Проводиться аналіз статистичних та експериментальних даних з різних джерел про швидкостях зносу і фізико-механічні характеристики найбільш поширених матеріалів, використовуваних для вкладишів дейдвудних підшипників в різних районах плавання. Встановлено ступінь впливу на знос умов експлуатації (забрудненість води абразивними частинками, температура і хімічний склад води). Надано рекомендації щодо використання кожного вкладиша при певних умовах експлуатації і обрані найбільш вдалі пари тертя за даних умов. Бібліогр. 5. Іл. 1.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Михайлова Марина Олександрівна


ANALYSIS OF DEGRADATION OF STERN-SHAFT BEARINGS REGARDING PHYSICOMECHANICAL PARAMETERS OF BUSHING MATERIAL AND OPERATING CONDITIONS OF A SHIP

In the article there is given analysis of historical and experimental data of different origin concerning tool wear rate and physicomechanical parameters of the most widely used materials for bushings of stern-shaft bearings in different sea areas. There is determined the influence of operation conditions (such as contaminating sea water by abrasive particles, temperature and chemical structure of water) on tool wear. There are given recommendations on operating each bushing at certain conditions and are chosen most successful tribological situations for certain conditions.


Область наук:

  • технології матеріалів

  • Рік видавництва: 2005


    Журнал: Вісник Астраханського державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз зношування дейдвудних підшипників залежно від фізико-механічних характеристик матеріалу вкладишів і умов експлуатації судна'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз зношування дейдвудних підшипників залежно від фізико-механічних характеристик матеріалу вкладишів і умов експлуатації судна»

    ?УДК 629.12.037.5.001.2

    М. А. Михайлова Астраханський державний технічний університет

    АНАЛІЗ зношування ДЕ ^ ЦБУДНИХ ПІДШИПНИКІВ ЗАЛЕЖНО ВІД ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРІАЛУ вкладиш і УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ СУДНА

    Вкладиші дейдвудних підшипників (ДП) судів є деталями, безпосередньо піддаються зносу. Відпрацьовані вкладиші підлягають заміні, для чого необхідно докування. Відомо, що витрати, пов'язані з простоєм судів, значно перевищують вартість запасних частин. У зв'язку з цим актуальною є проблема підвищення надійності вкладишів.

    В ДП знос вимірюється як зміна зазору між гребним валом і втулкою. На зміну величини зазору впливають різні види зносу (абразивний, втомний, механічний, окислювальний), а також процеси, що не належать до тертя, а що призводять до зміни фізікомеханіческіх властивостей матеріалів (вологопоглинання, температурне розширення). На інтенсивність зносу впливають монтаж, умови мастила, вид тертя (рідинне, граничне, полужідкостное), в'язкість середовища, кількість реверсів, ударне навантаження і багато інших чинників. Безумовно, найбільш важливим фактором, що впливає на знос, є фізікомеханіческіх властивості матеріалу.

    Підшипники ковзання дейдвудних пристроїв по використовуваному матеріалу вкладишів можна розділити на металеві та неметалеві. Основні фізико-механічні властивості найбільш поширених матеріалів вкладишів ДП ​​наведені в табл. 1. До неметаллическим ДП відносяться бакаут, текстоліт, капролон, ДСП і ін.

    Таблиця 1

    Фізико-механічні властивості матеріалів вкладишів ДП

    Матеріал Коефіцієнт тертя по бронзі Питома навантаження, кгс / см2 Межа міцності (стиснення), кгс / см2 Робоча температура, оС Влагопоглоще-ня тах,%

    Бакаут 0,009 2,5-3 735 60 16,5

    Капролон 0,04-0,08 2,5 900 40 20

    ДСП-А 0,005-0,008 2,0 1800 70 20

    Гума 0,004-0,007 3,5 1600 - -

    Текстолит 0,008 3 2500 40 -

    Бабіт 0,005 7-10 1100 75

    УГЕТ-Т 0,12 30 3000 70

    Бакаут може бути застосований для підшипників діаметром 250-820 мм незалежно від матеріалу облицювання, а також забруднення водойми. за-

    потреба в якісному бакаут задовольняється в даний час не повністю. Через обмеження допустимої питомої навантаження на балку довжина дейдвудних підшипників буває значною. Так, довжина кормового (найбільш навантаженого і схильного до зносу) підшипника відповідно до вимог класифікаційних товариств встановлюється не менше чотирикратного діаметра вала. Фізико-механічні властивості бакаута представлені в [1].

    Застосування набору з гумово, деревно-шаруватих і деревно-текстолітових вкладишів зазвичай обмежується діапазоном 250-400 мм (в окремих випадках - до 500 мм). Підшипники призначені для експлуатації при окружної швидкості вала від 0,5 до 10 м / с. Фізікомеханіческіх властивості гуми представлені в [1].

    Текстоліт, ПТК-С, туфлон «Беар», лігніт зазвичай застосовують при діаметрах підшипників 400-820 мм. Встановлено, що звичайне охолодження водою, прийняте для набору з бакаута, недостатньо для набору з текстоліту. Але в силу високих характеристик міцності текстолит є більш підходящим матеріалом для дейдвудних підшипників великотоннажних суден, ніж бакаут, так як витримує значні питомі навантаження. Фізико-механічні властивості текстоліту представлені в [1].

    Капролон застосовується для підшипників будь-якого діаметру [1]. Він є перспективним матеріалом для набору підшипників дейдвуд-них пристроїв в силу його більш високих, ніж у бакаута, міцності. Так, якщо з якої-небудь причини припиняється подача води в КАПРОЛОНОВИЄ підшипник, його температура може підвищитися до 140-150 ° С, після чого він починає поступово плавитися не більше ніж на половину своєї товщини, так як в збільшується зазор між облицюванням і підшипником потрапляє вода з-за борту, охолоджує тертьові пару, після чого остання продовжує працювати відносно нормально. При докування доводиться міняти тільки підплавлення підшипник, гребний вал і облицювання залишаються придатними для подальшої експлуатації. Максимальна вологопоглинання КАПРОЛОНОВИЄ втулки спостерігається в перші 3 місяці експлуатації. Далі швидкість зменшення внутрішнього діаметру знижується, і її зміна носить лінійний характер. Зменшення внутрішнього діаметра КАПРОЛОНОВИЄ втулки призводить до збільшення кута контакту облицювання з підшипником, погіршення умов змащення пари тертя, переходу від режиму напіврідинного тертя до граничного. Результати лабораторних досліджень впливу температури і влагопо-глощенія на механічні властивості капролона свідчать про те, що:

    - вологопоглинання знижує механічні властивості капролона. При максимальному вологопоглинання величина руйнівного напруження при розтягуванні, стисненні, вигині знижується відповідно на 38, 47, 45% [2];

    - підвищення температури до +40 ° С тільки незначною мірою зменшує характеристики міцності. Фізико-механічні властивості капролона наведені в [1].

    Застосування ДСП доцільно для підшипників діаметром менше 500 мм, а текстоліту - для підшипників діаметром понад 400 мм [3]. Внаслідок великого вологопоглинання і набрякання в наборі ДСП виникають напруги приблизно 200 кгс / см2. Фізико-механічні властивості деревно-шаруватих пластиків наведені в [1].

    Вуглепластик УГЕТ-Т - епоксидний вуглепластик гарячого пресування; є перспективним матеріалом, створеним для роботи у воді важко навантажених (до 40 МПа) опор ковзання. Вони мають низький коефіцієнт тертя, високу зносостійкість при роботі на водяній мастилі, високу теплопровідність і коефіцієнт лінійного розширення, близький до коефіцієнта лінійного розширення металів при високій вібростійкості і міцності. Відповідно до технічних умов підшипники ковзання з УГЕТ можуть експлуатуватися при наступних умовах:

    - мастило: вода, масло або гідравлічні рідини;

    - допустимі питомі навантаження, МПа: до 30 (тривало), до 40 (короткочасно), до 1 (без змащення - сухе тертя);

    - допустимі швидкості ковзання, м / с: до 5 (тривало), до 11 (короткочасно), до 0,3 (без змащення - сухе тертя). На антифрикційні властивості впливають умови отримання і орієнтація вуглецевих волокон. Коли шари тканини перпендикулярні поверхні тертя, інтенсивність зношування знижується в 2-4 рази, дещо зменшується коефіцієнт тертя. Фізико-механічні властивості вуглепластиків наведені в [4]. У процесі тертя епоксидних углепластиков на сполучених поверхнях створюється міцна і рівномірно розподілена графітоподібний плівка. З появою графітоподібний плівки інтенсивність процесу зношування різко знижується, шорсткість поверхні зменшується. Як матеріал контртіла при використанні деталей тертя з епоксидних углепластиков і водяний мастилі рекомендується застосовувати нержавіючі стали, наприклад марок 08Х18Н10Т.

    З металевих матеріалів для виготовлення ДП часто застосовують баббит. Бабіт є одним з найкращих підшипникових сплавів для роботи зі змазкою мінеральними маслами. Він має гарну прірабативаемость, високою теплопровідністю, малим коефіцієнтом тертя, високою зносо- і задіростойкостью [3]. Дейдвудні підшипники з бабітових антифрикційні шаром і масляним мастилом під тиском витримують значні питомі навантаження, що дозволяє застосовувати в дейдвудних пристроях коротші підшипники (2-2,5 діаметра гребного валу). Вони безшумні в роботі. Внаслідок малих діаметральні зазорів між підшипниками і гребним валом усунена проблема, пов'язана з вібрацією останнього. Такі підшипники не вимагають застосування облицювань для гребних валів.

    Із середніми величинами зносів бакаутового, КАПРОЛОНОВИЄ, гумових та інших неметалевих підшипників можна ознайомитися за джерелами [1-3]. Бакаут має гарну зносостійкість, але він дефіцитний. Капролон, в силу свого вологопоглинання, розбухає, увеличи-

    вая довговічність підшипника. Швидкість зношування підшипників з бабіту в десятки разів менше швидкості зносу неметалевих ДП (табл. 2). Причиною цього є наявність стійкого масляного клина при роботі гребного валу. Знос бабітового залив не перевищує 0,1-0,2 мм за 4-6 років експлуатації, в той час як знос неметалічних підшипників за такий же період досягає 5-6 мм [3].

    Таблиця 2

    Порівняння швидкостей зносів ДП ​​найбільш поширених матеріалів

    при нормальних умовах

    Матеріал Максимальна і мінімальна швидкості зносу, мм / 1000 год Середня швидкість зносу, мм / 1000 год

    Бакаут 0,01-0,3 0,16

    Капролон 0,08-0,5 0,29

    Гума 0,05-0,5 0,3

    ДСП 0,13-0,45 0,29

    Текстолит 0,25-0,35 0,3

    Бабіт 0,005-0,01 0,008

    На величину зносу ДП впливають умови експлуатації. Під умовами експлуатації будемо розуміти глибину і забрудненість води абразивними частинками, наявність льодів, хімічний склад і температуру води. Залежно від району плавання величина зносів ДП ​​може змінюватися в досить широких межах.

    Плавання суден в мілководних районах з илисто-піщаним дном створює несприятливі умови для роботи ДУ. Особливо негативно ці умови позначаються на роботі ДУ з відкритими системами прокачування ДП забортної водою. Спостереження за роботою л / к «Мурманськ» на мілководді протягом 8 років показали, що тривалість роботи на глибині до 6 м в більшості своїй становить понад 50% від загального часу роботи на глибині до 10 м. Швидкість зносу особливо велика при глибині менше 6 м, а на глибині менше 3 м різко зростає [2]. Величина зносу залежить від складу грунту (пісок особливо небезпечний). Криві зносу дозволяють судити про зносостійкості бронзи ОЦ10-2 в поєднанні з гумою, туфлі-ном, бакаут і КАПРОЛОНА. З перерахованих пар тертя найкраще протистоїть зносу при роботі в абразивному середовищі пара тертя бронза ОЦ10-2-гума. Капролон добре «працює» на глибинах, а на мілководді термін його служби значно скорочується при використанні відкритих систем прокачування забортної води.

    Вплив температури забортної води на зміну зазору між КАПРОЛОНОВИЄ втулкою і бронзової облицюванням гребного валу представлено на малюнку.

    Вплив температури забортної води на радіальні розміри з'єднання підшипник-гребний вал:

    1 - зміна товщини запресованої КАПРОЛОНОВИЄ втулки; 2 - зміна зовнішнього діаметра облицювання гребного валу; 3 - зміна зазору в ДУ

    При зміні температури забортної води від 0 до +30 ° С внутрішній діаметр запресованої КАПРОЛОНОВИЄ втулки змінюється незначно. Зміна зовнішнього діаметра облицювання гребного валу переважає над зміною товщини КАПРОЛОНОВИЄ втулки, т. Е. В цілому зменшення зазору відбувається за рахунок облицювання.

    Хімічний склад води характеризується мінералізацією і солоністю. Солоність морів змінюється від 2 до 42% о або г / кг. Чим тепліше клімат, тим солоніша вода. Балтійське море має солоність 2-5% о, а Червоне -40-42% о. Солоність води в річках не перевищує 0,5% о [4]. Під дією середовища з підвищеною агресивністю (морська вода) відбувається зміна взаємного співвідношення основних легуючих компонентів і підвищення вмісту марганцю в поверхневих шарах з подальшим їх руйнуванням. В [5] проведено аналіз поєднань матеріалів облицювання вала і підшипника. Електрохімічні процеси при терті впливають на зносостійкість. Різнорідні сплави в морській воді призводять до окислення поверхні, зменшення його корозійної стійкості, а також зміни фізико-хімічних властивостей матеріалів. Виявилося, що найбільшою зносостійкістю володіє пара тертя бронза О10Ц2-капролон.

    висновки

    1. З даних табл. 1 випливає, що найкращим матеріалом для вкладишів ДП ​​є бабіт, так як у нього мінімальний коефіцієнт тертя, найбільша питома навантаження і найбільша робоча температура. Однак з екологічних міркувань він є небезпечним. Серед неметалічних матеріалів альтернативою бабіти для крупнотоннаж-

    них судів з великою потужністю двигуна є УГЕТ-Т як найбільш міцний і теплостійкий.

    2. Вплив температури води на зміну зазору в ДП незначно, а отже, в розрахункових методиках їм можна знехтувати.

    3. Для суден з неметалевими ДП, які працюють на мілководді, необхідно передбачати захист від абразивних частинок, т. Е. Не використовувати відкриті системи прокачування води. Робота КАПРОЛОНОВИЄ підшипників в забруднених водоймах в порівнянні з бакаутового менш довговічна. Найбільш стійкою до абразивних частинок є гума.

    4. Морська вода в більшості випадків сприяє збільшенню інтенсивності зносу.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Балацький Л. Т., Бегагоен Т. Н. дейдвудних пристрою морських суден. - М .: Транспорт, 1980.

    2. В. В. Березний, А. К. Григор'єв. Дейдвудні пристрої судів. Досвід експлуатації, сучасні конструкції, дослідження. Ч. 1. - Мурманськ, 1997..

    3. Кохан Н. М., Друть В. І. Ремонт валопроводов морських суден. - М .: Транспорт, 1980.

    4. Рубін М. Б., Бахарєва В. Е. Підшипники в судновий техніці: Справ. - Л .: Суднобудування, 1987.

    5. Черепнин В. А. Вплив умов експлуатації на зносостійкість елементів валопроводов морських суден і методи підвищення їх ресурсу: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Л., 1986. - 23 с.

    отримано 14.02.05

    ANALYSIS OF DEGRADATION OF STERN-SHAFT BEARINGS REGARDING PHYSICOMECHANICAL PARAMETERS OF BUSHING MATERIAL AND OPERATING CONDITIONS OF A SHIP

    M. A. Mikhailova

    In the article there is given analysis of historical and experimental data of different origin concerning tool wear rate and physicomechanical parameters of the most widely used materials for bushings of stern-shaft bearings in different sea areas. There is determined the influence of operation conditions (such as contaminating sea water by abrasive particles, temperature and chemical structure of water) on tool wear. There are given recommendations on operating each bushing at certain conditions and are chosen most successful tribological situations for certain conditions.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити