В работе приведены результаты исследования динамических усилий, возникающих в валопроводе при вводе главного двигателя в номинальный режим работы. Расчетная схема валопровода представляет собой упругий однородный стержень с распределенным моментом инерции. Левый торец стержня поворачивается по заданному закону движения, на правом торце расположен винт в виде инертного диска, на который действует момент сопротивления, пропорциональный квадрату угловой скорости. Математическая модель напряженно-деформированного состояния вала представлена нелинейным дифференциальным уравнением второго порядка в частных производных. Для практической реализации математической моделипредложен ряд допущений, которые позволяют ее упростить. Решение упрощенной математической модели получено методом Фурье для собственных функций, ортогональных с весом. Закон движения левого торца вала, имитирующий разгон главного двигателя, принят в виде экспоненциальной функции. В качестве примера для расчета использованы энергомеханические характеристики большого морозильного рыболовного траулера «Механик Ковтун». Результаты исследования показали, что динамические усилия могут многократно превышать номинальное значение, если разгон главного двигателя осуществляется в течение нескольких периодов главной формы собственных колебаний валопровода. При плавном разгоне главного двигателя с выходом на номинальную частоту вращения за время, превышающее двадцать периодов главной формы собственных колебаний, динамический эффект становится несущественным. Предложенная математическая модель также может быть использована для исследования напряженно-деформированного состояния валопровода при различных динамических воздействиях, таких как выход винта из воды, попадание в неоднородный набегающий поток, удар винта о лед, резонансные колебания при пульсирующей работе двигателя и др.
The results of the study of the dynamic forces that arise in the shafting when the main engine is brought into the nominal operating mode are presented in the work. The design scheme of the shafting is an elastic homogeneous rod with a distributed moment of inertia. The left end of the shaft rotates according to a given law of motion, on the right end there is a screw in the form of an inert disk, on which a moment of resistance acts proportional to the square of the angular velocity. The mathematical model of the stress-strain state of the shaft is represented by a nonlinear differential equation of the second order in partial derivatives. For the practical calculation of the mathematical model, assumptions that make it possible to simplify the mathematical model are introduced. The solution of a simplified mathematical model is obtained by the Fourier method for eigenfunctions orthogonal to weight. The law of motion of the left end of the shaft, simulating the acceleration of the main engine, is taken as an exponential function. For an example of the calculation, the energy-mechanical characteristics of a large freezing fishing trawler MECHANIC KOVTUN are taken. The results of the study have showed that the dynamic forces can be many times higher than the nominal value if the main engine is accelerated during several periods of the main form of natural vibrations of the shafting. The dynamic effect is small at a slow acceleration of the main engine, reaching the rated speed for more than twenty periods of the main mode of oscillation. The proposed mathematical model can also be used to study the stress-strain state of the shafting under various dynamic loads, such as: the propeller leaves the water, it gets into an inhomogeneous incoming flow of water, the propeller hits ice, resonant vibrations during pulsating engine operation, etc.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.