3.3 Проверочный расчет на нахождение критической частоты вращения

Для определения критической частоты вращения гребного вала при поперечных колебаниях, валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним свободным концом. Частота вращения вала, при которой возникают его поперечные колебания, вычисляются по формуле:

мин.^-1,

где l₂=0,7 м - расстояние от середины опоры в кронштейне до центра масс гребного винта

l₁=3,8 м - остальная длина гребного вала

q₁=π∙d_г²∙/64, кН/м – удельная нагрузка пролета длинойl₁

=76,5 кН/м³ – плотность стали

q₁= 3,14∙0,080²∙76,5/64=0,024 кН/м

q₂=q₁+G_в/l₂, кН/м - интенсивность нагрузки пролета вала длиной l₂

G_в=1,47∙D_в³∙θ, кН - нагрузка на вал

D_в=0,95 м – диаметр гребного винта

θ=0,42 - дисковое отношение гребного винта

G_в=1,47∙0,95³∙0,42=0,52 кН

q₂=0,024+0,52/0,7=0,78 кН/м

Е = 216∙10⁶ кПа - модуль упругости материала вала

I=π∙d_г⁴/64, м⁴ - экваториальный момент инерции сечения вала относительно его оси

I=3,14∙0,080⁴/64=20٠10^-7 м⁴

Подставляя, получим:

906 об/мин

Критическая частота вращения вала должна быть значительно больше ее номинального значения n_н при этом необходимый запас частоты вращения должен составлять:

k_в=100%∙(n_кр–n_н)/n_н≥20%,

где n_н=610 мин^-1

n_кр=906 мин^-1

k_в=100%∙(906–610)/610=48%,

Условие критической частоты вращения выполняется.

3.4 Проверочный расчет на продольную устойчивость

Расчет заключается в определении критической силы Р_кр и оценке запаса устойчивости вала, находящегося в наиболее длинном пролете валопровода. Пролет рассматривается как вращающийся стержень, свободно лежащий на двух шарнирных опорах, и сжатой силой упора, создаваемого гребным винтом. Необходимость проверки вала на продольную устойчивость устанавливается в зависимости от его гибкости:

λ=l_max/i,

где l_max=3,042 м – длина пролета между опорами

i=,м – радиус инерции сечения вала

F==3,14=0,005 м² – площадь поперечного сечения вала

I==3,14=20м⁴ - момент инерции сечения вала

i===0,02 м

λ=3,079/0,021=146,18

Так как λ>80, то производим расчет вала на продольную устойчивость.

Критическая сила,кН

Максимальный упор гребного винта

Pmax=(1,25…1,30)хPe=1,3х13,54=17,6 кН

Коэффициент запаса устойчивости

K=Pкр/Рmax=150168/17,6=8531,3>2,5

3.5 Расчет тормоза валопровода

Для стопорения валопроводов в аварийных ситуациях (повреждение винта или валопровода, ремонта их и т.п.) их оборудуют тормозом. Большинство тормозов валопроводов работают по принципу сухого механического трения. Их часто совмещают с фланцевым соединением.

1. Определим момент на гребном валу, создаваемый застопоренным гребным винтом: , кН·м, где

k_m – коэффициент момента застопоренного гребного винта=0,019;

ψ = 0,129 – коэффициент попутного потока;

- скорость движения судна с застопоренным гребным винтом, равная 4 м/с;

ρ – плотность воды, кг/м³;

D_в - диаметр винта, м

2 . Находится диаметр тормозного диска:

, м

где f - коэффициент трения, принимаемый для асбестовой ленты по стали

f=0,32…0,35;

–угол охвата одного бугеля 110-130;

k = b_т/D_т - отношение ширины тормозной ленты к диаметру тормоза,

k = 0,12 ÷ 0,14;

p= (6…8)10кПа – среднее допускаемое давление на тормозную поверхность.

Определим необходимые силы торможения ленты =, кН

и затяжки винта ,гдеe – основание натурального логарифма.

4. Рассчитаем момент затяжки винта, кН·м,

где γ и δ- углы соответственно подъёма винтовой линии (нарезки) и трения.

где s – шаг резьбы, мм; - средний диаметр нарезки винта, мм;- угол профиля при треугольной резьбе; коэффициент трения в резьбе.

_{5. Определяем усилие затяжки на рукоятке:}

где L – длина рукоятки, м.

Усилие затяжки на 1 чел. не должно превышать кН.

Рис. 4.1. Тормоз валопровода:

1 - гайка стяжного винта; 2 – стяжной винт; 3 – штырь стяжного винта;

4 - фрикционные колодки; 5 - бугель с головкой для штыря; 6- штыри;

7 – фундамент; 8 – бугель с головкой для стяжного винта

Устройство и элементы валопровода показаны на чертеже КП-НГТУ-180101-(08-КС-2)-2011-СБ.

Спецификация к чертежу дана в приложении.