПУ100 90 СТ- 230А 2,0 200.

М625 — У 70 СТ-8А 1,5 200.

ЗИЛ -130, 10 СТ-130-А1 1,1 250.

Урал — 377.

КамАЗ — 5320 140 — 160 СТ-142 7,8 250.

ЯМЗ — 238 110 СТ-103 5,2 250.

148,5/11 12 СТ — 221 1,3 250.

Храповой МСХ в пусковых устройствах не нашел более широкого применения из-за низких скоростей вращения и малой частоты включения, так как заклинивание механизма происходит с запозданием и большими ударными нагрузками. Поэтому в качестве мер по уменьшению ударных нагрузок в микрохраповых МСХ применяют мелкий шаг зубьев, используют большое количество собачек, которые выполняют роль упругих элементов. Применение в данном случае упругих собачек способствует снижению ударных нагрузок при заклинивании.

Пуск судовых дизелей осуществляется электрическим стартером от аккумуляторных батарей. Дизели типов Ч 12/14, Ч 15/15 и Ч 15/18 дополнительно оборудованы также системой пуска сжатым воздухом. Основной системой пуска судовых высокооборотных (быстроходных) двигателей является электростартерная, резервной — система пуска сжатым воздухомобе системы действуют независимо друг от друга. Пусковая частота вращения бензиновых двигателей составляет 40 — 50 мин'1. У дизелей коленвал необходимо вращать с большей частотой (200−250 мин'1), так как при медленном вращении сжимаемый воздух не нагревается до необходимой температуры и топливо, впрыснутое в камеру сгорания, не воспламеняется. Основным преимуществом электростартерного пускового устройства является то, что независимо от положения коленвала процесс пуска двигателя легко автоматизировать. МСХ — это механизм с самоуправляемым соединением и разъединением звеньев кинематической цепи. Механизм привода служит для сцепления шестерни стартера с венцом на маховике перед включением стартера и для её автоматического отключения от шестерни маховика при переходе ДВС на рабочий режим.

МСХ занимают в технике особое место. Сущность работы механизма свободного хода при пуске судового ДВС заключается в сообщении коленвалу такого числа оборотов в минуту, при котором могло бы самовоспламениться топливо, поданное в цилиндр в этот период. При замыкании цепи аккумулятора тяговое реле вводит в зацепление шестерню привода стартера с зубчатым маховиком дизеля. После этого включается стартер, вращение от вала якоря электростартера к коленвалу передаётся через МСХ, причём пуск ДВС до пусковой частоты вращения может осуществиться только при заклинивании обойм данного механизма. От вспышек в цилиндрах частота вращения шестерни стартера увеличивается и превышает начальную рабочую частоту. При переходе на рабочий режим ДВС вместе с ним начинает работать генератор и его э. д. с. действует на выключение электромагнита приводного механизма. J п. мин ч п.

7000'.

6000 5000 woo зооо юоо ш м А. у.

N too ?00 500 Ш SOO боо.

Рисунок 1. Характеристика электростартера.

J.A.

При этом увеличение частоты вращения ДВС приводит к обгону иолумуфг МСХ, механизм расклинивается и переходит в режим свободного хода. При этом под воздействием возвратной пружины шестерня по ленточной резьбе автоматически выходит из зацепления с венцом маховика. При этом МСХ предохраняет стартер от динамических нагрузок, частично поглощая их энергию. Такая схема электромагнитного привода полностью исключает возможность ошибочного стартера при работающем двигателе. Следует отметить, что при переходе ДВС в рабочий режим именно МСХ в режиме свободного хода предохраняет якорь стартера от поломки, так как частота вращения якоря в этот момент может достигать 15 ООО мин'1. На рисунке 1 показана характеристика электростартера: зависимость числа оборотов, мощности и крутящего момента от тока в цепи. Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Такие электродвигатели развивают максимальный пусковой момент при торможении якоря, так как обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. При возрастании оборотов — крутящий момент, а вместе с ним и мощность уменьшаются. При полном торможении якоря крутящий момент достигает максимума. При возрастании числа оборотов — крутящий момент снижается. При холостом ходе скорость вращения якоря 3500 — 7000 мин'1 и более.

Известные конструкции МСХ, применяемые в различных механизмах, согласно рекомендациям [33] можно разделить на три группы.

1 Механизмы с малым числом циклов включения и непродолжительным свободным ходом (МСХ механизмов шпилей и брашпилей, и др.).

2 Механизмы с продолжительным свободным ходом (МСХ остановов различных промысловых машин и механизмов и др.).

3 Механизмы с частыми включениями (МСХ стартеров, траловых лебёдок, импульсных вариаторов для промыслового оборудования и др.).

Основным критерием работоспособности всех трёх групп МСХ является качественное заклиниванине и расклинивание. Данное исследование посвящено ЭМСХ третьей группы. Надёжная работа эксцентрикового механизма свободного хода обеспечивается чётким соблюдением и поддержанием геометрических параметров при изготовлении и эксплуатации. Наиболее важные из этих параметров — оптимальный угол заклинивания, а и величина приведённого коэффициента трения скольжения на рабочих поверхностях ЭМСХ[33]. Эти механизмы должны[33] рассчитываться по критериям циклической и контактной прочности, так как при эксплуатации на их элементы действуют переменные нагрузки. Поэтому для исключения задиров и пластической деформации рабочих поверхностей, ведущих к снижению их ресурса, ЭМСХ работают в условиях обильной смазки с химико-термической обработкой рабочих поверхностей не менее HRC 58−62 и шероховатостью 0,8 — 1,6 по Ra. Все элементы конструкции достаточно просты в изготовлении, что даёт возможность изготавливать их по типовым техпроцессам на металлорежущем оборудовании с невысокими требованиями точности [33 — 41].

Рабочая гипотеза Известно, что заклинивание любого МСХ сопровождается большими динамическими нагрузками ударного характера, ведущими к усталости и пластическому оттеснению металла из зоны заклинивания с последующим изменением геометрии его рабочих поверхностей [33].

Как следствие предвестником выхода из строя стартерных приводов различных машин и механизмов является пробуксовывание, связанное с изменением геометрических параметров обойм, звёздочек, роликов, венцов (роликовые МСХ) и эксцентриковых колец (ЭМСХ). В результате ударов при заклинивания постепенно происходит пластическое оттеснение металла из зоны контакта, которое, в свою очередь, ведёт к увеличению зазоров между рабочими поверхностями. При последующих заклиниваниях величина зазоров, соответственно, увеличивает амплитуду этих нагрузок.

На основании анализа работы известных конструкций приведена гипотеза, суть которой заключается в следующем. Для динамического гашения и смягчения ударов при заклинивании следует применять такие конструктивные решения, которые будут способствовать рассеиванию энергии прилагаемых нагрузок в местах трибоспряжений. В данном случае добиться динамического гашения удара при заклинивании можно посредством присоединения к обоймам ЭМСХ системы ударогасителей, за счёт чего и уменьшатся реакции напряжений.

Принцип действия таких гасителей будет основываться на преобразовании механической энергии соударения рабочих поверхностей ЭМСХ в тепловую энергию внутреннего трения в поглощающих упругих элементах с последующей её передачей в окружающую среду. То ссть если во всех известных конструкциях часть кинетической энергии при заклинивании переходит в потенциальную энергию пластической деформации рабочих поверхностей, то в предлагаемой конструкции она переходит в потенциальную энергию сжатия упругих элементов. Именно это условие и будет способствовать увеличению ресурса рабочих поверхностей. Применение упругих элементов позволяет перенести энергию заклинивания механизма в область упругих деформаций сжатия упругого элемента. Цель работы Разработка и исследование эксцентриковых механизмов свободного хода с упругими элементами применительно к стартерам судовых ДВС для повышения ресурса работы их рабочих поверхностей.

Решение данной проблемы ведёт к совершенствованию современных конструкций механизмов свободного хода. Основные задачи:

1. Исследование известных конструкций МСХ;

2. Исследование пусковых процессов стартеров судовых ДВС;

3. Исследование изнашивания рабочих поверхностей ЭМСХ;

4. Разработка ЭМСХ с повышенным ресурсом рабочих поверхностей;

5.Разработка методики расчёта и проектирования ЭМСХ с поглощающими упругими элементами для стартеров ДВС;

6. Разработка методики расчёта и проектирования упругих элементов;

7.Разработка экспериментального стенда для испытания различных МСХ, применяемых в приводах пусковых устройств судовых ДВС;

8.Экспериментальная проверка достоверности полученных теоретических результатов и расчетов предложенных методик на стендах;

9. Экономическое обоснование применения упругих элементов.

В диссертации находят продолжение теоретические и экспериментальные основы исследований профессора Горина М. П. и его учеников применительно к повышению ресурса рабочих поверхностей ЭМСХ путём введения в них упругих элементов применительно к пусковым устройствам судовых ДВС.

Диссертация имеет объём в 191 страницу, в ней приведено 12 таблиц, 135 формул, 41 рисунок, 139 литературных источников, 4 приложения.

Выводы по параграфу:

1. При увеличении частоты включения меняется величина деформации образцов: чем меньше величина деформации, тем выше модуль упругости. Это говорит о зависимости модуля упругости от частоты включения и силы деформации. В процессе испытаний наблюдался непрерывный рост температуры, а на боковых поверхностях образцов появлялись трещины, которые динамично развивались в одну магистральную трещину.

2. Утомление материала образцов зависит от большого числа процессов, протекающих с различными скоростями, которые в свою очередь зависят от цикличности включения ЭМСХ. Реализация строгого подобия таких процессов путём задания величины деформации, либо частоты сжатия образцов, либо изменения времени испытания невозможна, так как характер этих процессов определяется не интегральной дозой воздействия нагрузок сжатия, а зависит от распределения этого сжатия во времени.

3. Для ЭМСХ, работающих в пусковых устройствах, подходят высокона-полненные резины на основе СКИ — 3. Это резина марки 51 — 1562, которая имеет долговечность порядка 8−14 тыс. ч.

4. Критическим уровнем диссипативного разогрева материала образцов при интенсивной работе можно считать Т =75 + 90″ С = 348 — 363 К. Превышение этой температуры ведёт к термодеструкции и термическому разложению материала образцов.

5. Испытания показали, что из трёх типов резин наибольшую долговечность имели образцы из резины 51 — 1562, так как обладали наименьшим дис-сипативным разогревом.

6. Испытания показали отличные эксплуатационные характеристики образцов из различных полимеров. Для подтверждения эффективности внедрения упругих элементов в ЭМСХ с целью увеличения ресурса рабочих поверхностей автором проведён ряд эксплуатационных испытаний ЭМСХ с упругими элементами и без них (см. параграф 4. 2).

4. 2. Эксплуатационные испытания эксцентриковых механизмов свободного хода с упругими элементами.

Для подтверждения результатов теоретических исследований, в которых основным выводом стало утверждение о целесообразности внедрения упругих элементов в ЭМСХ нами был спроектирован и изготовлен стенд для обкатки этих механизмов в условиях максимально приближённых к эксплуатационным. Проверка ЭМСХ с упругими элементами на этом стенде позволила обнаружить и устранить слабые места в конструкции и получить подтверждение в достаточной долговечности как рабочих поверхностей ЭМСХ, так и самих элементов. При конструировании стенда были учтены условия и входные данные, указанные в 2. 1.

Оборудование. Испытательный стенд состоит (см. рис. 4. 7) из рамы, на которой установлены: асинхронный электродвигатель марки 4А132S8Y3, мощностью 4 кВт, который передаёт необходимый крутящий момент с задаваемой пусковой скоростью вращения через шкив маховику, в котором установлен испытуемый ЭМСХ с упругими элементами либо без них. При включении электромагнита МО-200Б тормоз блокирует шкив, имитируется заклинивание ЭМСХ. После чего включается реверс и ЭМСХ переходит в свободный ход. Необходимая частота переключения двигателя и работы тормоза регулируется реле времени BJ1 — 1. Параметры электроприборов и схема управления по приложению 2. Общий вид стенда показан на рис. 4. 8.

Материалы. Для проведения испытаний была изготовлена партия в количестве шести ЭМСХ. Четыре из них были изготовлены с обоймами для упругих элементов. Рабочие элементы ЭМСХ были выполнены из материала Сталь 45 с последующей термообработкой до HRC 45. При изготовлении ЭМСХ стремились получить на рабочих поверхностях одинаковую микрогеометрию и твёрдость, чтобы обеспечить при одинаковых условиях смазки одинаковые величины коэффициентов трения. Шероховатость поверхностей по Ra 2,5. Расчётные данные основных элементов ЭМСХ для судовых ДВС малой мощности приведены в таблице 4. 3. Образцы ЭМСХ, необходимые для исследований изготавливались для пусковых устройств мощностью 5, 1 и 5,8 кВт. Перед проведением испытаний проводилось контрольное взвешивание эксцентриковых колец для определения величины их массового износа при разборке в течение испытаний через каждые 4000 включений. Для более правильного подбора марки резины упругих элементов были проведены предыдущие испытания.

Заключение

выводы, рекомендации.

1. Исследование эксплуатации храповых, роликовых, клиновых и эксцентриковых МСХ позволило выявить один их общий недостаток — удар рабочих поверхностей при заклинивании, являющийся основной причиной изменения геометрии их рабочих поверхностей. Это ведёт к полной потере возможности передачи крутящего момента через МСХ на коленвал вследствие пробуксовки механизма. На основании анализа конструкций МСХ сделан вывод о перспективности применения ЭМСХ с упругими элементами для внедрения их в пусковые устройства судовых ДВС.

2. Исследование пусковых процессов стартеров судовых ДВС позволило определить основные факторы, влияющие на изнашивание рабочих поверхностей ЭМСХ, на основании чего была построена модель экспериментов. Силы, препятствующие вращению коленвалахарактеристика прилагаемых нагрузокпродолжительность пускачастота вращения, сопротивление заряда, трение движущихся деталей — все эти факторы отрицательно сказываются на состоянии рабочих поверхностей ЭМСХ в период эксплуатации.

3. Исследование изнашивания рабочих поверхностей ЭМСХ позволило выявить основные факторы, влияющие на его продолжительность. Было установлено, что изменение геометрии рабочих поверхностей ЭМСХ происходит вследствие пластической деформации и наклёпа в начальном его проявлении и усталостного изнашивания — в конечном;

4. Разработанная конструкция эксцентрикового механизма свободного хода с поглощающими упругими элементами может быть рекомендована для использования в приводах электростартеров судовых дизелей. Эксплуатационные исследования конструкции подтвердили то, что она обладает большим ресурсом, чем классические аналоги.

5. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчёта и проектирования ЭМСХ с упругими элементами применительно к пусковым устройствам судовых ДВС. Предложена зависимость определения полного угла относительного поворота эксцентрика при заклинивании с учётом сжатия элементов до передачи крутящего момента на ведомое звено.

6. В работе приведено обоснование применения материала упругого элемента. Разработанная методика расчёта поглощающего упругого элемента может быть рекомендована для точного расчёта его геометрических размеров и характеристик, что является необходимым условием повышения ресурса рабочих поверхностей ЭМСХ, применяемых в электростартерах судовых ДВС. На основе определения энергетического критериям разрушения материалов была построена энергетическая модель долговечности упругих элементов. Установлено, что энергоёмкость применяемых упругих элементов из материала 51−1562 выше в три раза энергоёмкости заклиниваемых стальных рабочих поверхностей, а из СКУ-8 в 1, 8 раза.

7. Разработанный эксплуатационный стенд может быть рекомендован для проведения испытаний различных конструкций механизмов свободного хода, применяемых как в приводах стартеров судовых ДВС, в условиях максимально приближённых к эксплуатационным, так и в различных механизмах, применяемых в других областях народного хозяйства. Например, в бесступенчатых передачах (импульсивных вариаторах), траловых лебёдках, остановах ПТМ и др.

8. Экспериментальная проверка достоверности полученных теоретических расчётов позволила сделать следующие выводы. В резинах диссипация энергии велика. Если при заданном режиме работы пускового устройства диссипация энергии или температура диссипативного разогрева со временем наработки возрастают, то такая резина будет недолговечной. Оптимальными можно считать упругие элементы из резины 51−1562 с относительной деформацией до 15−20%, элементы с относительной деформацией выше 20% имеют низкую долговечность. Как показали стендовые испытания резиновых элементов, уменьшение поперечного сечения образцов при циклическом сжатии увеличивает их долговечность, во-первых, за счёт увеличения опорной площади, а во-вторых, за счёт более высокого при этом теплоотвода. Такие элементы из резины типа 51−1562 при частоте до 500 мин'1 и величине деформации до 15% имеют наработку до отказа до 14 тысяч часов (до 4-I0h циклов). Располагая полученной экспериментальной информацией о долговечности различных полимеров, можно, зная величину их диссипативного разогрева, определять режимы работы, при которых упругие элементы будут работать не ниже ресурса самого ЭМСХ. Здесь открывается перспектива применения таких конструкций не только в пусковых устройствах, но и в других механизмах с высокой частотой включения ЭМСХ. Теоретические и экспериментальные данные взаимоподтверждают правильность выбора методик и средств исследования.

9. Эксплуатационные испытания ЭМСХ с упругими элементами показали достаточно высокую работоспособность и надёжность в работе. Все механизмы при эксплуатации чётко заклинивались и расклинивались без пробуксовки.

10. Было установлено, что за период эксплуатационных испытаний относительная величина массового износа в ЭМСХ без упругих элементов выше, чем у ЭМСХ с упругими элементами более чем в два раза.

11. Экономическое обоснование заключается в следующем. Восстановление изношенных рабочих поверхностей обычно составляет от 15 до 40% стоимости новых деталей. Кроме того, восстановление считается эффективным, если её долговечность не меньше новой. При неплановом ремонте в условиях навигации не представляется возможным проводить ремонт и восстановление изношенных поверхностей специализированными методами, указанными в работе. Поэтому, как правило, все варианты ремонта сводятся к замене эксцентриковых колец, как самого простого, быстрого и целесообразного способа. Именно поэтому предпочтительным способом повышения износостойкости рабочих поверхностей, а, следовательно, и наиболее экономичным является введение в конструкцию ЭМСХ упругих элементов.

12. Основные недостатки работы ЭМСХ связаны, как правило, не с ошибками при конструировании, а с отклонениями от техпроцесса при изготовлении и термообработке деталей. В результате чего структура рабочих поверхностей не соответствует структуре, способствующей нормальной работе ЭМСХ. Поэтому при изготовлении деталей ЭМСХ особое внимание следует уделять правильному подбору материала, а также придерживаться техпроцесса изготовления. Износостойкость рабочих поверхностей ЭМСХ зависит в первую очередь от его материала Рабочие поверхности деталей ЭМСХ рекомендуется выполнять из высокопрочных сталей с содержанием до 1% С, тер-мообработанных до твёрдости не ниже 61−63 HRC.

13. Показано, что по достижении материалом рабочих поверхностей ЭМСХ определённого упрочнения в процессе приработки нельзя допускать критического значения, при котором материал утрачивает пластичность и вязкость. Поэтому введение в конструкцию ЭМСХ поглощающих упругих элементов будет способствовать сохранению свойств материала и сохранять за счёт этого введения диссипативность рабочих поверхностей.

14. Одним из достижений данной работы можно считать оригинальность исполнения внешней обоймы механизма, что позволяет применить совершенно новый подход в решении проблемы изнашивания рабочих поверхностей ЭМСХ. Данное конструктивное решение даёт возможность унифицировать внешнюю обойму в широком диапазоне конструкций МСХ, применяемых в различных механизмах для увеличения ресурса.

15. Результаты диссертации, в частности методики расчета, могут быть рекомендованы конструкторам и технологам при разработке технической документации по ЭМСХ, а также могут использоваться в учебном процессе.