ДИНАМИКА ВАЛОПРОВОДА ГРЕБНОГО ВИНТА ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Темой исследования является изучение проблемы динамики гребного и промежуточного валов на морских и речных судах. Отмечается, что основной причиной аварийных ситуаций, связанный с работой валопровода гребного винта, является сильная нагрузка на этот узел судовой энергетической установки. Кроме кручения валопровод испытывает продольную и поперечную нагрузку с динамической и статической составляющими. Исследованию динамики гребного винта и валопровода посвящено большое количество научных работ, однако полностью эта проблема не решена, а увеличение повреждений во время эксплуатации валопровода и его интенсивный износ лишь подтверждают актуальность исследований в данном направлении. Целью работы является определение динамических усилий в валопроводе, которые возникают при импульсном воздействии за счет удара гребного винта о лед. В работе представлена модель двухступенчатого упругого стержня с инертными дисками на торцах, которая позволяет рассматривать различные ситуации динамического воздействия на валопровод и гребной винт. В модели могут быть учтены такие конструктивные особенности, как различная жесткость участков вала, разная скорость упругих волндеформаций (разные плотности и модули упругости на участках вала), приведенная инерционная нагрузка со стороны подвижных частей привода. Исследовано влияние конструктивных параметров механической системы на частоту главной формы колебаний. Сравнение результатов расчетов по предложенной модели с моделью безынерционного ступенчатого вала показало, что упрощенная модель позволяет с достаточной точностью определять углы поворота сечений вала, при этом крутящие моменты имеют существенное различие. Установлено, что для различных сечений ступенчатого вала динамический коэффициент по крутящим моментам может значительно отличатся.

валопровод, математическая модель, динамические усилия, крутильные колебания, собственная частота, метод Фурье

1. Han H. S. Estimate of the fatigue life of the propulsion shaft from torsional vibration measurement and the linear damage summation law in ships / H. S. Han, K. H. Lee, S. H. Park // Ocean Engineering. - 2015. - Vol. 107. - Pp. 212-221. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2015.07.023.

2. Huang Q. Numerical modeling and experimental analysis on coupled torsional-longitudinal vibrations of a ship’s propeller shaft / Q. Huang, X. Yan, Y. Wang, C. Zhang, Z. Wang // Ocean Engineering. - 2017. - Vol. 136. - Pp. 272-282. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2017.03.017.

3. Huang Q. Coupled transverse and torsional vibrations of the marine propeller shaft with multiple impact factors / Q. Huang, X. Yan, C. Zhang, H. Zhu // Ocean Engineering. - 2019. - Vol. 178. - Pp. 48-58. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2019.02.071.

4. Murawski L. Shaft line whirling vibrations: effects of numerical assumptions on analysis results / L. Murawski // Marine Technology and SNAME News. - 2005. - Vol. 42. - Is. 2. - Pp. 53-60. DOI: 10.5957/mt1.2005.42.2.53.

5. Halyavkin A. Determination of stiffness coefficient of stern shaft bearing / A. Halyavkin, I. Razov, V. Mamontov, G. Kushner // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2017. - Vol. 90. - Is. 1. - Pp. 012078. DOI: 10.1088/1755-1315/90/1/012078.

6. Коврижных М. Н. Расчет амплитуд свободных колебаний дискретных многомассовых систем / М. Н. Коврижных, С. С. Глушков // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2008. - № 2. - С. 162-164.

7. Soni T. Active vibration control of ship mounted flexible rotor-shaft-bearing system during seakeeping / T. Soni, A. S. Das, J. K. Dutt // Journal of Sound and Vibration. - 2020. - Vol. 467. - Pp. 115046. DOI: 10.1016/j.jsv.2019.115046.

8. Jee J. Design Improvement of a Viscous-Spring Damper for Controlling Torsional Vibration in a Propulsion Shafting System with an Engine Acceleration Problem /j. Jee, C. Kim, Y. Kim // Journal of Marine Science and Engineering. - 2020. - Vol. 8. - Is. 6. - Pp. 428. DOI: 10.3390/jmse8060428.

9. Тхыонг Н. М. Современное состояние вопроса о динамике судовых валопроводов (опыт Вьетнама) / Н. М. Тхыонг // Судовые энергетические установки: научн.-техн. сб. - 1998. - № 2. - С. 95-99.

10. Шевченко Ф. Л. Механика упругих деформируемых систем / Ф. Л. Шевченко. - К.: ИСИО, 1993. - Ч. 3: Динамическое воздействие нагрузок. - 186 с.

11. Филиппов А. П. Колебания механических систем / А. П. Филиппов. - Киев: Наукова думка, 1965. - 716 с.

12. Улитин Г. М. Крутильный удар бурильной колонны при заклинивании режущего инструмента / Г. М. Улитин, Ю. В. Петтик // Науковi працi Донецького нацiонального технiчного унiверситету. Серiя: Гiрнично-геологична. - 2008. - Вып. 110. - С. 104-107.

13. Царенко С. Н. Крутильные колебания стержневых конструкций с осевой неоднородностью геометрических характеристик / С. Н. Царенко // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика. - 2019. - Т. 11. - № 1. - С. 50-58. DOI: 10.14529/mmph190107.

14. Царенко С. Н. Динамика валопровода гребного винта при разгонных режимах / С. Н. Царенко, А. Н. Рак, Б. Н. Безлобенко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2021. - Т. 13. - № 4. - С. 548-558. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-4-548-558.

15. Ivanovskaya A. Mathematical Modeling of Operating Modes of Deck Equipment for Fishing Vessels / A. Ivanovskaya, V. Zhukov // Transportation Research Procedia. - 2021. - Vol. 54. - Pp. 104-110. DOI: 10.1016/j.trpro.2021.02.053.

16. Сапига В. В. Совершенствование методов анализа динамики судовых валопроводов / В. В. Сапига, А. Л. Кирюхин, П. В. Черпита // Водный транспорт. - 2014. - № 1 (19). - С. 52-61.

17. Улитин Г. М. Изгибные колебания стержня с переменной жесткостью и распределенной массой / Г. М. Улитин, С. Н. Царенко // Прикладная математика и механика. - 2015. - Т. 79. - № 6. - С. 817-823.