Моделирование поверхности износа дейдвудных подшипников методом оптического сканирования

Темой исследования является разработка методики моделирования поверхности износа кормовых дейдвудных подшипников на основе оптического сканирования. Отмечается, что дейдвудные подшипники судового валопровода в процессе эксплуатации изнашиваются неравномерно, что оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние вала и параметры системы, отвечающие за возникновение резонанса поперечных, крутильных и продольных колебаний. Рассмотрены методика и результаты экспериментального исследования поверхностей износа подшипников. Примененная схема оптического сканирования позволяет получать высокоточные цифровые модели объектов за счет синхронной съемки объекта двумя камерами. Результаты измерений, полученные путем обработки специализированным программным обеспечением, являются дополнением методики определения силы упругости, действующей на вал со стороны неравномерно изношенного по длине подшипника с непостоянным зазором. На основе полученных значений износа построена твердотельная модель и определены собственные частоты поперечных, крутильных и продольных колебаний. Для построенной модели получены формы собственных колебаний для практически значимых частот. Отмечено, что износ подшипника оказывает влияние не только на смещение значений собственных частот, но и на форму колебаний. Выполнена оценка влияния износа кормового подшипника на несущую способность валопровода с учетом контактного взаимодействия. Моделирование показало, что поверхность износа подшипника формирует область повышенных контактных давлений, возникающих в результате воздействия гребного вала. Анализ кормовой оконечности гребного вала позволил выявить наличие области повышенной концентрации эквивалентных напряжений, формируемых в месте формирования износа подшипника. Предложенная в работе методика моделирования износа дейдвудных подшипников позволяет оценить его влияние на величину смещения собственных частот и изменение несущей способности валопровода. Полученные в работе результаты являются дополнением к существующим расчетам при проектировании и оценке надежности судовой энергетической установки. 

1. Григорьев А. К. Опыт эксплуатации неметаллических роликовых подшипников с водяной смазкой. Влияние частоты воздействия нагрузки на величину деформации резинового и капролонового роликов / А. К. Григорьев, В. А. Ермолаев // Судостроение. — 2012. — № 5 (804). — С. 25–30.

2. Кушнер Г. А. Анализ причин повреждений и отказов судовых валопроводов / Г. А. Кушнер, В. А. Мамонтов, Д. А. Волков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2021. — № 3. — С. 33–39. DOI: 10.24143/2073-1574-2021-3-33-39.

3. Цветков Ю. Н. Анализ молекулярного строения полимерных материалов для дейдвудных подшипников / Ю. Н. Цветков, М. Ю. Власов, В. А. Петров // Сборник научных статей национальной научнопрактической конференции профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова». — СПб.: Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова, 2022. — С. 276–282.

4. Lei J. Experimental investigation of effects of ship propulsion shafting alignment on shafting whirling and bearing vibrations / J. Lei, R. Zhou, H. Chen, Y. Gao, G. Lai // Journal of Marine Science and Technology. — 2022. — Vol. 27. — Is. 1. — Pp. 151–162. DOI: 10.1007/s00773-021-00822-0.

5. Litwin W. Water-lubricated bearings of ship propeller shafts-problems, experimental tests and theoretical investigations / W. Litwin // Polish Maritime Research. — 2009. — Vol. 16. — No. 4 (62). — Pp. 42–50. DOI: 10.2478/v10012-008-0055 z.

6. Leilei C. Optimization of Bearing Displacement in Ship Shafting Alignment Based on Workbench / C. Leilei, L. Junsong, L. Cunming, Z. Ruiping // Journal of Physics: Conference Series. — IOP Publishing, 2021. — Vol. 1939. — No. 1. — Pp. 012099. DOI: 10.1088/1742-6596/1939/1/012099.

7. Григорьев А. К. Опыт эксплуатации дейдвудных подшипников с капролоновыми планками на атомном ледоколе «Ямал» в 1999–2009 гг / А. К. Григорьев // Судостроение. — 2011. — № 5 (798). — С. 52–53.

8. Михайлова М. А. Анализ изнашивания дейдвудных подшипников в зависимости от физикомеханических характеристик материала вкладышей и условий эксплуатации судна / М. А. Михайлова // Вестник Астраханского государственного технического университета. — 2005. — № 2 (25). — С. 135–140.

9. Кукарина А. Ю. Влияние износов дейдвудных подшипников и гидродинамического момента на устойчивость вращения гребного вала / А. Ю. Кукарина, А. И. Миронов, А. Р. Рубан // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2016. — № 1 (35). — С. 145–153. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-1-145-153.

10. Кушнер Г. А. Экспериментальное исследование поперечных колебаний валопровода судна проекта ВКМ 3 / Г. А. Кушнер, В. А. Мамонтов, А. А. Халявкин, В. В. Шахов // Морские интеллектуальные технологии. — 2018. — № 1–1 (39). — С. 77–80.

11. Герасиди В. В. К вопросу оценки технического состояния дейдвудных подшипников валопроводов морских судов / В. В. Герасиди // Вестник государственного морского университета имени адмирала Ф. Ф. Ушакова. — 2021. — № 1 (34). — С. 20–23.

12. Кушнер Г. А. Исследование изменений формы и коэффициента жесткости моделей дейдвудных подшипников из капролона / Г. А. Кушнер, В. А. Мамонтов, А. А. Халявкин // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2015. — № 6 (34). — С. 151–157. DOI: 10.21821/2309-5180-2015-7-6-151-157.

13. Кушнер Г. А. Механика контактного взаимодействия гребного вала с дейдвудным подшипником при поперечных колебаниях / Г. А. Кушнер, В. А. Мамонтов, А. А. Халявкин // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. — 2017. — Т. 44. — № 2. — С. 28–36. DOI: 10.21822/2073-6185-2017-44-2-28-36.

14. Миронов А. И. Поперечные колебания гребного вала при его одностороннем взаимодействии с дейдвудным подшипником / А. И. Миронов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2012. — № 2. — С. 26–34.

15. Kushner G. A. Stiffness Coefficients and Elastic Forces Under Interaction Between Shafts and Plain Bearings / G. A. Kushner // International Conference on Industrial Engineering. — Springer, Cham, 2021. — Pp. 832–840. DOI: 10.1007/978-3-030-54814-8_96.