Файл: Детали из стеклопластика в судовом машиностроении..pdf

Таблица SS

Продолжительность эксплуатации пластмассовых гребных винтов на рыбопромысловых судах типа СРТ

3000 ход. ч (табл. 33), а на речных малотоннажных судах (катера,

верхностей винтов является следствием электрохимической корро­ зии и механической эрозии. Роль этих факторов зависит в большей степени от физико-механических свойств материала винта.

Опасными для стеклопластиков являются лишь кавитационные и абразивные разрушения. Поэтому если исключить из рассмотрения винты с высокой интенсивностью кавитации, то можно считать, что поверхностный износ для винтов из стеклопластиков не является ограничивающим фактором долговечности.

Р а з р у ш е н и я л о п а с т е й . Подобные явления могут иметь место вследствие возможных ошибок методики прочностных расчетов, применения некачественного материала, грубых нарушений технологии изготовления и недостаточного контроля качества. Применительно к пластмассовым винтам рассматриваемый фактор имеет большее значение, чем для металлических, что объясняется меньшей освоенностью процесса их производства и более широким комплексом исходных параметров, оказывающих влияние на каче­ ство конечной продукции.

Имеющийся пятилетний опыт эксплуатации показывает, что в подавляющем большинстве случаев разрушение пластмассовых гребных винтов происходит вследствие их механических поврежде­ ний. Стадия заметного поверхностного износа ни на одном из винтов, находившихся в эксплуатации, не достигнута (исключая из рас­ смотрения кавитирующие винты).

Часто встречающиеся у металлических винтов повреждения в виде полной потери лопасти (излом по галтели сопряжения со ступицей) у винтов с пластмассовыми лопастями практически не имеют места. Наиболее обычный характер разрушения лопастей

176

из стеклопластика при ударах — потеря части лопасти в районе непосредственного контакта с соударяющимся телом.

Площадь разрушенной части, как правило, составляет не более 30% от площади лопасти. При этом на сохранившейся части лопасти геометрические элементы не искажаются, что обеспечивает возмож­ ность кратковременной аварийной эксплуатации судна (на малых и средних режимах).

Рис. 96. Пластмассовый гребной винт, поврежден­ ный при ударе о твердое препятствие: а — лопасти без окантовки; б — ло­

пасти окантованы.

На рис. 96, а показан гребной винт диаметром 0,38 м прогулоч­ ного катера, поврежденный в результате удара о твердый предмет. Катер после повреждения винта находился в эксплуатации в тече­ ние 2 недель.

На рис. 96, б изображен гребной винт диаметром 1,5 м (рыболов­ ный траулер), повреждение которого произошло в районе промысла вследствие удара о траловую доску. Судно с поврежденным винтом собственным ходом на средних оборотах двигателя вернулось на базу.

При ударах пластмассовых винтов о препятствия не отмечается погибов валов, поломок редукторных передач или двигателей, что

нередко имеет место при эксплуатации судов с металлическими винтами. Следует также отметить, что аварийные повреждения металлических гребных винтов на судах, эксплуатирующихся в озерно-речных бассейнах СССР, являются довольно частым явле­ нием. Так, например, на судах СЗРП за 3 месяца навигации 1967 г. произошло 11 аварий с винтами, для ликвидации последствий кото­ рых суда были выведены из эксплуатации.

Значительно меньший объем повреждений сопряженных с пласт­ массовыми гребными винтами механизмов при ударах может быть объяснен тем, что энергетические характеристики разрушения стекло­ пластиков существенно отличаются от аналогичных показателей разрушения металлов. У стеклопластиков, по данным [27], доля энергии соударения, расходуемая на местное разрушение, значи­ тельно больше, чем у сталей и других конструкционных ме­ таллов.

В то же время по удельной энергии, идущей на общее деформи­ рование (разрушение) конструкции, наблюдается обратное соотно­ шение. Вследствие этого у конструкций из стеклопластиков наблю­ даются значительно большие местные разрушения при ударах.

Анализ эксплуатационного опыта позволяет сделать вывод, что наиболее существенным недостатком винтов из стеклопластика является относительно низкая ударостойкость кромок лопастей, обусловленная высокой местной энергоемкостью материала. С целью частичного устранения этого недостатка предложен и практически осуществлен способ защиты кромок при помощи металлической окантовки из нержавеющей стали или латуни, устанавливаемой на лопасти в процессе их прессования [44].

Эксплуатационные испытания подтвердили достаточно высокую эффективность этого способа. На рис. 97 показан гребной винт диаметром 0,82 м, у которого две лопасти были выполнены с окан­ товкой, а две остальные — без окантовки. Винт был установлен на буксирном катере «Восток» и эксплуатировался в течение одной навигации в бассейне Ладожского озера, при этом часть времени — в ледовых условиях при толщине льда до 40 см. Винт отработал 760 ход. ч и был снят для дефектации. Как видно из рисунка, неза­ щищенные лопасти получили значительные повреждения, а лопасти с окантовкой находятся в хорошем состоянии и пригодны для даль­ нейшей эксплуатации. На основании этого" опыта было рекомендо­ вано применять защитную окантовку на всех пластмассовых винтах, передаваемых в серийное производство.

Из анализа изложенных возможных причин отказов пластмассо­ вых винтов можно сделать вывод о том, что основным ограничитель­ ным фактором их долговечности являются механические поврежде­ ния вследствие ударов.

Практика эксплуатации машин показывает, что если потеря ра­ ботоспособности обусловливается случайными сочетаниями обстоя­ тельств эксплуатации, т. е. имеет внезапный характер, то кривая плотности распределения сроков службы приближается к условию равной вероятности, имеющему вид горизонтальной прямой [9].

178

Это положение с достаточным основанием может быть применено к анализу долговечности и надежности пластмассовых винтов.

Используем применительно к винтам известное в теории надеж­ ности понятие интенсивности отказов А, (т), выражающейся отно-

Рис. 97. Испытания гребного винта диаметром 0,82 м на катере «Восток» в бассейне Ладожского озера: а — ледовая обстановка в районе испы­ таний; б — состояние винта после

760 ч эксплуатации.

шением числа вышедших из строя изделий в единицу времени Ап/Ах к общему их количеству (N—п), находящемуся в эксплуатации на начало рассматриваемого промежутка:

Для равновероятного распределения Я (т) -■ X = const и выра­ жение для надежности получает вид R'(x) = ехр (—Ят), откуда после логарифмирования имеем

Величина тR (т) может быть принята как среднеквадратический срок службы винта, гарантированный с надежностью R (т).

Для ориентировочных расчетов примем Ат = 5000 ч и, исполь­ зуя данные табл. 33 (N = 69, Ап = 7), получим значение интенсив­ ности отказов Я = 0,225-10“4 1/ч. Из (159) после подстановки Я имеем т0 95 = 2200 ч, т0 9 = 4700 ч, т0і5 = 30 600 ч. Следовательно,

с учетом накопленного эксплуатационного опыта представляется возможным с надежностью R (т) не ниже 0,9 гарантировать продол­ жительность безотказной работы пластмассовых винтов в течение не менее 4700 ч и с надежностью 0,5 не менее 30 000 ход. ч, что со­ ставляет не менее 6 лет непрерывной эксплуатации. Последнее может быть принято как средняя продолжительность эксплуатации пласт­ массовых гребных винтов.

Следует отметить, что достоверность использованной в расчете функции Я является недостаточной, так как объем и продолжи­ тельность проведенных к настоящему времени испытаний винтов в статистическом плане относительно невелики. Поэтому будет вполне обоснованным ожидать некоторого изменения ее по мере накопления практического опыта.

§ 18

Вопросы экономики производства и эксплуатации гребных винтов из стеклопластиков

Вопросы экономической эффективности играют важную роль при оценке возможности и целесообразности использования новых материалов в производстве изделий конструкционного назначения, поэтому в технической литературе по синтетическим материалам [35, 44, 57 ] экономические проблемы получили достаточно подроб­ ное освещение и в общей постановке безусловно решены в пользу пластмасс.

18 0

Последнее, однако, не исключает необходимости выполнения экономических обоснований в каждом прикладном исследовании вследствие того, что специфические особенности конкретных изделий оказывают существенное влияние на экономику их производства

иэксплуатации.

Вобласти судового машиностроения это имеет особо важное значение, так как такие специфические факторы, как малосерийность

ииндивидуальность производства, в этой отрасли встречаются наи­ более часто.

Последнее особенно характерно для судовых движителей, исполь­

При этом следует также отметить и то, что возможности увеличе­ ния серийности изделий путем применения унификации и стандарти­ зации конструктивных элементов в области судовых движителей используются далеко не полностью. Таксе положение является следствием того, что в настоящее время для каждого типа судна, за весьма редким исключением, проектируется и создается соб­ ственный движитель, отличающийся индивидуальными конструктив­ ными особенностями.

Экономическая эффективность новой техники, как правило, определяется на основе сопоставления стоимостных или натуральных показателей разрабатываемых конструкций с лучшими образцами действующих механизмов того же назначения.

Натуральные показатели, как например производительность труда, расход материалов, энергетические затраты и др., характе­ ризуют лишь отдельные частные свойства конструкции. В то же время стоимостные показатели и прежде всего себестоимость про­ изводства дают наиболее обобщенную оценку экономической эффек­ тивности [19].

При оценке эффекта внедрения новой техники необходимо учи­ тывать изменения не только в сфере производства, но и в сфере потребления, так как довольно часто последняя является более значимой.

Принимая это во внимание, рассмотрим более подробно вопросы экономической эффективности применения стеклопластиков в судо­

серийность судовых движителей и имеющее в настоящее время место некоторое отставание в области их унификации и стандартизации оказывают в значительной степени отрицательное влияние на эко­ номическую эффективность применения для их производства стекло­ пластиков, что характерно и для металлических гребных винтов.

Прежде всего это отражается на возрастании удельных затрат на специальную технологическую оснастку и нестандартное вспомо­

181