Повышение тяговой характеристики и работоспособности эксцентриковой муфты свободного хода для использования в промысловых механизмах
На правах рукописи
КАЛИНИН Александр Владиславович
Повышение тяговой характеристики и работоспособности эксцентриковой муфты свободного хода для использования в промысловых механизмах
05.18.17 Промышленное рыболовство
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Калининград - 2009
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Калининградский государственный технический университет»
(ФГОУ ВПО «КГТУ»)
Научный руководитель
кандидат технических наук, доцент Шарков Олег Васильевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Наумов Владимир Аркадьевич
кандидат технических наук Зеброва Елена Михайловна
Ведущая организация ООО «Рыбопромысловые автоматизированные системы»
Защита состоится 18 декабря 2009 г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 307.007.01 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет», по адресу: 236000, г. Калининград, Советский проспект, 1, ауд. 255.
Факс : 8(4012) 91-68-46
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «КГТУ»
Автореферат разослан _____ ноября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Н.Л. Великанов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Одними из важнейших параметров, от которых зависят режим работы системы «привод - промысловые механизмы - орудия лова» и эффективность работы промыслового оборудования в целом, являются тяговая характеристика и работоспособность его отдельных узлов.
Одним из ответственных узлов, применяемым в промысловых и судовых механизмах, является муфта (механизм) свободного хода (МСХ), которая может применяться как отдельный узел привода, так и в конструкциях механических бесступенчатых передач (вариаторов).
Как отдельный узел МСХ нашли применение: в траловых, сейнерных, неводных и промыслово-грузовых лебедках, шпилях, устройствах койлания поводцов, автоматических устройствах для удебного лова, машинах очистки крючков рыболовного яруса и другом современном промысловом оборудовании.
Как показала эксплуатация роликовых и храповых МСХ в промысловых механизмах, они отличаются недостаточной надежностью работы в тяжелых условиях промысла и не обеспечивают стабильность их тяговой характеристики. Проведенные исследования 166 лебедок типа ЛЭ 31 показали наибольшее количество отказов при работе именно у храповых МСХ. Для новых лебедок коэффициент отказа (отношение количества отказов храпового МСХ к общему числу отказов лебедки) составлял 44,1%, а для отремонтированных 67%. Коэффициент отказа большинства остальных деталей лебедки составлял 1,5…13,2% и недостаточная надежность храпового МСХ была основной причиной, лимитирующей работоспособность лебедки в целом.
Импульсные вариаторы с МСХ могут найти применение в приводах ваероукладчиков траловых лебедок, что позволит автоматически и в широких пределах регулировать скорость каретки. Как показал опыт эксплуатации ваероукладчиков траловых лебедок WTJ-12,5 на БАТМ типа «П. Батов» отсутствие возможности плавного изменения скорости перемещения каретки ваероукладчика для компенсации изменения диаметра ваера за счет его износа и вытяжки, несмотря на ручную регулировку укладки, приводила через 2-3 месяца к деформации реборд ваерных барабанов.
В связи с этим применение МСХ и импульсных вариаторов с МСХ позволить повысить работоспособность промыслового оборудования в целом.
Объект исследования. Эксцентриковые МСХ зацеплением, которые лишены ряда недостатков, присущих храповым и роликовым МСХ. Применение эксцентриковых МСХ зацеплением в промысловых механизмах позволит повысить их работоспособность и упростить обслуживание при эксплуатации.
В тоже время эксцентриковые МСХ зацеплением изучены далеко не полностью. Нет методики расчета и проектирования эксцентриковых МСХ зацеплением применительно к промысловым механизмам. Поэтому выполненная работа по теоретическому и экспериментальному исследованию эксцентриковых МСХ зацеплением, разработанных для промысловых механизмов является актуальной.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование эксцентриковых муфт свободного хода зацеплением применительно к промысловым механизмам для повышения их тяговой характеристики и работоспособности в условиях промысла.
Основные задачи:
- исследование геометрических условий свободного хода эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов;
- исследование условий геометрического синтеза профиля мелкомодульных зубьев и анализ методов их изготовления;
- исследование напряженно-деформированного состояния мелкомодульных зубьев возникающего при работе эксцентриковых МСХ в промысловых механизмах;
- экспериментальная проверка достоверности полученных теоретических результатов и предложенной методики расчета;
- внедрение разработанных конструкций эксцентриковых МСХ зацеплением в промысловые механизмы.
Научная новизна. Установлены основные характеристики (геометрия, прочность, жесткость, износостойкость, долговечность), определяющие тяговую способность и работоспособность эксцентриковых МСХ с мелкомодульными зубьями специального профиля для промысловых механизмов.
В диссертации впервые получены следующие научные результаты:
- теоретические зависимости, характеризующие геометрические условия свободного хода предлагаемых конструкций эксцентриковых МСХ для промысловых механизмов;
- теоретические зависимости для геометрического синтеза профиля мелкомодульных зубьев и построения профиля режущего инструмента;
- формула, характеризующая зависимость их эквивалентного напряжения от геометрических и силовых характеристик;
- аналитические и графические зависимости, характеризующие изменение тягово-скоростной характеристики промысловых механизмов при использовании импульсных вариаторов с эксцентриковыми МСХ зацеплением;
- величина нижней граница наработки на отказ разработанных эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов, численные значения жесткости кручения разработанных эксцентриковых МСХ зацеплением, величина массового износа эксцентриковых колец и характер её изменения для разработанных эксцентриковых МСХ зацеплением.
Практическая ценность и реализация результатов. На основе научных результатов диссертации разработана методика расчета и проектирования эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов. Применение этой методики позволит проектировать эксцентриковые МСХ с высокой тяговой характеристикой и работоспособностью.
Теоретические и практические результаты диссертации использованы при модернизации промысловых механизмов в целях повышения надежности их работоспособности на рыбопромысловых судах производственной рыбопромысловой компании ООО «Марфиш». Предложенные конструкции эксцентриковых МСХ защищены патентами.
Испытания, проведенные в производственных и лабораторных условиях, подтвердили, что предложенные конструкции эксцентриковых МСХ зацеплением отличаются высокой тяговой характеристикой и работоспособностью, простотой изготовления и обслуживания.
Результаты диссертации используются в учебном процессе для студентов направления 111000.62 «Рыболовство» и специальности 111001.65 «Промышленное рыболовство».
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Теоретические зависимости для определения: угла холостого поворота эксцентрика 
, при котором обеспечивается необходимая величина зазора 
между рабочими поверхностями мелкомодульных зубьев; угла клинового пространства 
; зависимость определения угла расположения мелкомодульных зубьев 
(
, 
).
2. Теоретические зависимости для определения геометрических параметров мелкомодульного храпового зацепления и координат профиля режущего инструмента.
3. Графические и аналитические зависимости изменения эквивалентного напряжения 
, возникающего в мелкомодульных зубьев от распределенной нагрузки 
и модуля m.
4. Результаты экспериментального исследования надежности эксцентриковых МСХ зацеплением.
5. Графические и аналитические зависимости: жесткости эксцентриковых МСХ зацеплением; износа эксцентриковых МСХ зацеплением; изменения скорости тяги от увеличении силы тяги для импульсных вариаторов с эксцентриковыми МСХ.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на: Международной научно–технической конференции «Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование» (Калининград, 1997г.); Международной научно–технической конференции «БАЛТТЕХМАШ» (Калининград, 1998, 2000, 2002 г.); Всероссийском научно-техническом семинаре с международным участием «Применение холода в пищевых производствах» (Калининград, 1999 г.); Международной научно-практической конференции «Зубчатые передачи- 99» (Санкт-Петербург, 1999 г.); Международных научных конференциях КГТУ (Калининград, 1999, 2000, 2003, 2006, 2007, 2008 г.); Международной научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования и производства зубчатых передач» (Тула, 2000 г.); Международном научно-техническом симпозиуме «Машины и механизмы ударного, периодического и вибрационного действия» (Орел, 2000 г.); International scientific «Power transmissions-03» (Varna, Bulgaria, 2003 г.); International scientific «Trans&Motauto-05» (Veliko Tarnovo, Bulgaria, 2005 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 46 печатных работах, в том числе 2 печатные работы в ведущих рецензируемых журналах по списку ВАК, 5 патентов на изобретения и 3 патента на полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Общий объем работы 231 стр., в том числе 75 рисунков, 9 таблиц. Список использованных источников состоит из 142 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении приведено обоснование актуальности и практической значимости темы диссертации, изложено современное состояние проблемы, которой посвящена работа. Поставлены цели и основные задачи, решению которых посвящена данная работа.
В первой главе Проанализирована возможность повышения эффективности работы промысловых механизмов за счет применения новых конструкций эксцентриковых МСХ на примере механизмов ваероукладчиков траловых лебедок и механизмов бесступенчатого регулирования скорости тяги (вариаторов) неводных лебедок.
Сделан вывод, что наиболее перспективными для внедрения в промысловые механизмы являются эксцентриковые МСХ конструкции проф. М.П. Горина и его учеников.
Дан обзор существующих конструкций эксцентриковых МСХ и конструкций вариаторов с эксцентриковыми МСХ, разработанными для промысловых машин и механизмов
Эксцентриковые МСХ являются более совершенной разновидностью клиновых МСХ и лишены ряда недостатков, присущих храповым, роликовым и клиновым механизмам. Основными достоинствами эксцентриковых МСХ являются: большая нагрузочная способность при сохранении тех же габаритных размеров; относительно невысокие требования к точности изготовления и монтажу элементов механизма; простота и технологичность изготовления его элементов; отсутствие контакта основных рабочих элементов при свободном ходе, что приводит к весьма незначительным потерям на трение; низкая чувствительность к износу.
На рисунке 1 представлена конструкция эксцентриковой МСХ зацеплением для промысловых механизмов. Эксцентриковая МСХ зацеплением с мелкомодульными храповыми зубьями состоит из полумуфты в виде эксцентрикового кулачка 1, обоймы 2 с храповыми зубьями 3 на внутренней поверхности и расположенных между ними клиньев 4 с наружными храповыми зубьями 5, кольцевых цилиндрических участков 6. На конце каждого клина в узкой его части выполнен торцевой упор 7. В широкой части клина выполнен паз 8, в котором установлен двухступенчатый ролик 9. Ролик 9 опирается на плоскость 10 паза 8, расположенную параллельно оси муфты, а поверхность 11 паза перпендикулярна оси и на ней выполнено отверстие 12 для прижима 13 и пружины 14.
Рисунок 1 - Конструкция эксцентриковой МСХ зацеплением
Муфта включается при повороте эксцентрика против часовой стрелки. В процессе заклинивания происходит поворот эксцентрика относительно внешней обоймы, при этом эксцентриковые кольца удерживаются от совместного вращения с эксцентриком подтормаживающим роликом. Процесс заклинивания происходит до полного зацепления между мелкомодульными храповыми зубьями эксцентриковых колец и внешней обоймы.
Вторая глава посвящена теоретическому исследованию основных параметров, влияющих на повышение тяговой способности и работоспособности, эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов.
Геометрические условия свободного хода МСХ. Под периодом свободного хода понимают время движения муфты, когда эксцентриковые кольца не заклинены между рабочими поверхностями эксцентрика и внешней обоймы и движутся совместно с эксцентриком.
На рисунке 2 представлена расчетная схема эксцентриковой МСХ зацеплением в период свободного хода. Основными элементами эксцентрикового МСХ зацеплением являются внешняя обойма 1, выполненная с мелкомодульными храповыми зубьями, эксцентриковое кольцо 2, по наружной поверхности которого на участке угла 
выполнены мелкомодульные храповые зубья, эксцентрик 3, подтормаживающий ролик 4.
Для обеспечения бесконтактного движения рабочих поверхностей обоймы и эксцентриковых колец зазор 
должен иметь одинаковое значение по краям рабочего участка мелкомодульных зубьев эксцентрикового кольца, который определяется углом 
.
Получена зависимость для определения угла холостого поворота эксцентрика 
, при котором обеспечивается необходимая величина зазора 
между рабочими поверхностями мелкомодульных зубьев эксцентрикового кольца и обоймы.
, (1)
где 
; 
; 
; 
; 
.
Расчеты по формуле (1) показали, что уменьшение величины радиального зазора 
в 5 раз приводит к уменьшению угла 
в 1,7…2,0 раза.
Получена зависимость для определения величины угла расположения дуговых выступов 
. На эксцентриковом кольце мелкомодульные зубья нарезаются на участке, определяемом углом 
, который можно представить как сумму углов 
.
, (2)
где 
; 
; 
; 
; 
.
Рисунок 2 - Расчетная схема эксцентриковой МСХ зацеплением
Расчеты по формуле (2) показали, что при уменьшение величины радиального зазора 
в 3 раза угол 
уменьшается на 9…23 %. Увеличение эксцентриситета 
в 2 раза приводит к уменьшению угла 
в среднем на 30%. Расчет проведен для эксцентриковой МСХ зацеплением со следующими параметрами: 
=30,5 мм, 
=30 мм, 
=0,5 мм, 
=250.
Полученные зависимости позволяют определять оптимальные геометрические параметры эксцентриковых МСХ на стадии проектирования.
Геометрического синтеза подтормаживающего устройства эксцентриковых МСХ. Проведен анализ причин изменения угла клинового пространства подтормаживающего ролика 
для различных конструктивных схем эксцентриковых МСХ зацеплением в зависимости от точности их изготовления, монтажа и износа. Даны рекомендации по изготовлению оптимальной конструкции подтормаживающего устройства, обеспечивающего незначительное изменение угла 
при изменении конструктивных параметров муфты.
Для предлагаемой конструкции значение параметров 
и 
определяются
, (3)
. (4)
Геометрический синтез профиля мелкомодульных зубьев эксцентриковых МСХ. Современные методы, используемые для построения профиля зубьев храповых механизмов и зубчатых соединений, применяемых в промысловых механизмах, не могут быть применены к мелкомодульным храповым зубьям эксцентриковых МСХ зацеплением для промыслового оборудования вследствие особенности их геометрии.
На рисунке 3 представлена расчетная схема для определения геометрических параметров храпового зацепления.
В качестве исходных данных для синтеза зубьев принимались: радиусы окружностей, проходящих по впадинам внешних и внутренних зубьев 
и 
, и угол наклона передней кромки зуба 
. Теоретическая высота зуба определяется как 
. Окружной и угловой шаг храповых зубьев определяется соответственно, как 
и 
.
Теоретическая длина передней кромки зуба 
определяется как
. (5)
Теоретическая длина задней кромки зуба 
определяется как
. (6)
Угол заострения зуба определяется как
. (7)
Угол наклона задней кромки зуба к радиальной прямой определяется как
(8)
Углы 
и 
определяются, как 
и 
.
Длина прямолинейных участков передней кромки внешних 
и внутренних 
храповых зубьев зависит от геометрических параметров зацепления и инструмента для его изготовления.
Длина участка контакта внешнего и внутреннего храпового зуба определяется как 
.
Радиус окружностей головок внешних зубьев определяется как
. (9)
Радиус окружностей головок внутренних зубьев определяется как
. (10)
Высота внешнего и внутреннего зуба определяется соответственно по формулам 
и 
.
Тогда рабочая высота храпового зуба определяется 
.
Методы изготовления мелкомодульных зубьев эксцентриковых МСХ. Проведен анализ методов изготовления внешних и внутренних мелкомодульных зубьев на рабочих элементах эксцентриковых МСХ.
Получены рекомендации по выбору вида (долбяка и инструментальная рейка) и размеров инструмента для нарезания мелкомодульных зубьев при условии получения возможно большего прямолинейного участка профиля зуба, по отношению к теоретической длине зуба.
Получена формула для определения координат режущих кромок зуба долбяка в зависимости от геометрических параметров станочного зацепления: 
- радиуса наружной окружности храповых зубьев зацепления; 
- радиуса внутренней окружности зубьев долбяка; 
- угла наклона передней кромки храпового зуба зацепления; 
- угла наклона задней кромки храпового зуба зацепления; 
- углового шага; 
и 
- углов поворота заготовки в момент профилирования рассматриваемой точки; 
и 
- углов поворота долбяка в момент профилирования рассматриваемой точки; 
- координат точек профиля нарезаемого храпового зуба, для которых определяется сопряженная точка на зубе долбяка.
Рисунок 3 - Расчетная схема геометрических параметров храпового зацепления
Координаты точек передней кромки зуба долбяка
(11)
Координаты точек задней кромки зуба долбяка
(12)
Из анализа расчетной схемы станочного зацепления установлено, что для увеличения длины прямолинейных участков профиля внешнего храпового зуба необходимо значительно увеличить радиус долбяка. Следовательно, в этом случае наиболее целесообразно использовать инструментальную рейку 
. Вместе с этим использование рейки позволяет нарезать только внешние зубья.
Получена формула для определения координат режущих кромок зуба инструментальной рейки, в зависимости от геометрических параметров станочного зацепления: 
и 
- углов поворота заготовки в момент профилирования рассматриваемой точки; 
- угла при вершине храпового зуба зацепления; 
- координат точек профиля нарезаемого храпового зуба, для которых определяется сопряженная точка на зубе инструментальной рейки.
Координаты точек передней кромки зубьев инструментальной рейки
(13)
Координаты точек задней кромки зубьев инструментальной рейки
(14)
Полученные зависимости (11, 12, 13 и 14) позволяют определять координаты режущей кромки необходимые для изготовления долбяка и инструментальной рейки, которые отличаются сравнительно простой формой режущих кромок, представляющих собой прямолинейные поверхности.
Напряженное состояние мелкомодульных зубьев эксцентриковых МСХ. Мелкомодульные зубья являются основными конструктивными элементами, определяющими нагрузочную способность механизма и его работоспособность. Принимая во внимание, что храповые зубья являются элементами сложной конфигурации и находятся в сложном напряженном состояния, для их исследования применялся метод конечных элементов (МКЭ), находящий широкое применение для исследования напряженного состояния различных элементов машин.
В результате обработки данных вычислительного эксперимента получена формула, характеризующая зависимость эквивалентного напряжения от распределенной равнодействующей нагрузки 
и модуля m.
. (15)
Третья глава посвящена экспериментальному исследованию эксцентриковых МСХ для промысловых механизмов. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных стендах и установках с использованием современных методов планирования эксперимента и обработки полученных данных.
Экспериментальное исследование надежности эксцентриковых МСХ зацеплением. Для экспериментального исследования эксцентриковых МСХ был разработан специальный стенд, позволяющий испытывать МСХ в тяжелых условиях работы, характерных для работы промысловых механизмов.
Для проведения эксперимента были изготовлены эксцентриковые МСХ зацеплением с параметрами: диаметр внешней обоймы 
60 мм, параметр 
, угол заклинивания изменялся в пределах 
, угол расположения мелкомодульных зубьев на эксцентриковых кольцах принимался равным 
= 50 при модуле 
=0,4; 0,5; 0,8 и 1,0 мм. Материал рабочих элементов сталь ШХ15, 12ХН3А, 40ХН при термообработке закалка до HRCЭ 48…62.
В качестве критерия, определяющего надежность эксцентриковых МСХ зацеплением, принималось число циклов включений, соответствующее нижней границе наработки на отказ 
. Допускаемое значение нижней границы наработки на отказ, по опыту эксплуатации машины резки и наживления линии ярусного лова «Помор» принималось 
= 10·106.
Результаты эксперимента показали, что надежность работы эксцентриковых МСХ, выполненных из материала сталь ШХ15 с модулем 
= 0,4; 0,5 и 0,8 мм больше в сравнении с роликовыми МСХ соответственно в 1,15; 1,75 и 2,4 раза. Эксцентриковые МСХ, выполненные из материала сталь ШХ15 с модулем 
=1,0 мм, а так же выполненные из материалов сталь 40ХН, 12ХН3А с модулем 
= 0,5 мм отличаются недостаточной надежностью работы.
Исследование износостойкости эксцентриковых МСХ. Для исследования износостойкости эксцентриковых МСХ зацеплением был создан стенд, позволяющий испытывать механизмы при наиболее тяжелых условиях работы, для которых характерны значительные передаваемые крутящие моменты, динамические нагрузки и высокие скорости обгона.
Для проведения эксперимента были изготовлены эксцентриковые МСХ зацеплением с параметрами: диаметр внешней обоймы 
46 мм, параметр 
1,48, угол заклинивания
; материал рабочих элементов сталь ШХ 15 при термообработке закалка до HRCЭ 58…62..
В процессе эксперимента проводились контрольные взвешивания эксцентриковых колец на аналитических весах АДВ-200 для определения величины их относительного массового износа 
. Износ определялся через каждые 2000 включений.
На рисунке 4 представлена зависимость величины относительного 
массового износа правого и левого эксцентриковых колец (кривые: 1, 2, 3) от числа циклов включения 
. Как видно из графиков, после 6000-8000 циклов включения происходит стабилизация износа, при этом максимальное значение относительного массового износа составляет незначительную величину, порядка 0,08% и практически не оказывает влияния на работоспособность муфты.
В связи со стабилизацией величины износа было решено ограничиться испытанием механизма только до 10000 включений.
Результаты испытаний показали высокую износостойкость, и, следовательно, работоспособность эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов.
Исследование жесткости эксцентриковых МСХ. Для проведения эксперимента были изготовлены эксцентриковые МСХ зацеплением с параметрами: диаметр внешней обоймы 
мм, параметр 
, угол заклинивания изменялся в пределах 
…
, угол расположения мелкомодульных зубьев на эксцентриковых кольцах принимался равным 
= 70 при модуле 
=0,5 мм. Материал рабочих элементов сталь ШХ 15 при термообработке закалка до HRCЭ 58…62.
Для сравнения проводились исследования жесткости для эксцентрикового МСХ фрикционного типа и роликового МСХ с одинаковым параметром 
мм.
В процессе эксперимента проводилось нагружение МСХ крутящим моментом 
от 5 до 40 Нм через каждые 5 Нм и определялась величина угла относительного поворота 
. На рисунке 5 представлена зависимость угла относительного поворота 
от статического момента нагружения 
. Расчеты жесткости МСХ различных типов эксцентриковых кольцах принимался равным 
=70 при модуле 
=0,5 мм. Материал рабочих элементов сталь ШХ 15 при термообработке закалка до HRCЭ 58…62. Исследования показали, что жесткости роликового МСХ находилась в пределах 
=4100…4700 Нмм/рад, эксцентрикового МСХ фрикционного типа 
=5300…5800 Нмм/рад; жесткость эксцентриковых МСХ нефрикционного типа 
=12000…16000 Нмм/рад
Величина жесткости эксцентриковых МСХ зацеплением мало зависит от угла заклинивания 
. При изменении угла заклинивания в пределах 
=14°±30…6°±30 (в 2,33 раза) жесткость изменяется всего на 17%, причем при уменьшении угла заклинивания жесткость тоже уменьшается. Для роликовых МСХ при измени угла заклинивания в пределах 
=10…4° (в 2,5 раза) жесткость уменьшается на 49%.
Из графиков видно, что эксцентриковые МСХ зацеплением обладают большей в 3,7…5,0 раза жесткостью, чем роликовые МСХ и в 3,1…3,6 раза, чем эксцентриковые МСХ фрикционного типа. Это обеспечивает надёжную передачу вращающего момента без проскальзывания при работе промысловых механизмов.
Исследование тягово-скоростных характеристик импульсных вариаторов для промыслового оборудования.
С целью проведения экспериментальных исследований тягово-скоростных характеристик было выбрано два импульсных вариатора с эксцентриковыми МСХ, разработанными для использования в промысловых механизмах для неводного лова.
Импульсный вариатор (тип I) имел следующие технические характеристики: передаваемая мощность 
=1,5 кВт; обеспечиваемая сила тяги 
=1,0 кН; диапазон регулирования 
=10; скорость тяги изменяется в пределах V=0…1,309 м/с; габариты 
x
x
=400x320x380 мм.
Импульсный вариатор (тип II) имел следующие технические характеристики: передаваемая мощность 
=7,5 кВт, обеспечиваемая сила тяги 
=12 кН; диапазон регулирования 
=9; скорость тяги изменяется в пределах V=0…1,2 м/с; габариты 
x
x
=660x670x670 мм.
При проведении эксперимента настраивалась скорость тяги 
и при увеличении силы тяги 
определялась изменение скорости тяги 
.
Наибольшее время испытаний импульсного вариатора типа I, с эксцентриковыми МСХ одного конструктивного исполнения, составило более 700 часов, при этом время его работы при максимальной величине нагрузки составило 75…80 % от общего объема времени испытания. Общее время работы составило 3800 часов. Для импульсного вариатора типа II эти показатели составляли 460 и 1814 часов.
По результатам экспериментов получены аналитические зависимости, характеризующие изменение тягово-скоростной характеристики (изменение настраевоемой скорости тяги 
) импульсных вариаторов с эксцентриковыми МСХ зацеплением (тип I и II) для промыслового оборудования
, (16)
. (17)
Данные зависимости позволяют корректировать величину настраиваемой скорости тяги в зависимости от усилия тяги, что обеспечивает эксплуатацию промыслового оборудования при оптимальной тягово-скоростной характеристике.
При этом долговечность эксцентриковых МСХ зацеплением в 1,1…2,7 раза больше по сравнению с МСХ других конструктивных схем (роликовыми, храповыми) при одинаковых условиях работы
В четвертой главе изложены вопросы расчета и проектирования, эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов. Даны рекомендации по выбору конструктивного исполнению эксцентриковых МСХ, материалов и основных геометрических параметров элементов механизма, прочности и жесткости его рабочих элементов.
Предложена методика проектирования эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов.
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Опыт эксплуатации роликовых и храповых МСХ в промысловых механизмах показал, что они обладают недостаточной надежностью в пределах заданного срока службы. На основании анализа конструкций МСХ сделан вывод, что эксцентриковые МСХ зацеплением являются перспективными для внедрения в промысловые механизмы. Разработаны новые конструкции эксцентриковых МСХ зацеплением для промысловых механизмов, которые защищены патентами.
2. Получены зависимости, определяющие условие свободного хода эксцентриковой МСХ зацеплением с учетом его геометрических характеристик. Даны рекомендации по изготовлению конструкции подтормаживающего устройства.
3. Получены зависимости для геометрического синтеза профиля мелкомодульных зубьев и построения профиля режущего инструмента.
4. Получена формула, характеризующая зависимость эквивалентного напряжения от геометрических характеристик и условий нагружения.
5. Экспериментально получены величины нижней граница наработки на отказ разработанных эксцентриковых МСХ для промысловых механизмах и показано, что работоспособность предлагаемых муфт больше в сравнении с роликовыми МСХ в 1,15…2,4 раза.
6. Экспериментально получены аналитические и графические зависимости, характеризующие изменение тягово-скоростной характеристики промысловых механизмов при использовании импульсных вариаторов с эксцентриковыми МСХ зацеплением и показано, что падение тягово-скоростной характеристики промысловых механизмов при использовании предлагаемых муфт меньше в 1,35…5,70 раза по сравнению с МСХ других типов. При этом долговечность эксцентриковых МСХ зацеплением в 1,1…2,7 раза больше по сравнению с МСХ других типов при одинаковых условиях работы.
7. Экспериментально получены численные значения жесткости кручения эксцентриковых МСХ и показано, что предлагаемые конструкции муфт обладают большей в 3,7…5,0 раза жесткостью по сравнению с роликовыми МСХ. Это обеспечивает надёжную передачу вращающего момента без проскальзывания на исполнительные элементы промысловых механизмов.
8. Экспериментально получены величины массового износа эксцентриковых колец и установлен характер её изменения для разработанных эксцентриковых МСХ и показано, что износ их рабочих элементов составляет незначительную величину и в отличие от роликовых МСХ не влияет на их работоспособность.
9. Теоретические и практические результаты диссертации использованы при модернизации промысловых механизмов в целях повышения их тяговой характеристики и работоспособности на рыбопромысловых судах производственной рыбопромысловой компании ООО «Марфиш» (акт внедрения результатов научно-исследовательской работе от 27.03.2007 г.).
Основное содержание диссертации опубликовано в
изданиях по списку ВАК:
1. Горин М. П., Шарков О. В., Калинин А. В. Автоматические импульсные вариаторы для промыслового оборудования // Рыбное хозяйство. 2002. № 1. С. 50.
2. Шарков О.В., Калинин А.В. Исследование надежности эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Техника машиностроения, 2003. № 6. С. 87 – 89.
3. Патент № 2145009, Россия МКИ 7F16 D41/063. Муфта свободного хода / Васильев А. Н., Горин М. П., Калинин А. В. Опубл. в бюллетене «Патенты и полезные модели». М., 2000. №3.
4. Патент № 2162971, Россия МКИ 7F16 H29/02. Автоматический импульсный вариатор / Васильев А. Н, Горин М. П., Калинин А. В. Опубликовано в бюллетене «Патенты и полезные модели». М., 2001. №4.
5. Патент № 2170376, Россия МКИ 7F16 H29/04. Импульсный вариатор / Васильев А. Н, Горин М. П., Калинин А. В. Опубликовано в бюллетене «Патенты и полезные модели». М., 2001. №7.
6. Патент № 2177091, Россия МКИ F16 H 29/22. Автоматическая импульсная передача / М. П. Горин, Н. А. Кузнецова, О. В. Шарков, А. В. Калинин. Опубликовано в бюллетене «Патенты и полезные модели». М., 2001. № 24.
7. Патент № 2249733, Россия МПИ F16 D 41/06. Муфта свободного хода / О. В. Шарков, Калинин А. В. Опубликовано в бюллетене «Патенты и полезные модели». М., 2005. № 10.
в других изданиях:
8. Калинин А. В. Экспериментальное исследование эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование: сб. тез. докладов. Первой Международной научно-техническая конференция: Калининград, 1997. С. 47.
9. Горин М. П., Калинин А. В. Геометрия эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование: сб. тез. докладов. Первой Международной научно-техническая конференция: Калининград, 1997. С. 48.
10. Шарков О.В., Калинин А.В. Нагрузочная способность эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении (БАЛТТЕХМАШ-98): Cб. материалов I Международной научно-технической конференции. Калининград, 1998. С. 109-110.
11. Шарков О. В., Калинин А. В., Горин М. П. Напряженное состояние мелкомодульных храповых зубьев эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением для технологического оборудования // Новое в технике и технологии производства пищевых продуктов: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград : КГТУ, 1998. С. 93 - 99.
12. Колесов И. В., Шарков О. В., Калинин А. В. Некоторые вопросы синтеза мелкомодульного храповых зубьев эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением для пищевых машин // Новое в технике и технологии производства пищевых продуктов : Межвузовский сб. науч. тр. Калининград : КГТУ, 1998. С. 100-105.
13. Колесов И. В., Шарков О. В., Калинин А. В. О методах изготовления мелкомодульных храповых зубьев эксцентриковых механизмов свободного хода // Прогрессивные машины и механизмы для пищевых производств: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград: КГТУ, 1999. С. 138 -156.
14. Колесов И. В., Шарков О. В., Калинин А. В. Формообразование поверхности долбяка для нарезания мелкомодульных храповых зубьев эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Прогрессивные машины и механизмы для пищевых производств: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград : КГТУ, 1999. С. 148-156.
15. Калинин А. В., Шарков О. В., Горин М. П. Результаты исследований импульсного вариатора для приводов машин и механизмов промысловых судов // Прогрессивные машины и механизмы для пищевых производств: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград : КГТУ, 1999. С. 23-29.
16. Калинин А.В., Горин М.П., Шарков О.В. Сравнительные испытания эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Международная научная конференция КГТУ: Cб. тезисов и докладов в 3-х ч. Калининград, 1999. - Ч. 3. С. 78.
17. Калинин А. В., Шарков О. В., Горин М. П. Стендовые испытания импульсного мотор-вариатора для технологического оборудования // Применение холода в пищевых производствах: сб. тез. докладов. Всероссийского научно-технического семинара с международным участием Калининград, 1999. С. 88–89.
18. Горин М. П., Калинин А. В. Импульсные мотор-вариаторы // Зубчатые передачи- 99: сб. тез. докладов. Международной научно-практической конференции по проблемам обеспечения надежности и качества зубчатых передач. Санк-Петербург, 1999. С. 13–14.
19. Шарков О. В., Калинин А. В. Производство эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением с мелкомодульными зубьями // Современные проблемы проектирования и производства зубчатых передач: Сб. науч. тр. Международной научно-технической конференции. Тула, 2000. С. 79-81.
20. Колесов И.В., Шарков О.В., Калинин А.В. Определение прямолинейных участков профиля внутренних мелкомодульных храповых зубьев эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении (БАЛТТЕХМАШ-2000): Сб. докладов II Международной научно-технической конференции в II-х т. Калининград, 2000. - Т II. С. 38-39.
21. Шарков О.В., Калинин А.В. Концентрация нагрузки в зацеплении эксцентриковых механизмов свободного хода за счет деформации внешней обоймы // БАЛТТЕХМАШ-2000: Сб. докладов Международной научно-технической конференции в -х т. Калининград, 2000. - Т. С. 40 -41.
22. Колесов И. В., Шарков О. В., Калинин А. В. Технология изготовления мелкомодульных храповых зубьев эксцентриковых механизмов свободного хода с использованием инструментальной рейки // Международная научно-техническая конференция КГТУ : сб. материалов конференции в IV ч. Калининград, 2000. - Ч. III. С. 160-161.
23. Калинин А. В., Шарков О. В., М. П. Горин. Исследование динамики эксцентриковых механизмов свободного хода в импульсном вариаторе // Международная научно-техническая конференция КГТУ : сб. материалов конференции в IV ч. Калининград, 2000. - Ч. III. С. 158-159.
24. Колесов И. В., Шарков О. В., Калинин А. В. Формообразование поверхности инструментальной рейки для нарезания мелкомодульных храповых зубьев эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением // Технологические процессы, машины и аппараты пищевых производств их управление и интенсификация: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград: КГТУ, 1999. С. 155-163.
25. Горин М. П., Шарков О. В., Калинин А. В. Опыт разработки эксцентриковых механизмов свободного хода для механических импульсных систем // Машины и механизмы ударного, периодического и вибрационного действия: сб. материалов Международного научно-технического симпозиума. Орел, 2000. С. 334-337.
26. Колесов И. В., Шарков О. В., Калинин А. В. Оценка рационального профиля храповых зубьев в эксцентриковых механизмах свободного хода зацеплением при нарезании инструментальной рейкой // Бесступенчатые передачи и механизмы свободного хода : Межвузовский сб. науч. тр. Калининград : КГТУ, 2001. С. 25-31.
27. Калинин А. В., Шарков О. В., Горин М. П. Экспериментальное исследование работоспособности эксцентриковых механизмов свободного хода в импульсных вариаторах // Бесступенчатые передачи и механизмы свободного хода : Межвузовский сб. науч. тр. Калининград : КГТУ, 2001. С. 20-24.
28. Калинин А. В., Шарков О. В., Горин М. П. Исследование влияния геометрических параметров на износостойкость эксцентриковых механизмов свободного хода // Инженерные проблемы трения, смазки, изнашивания: Сб. науч. тр. Калининград : БГА РФ, 2001. С. 11 – 16.
29. Васильев А.Н., Калинин А.В., Горин М.П. Экспериментальное определение характеристик жесткости эксцентриковых механизмов свободного хода приводов автомобильных стартеров // Бесступенчатые передачи и механизмы свободного хода: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград : КГТУ, 2001. С. 196-203.
30. Патент № 32219, Россия МПИ F16 D 41/06. Эксцентриковый механизм свободного хода / А.В. Калинин, А.Н. Васильев, О.В. Шарков. Опубликовано в бюллетене «Патенты и полезные модели». М., 2003. № 25.
31. Патент № 32220, Россия МПИ F16 D 41/06. Муфта свободного хода / О. В. Шарков, А. В. Калинин, А. Н. Васильев. Опубликовано в бюллетене «Патенты и полезные модели». М., 2003. № 25.
32. Шарков О. В., Калинин А. В. Результаты исследования эксцентриковых механизмов свободного хода для промыслового оборудования // Известия КГТУ, 2003. № 4. С. 173-179.
33. Шарков О. В., Калинин А. В. К анализу использования импульсных вариаторов в промысловом оборудовании для неводного лова // Инновации в науке и образовании – 2003: Материалы Международной научной конференции посвященной 90-летию высшего рыбохозяйственного образования в России. Калининград, 2003. С. 170-171.
34. Sharkov O., Vasiliev A., Kalinin A. Impulse variable-speed drives of machines // Power transmissions-03: Proceedings of the International scientific conference in 4 parts. Varna, Bulgaria, 2003. – Part 1. p. 247–250.
35. Патент № 38866, Россия МПИ F16 D 41/06. Муфта свободного хода / О.В. Шарков, А. Н. Васильев, А. В. Калинин. Опубликовано в бюллетене «Патенты и полезные модели» М., 2004. № 19.
36. Шарков О. В., Калинин А. В. Экспериментальное исследование тягово-скоростной характеристики импульсных приводов для промыслового оборудования // Известия КГТУ, 2004. № 6. С. 155-160.
37. Шарков О. В., Калинин А. В. Расчетно-экспериментальные методы оценки надежности эксцентриковых механизмов свободного хода // Детали машин и трибология: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград: КГТУ, 2005. С. 132 -136.
38. Шарков О.В., Калинин А.В., Золотов И.А. Автоматический импульсный вариатор // Изобретатели машиностроению. 2005. № 4. С. 9-10.
39. Sharkov O., Vasiliev A., Kalinin A. Finite-elements analyzes of load capacities of eccentric one-way clutches of friction type // Trans&Motauto-05: Proceedings of the International scientific conference in 6 parts. Veliko Tarnovo, Bulgaria, 2005. – Part. 3. p. 98–101.
40. Шарков О. В., Калинин А. В. Исследование шумового поля импульсного вариатора с эксцентриковыми механизмами свободного хода // Инновации в науке и образовании – 2006: Материалы Международной научной конференции КГТУ в 2-х ч. Калининград, 2006. – Ч. 1. С. 402-403.
41. Шарков О. В., Калинин А. В. Муфта свободного хода // Изобретатели машиностроению, 2006. № 2. С. 12-13.
42. Калинин А.В., Шарков О.В. Анализ геометрических условий бесконтактного движения эксцентриковых механизмов свободного хода зацеплением при свободном ходе // Совершенствование технологических процессов и оборудования в линиях пищевых производств: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград: КГТУ, 2006. С. 60-69.
43. Калинин А.В., Шарков О.В. Геометрический синтез подтормаживающих устройств роликового типа для эксцентриковых механизмов свободного хода // Совершенствование технологических процессов и оборудования в линиях пищевых производств: Межвузовский сб. науч. тр. Калининград: КГТУ, 2006. С. 70-74.
44. Шарков О. В., Калинин А. В., Кириллов С. В. Экспериментальное исследование крутильной жесткости эксцентриковых механизмов свободного хода нефрикционного типа. // Известия КГТУ, 2007. № 12. С. 34-38.
45. Шарков О. В., Калинин А. В. Бесступенчатый импульсивный привод ваероукладчика траловой лебедки. // Международная научная конференция «Инновации в науке и образовании - 2007» : Материалы конференции Калининград, 2007. С. 58-60.
46. Калинин А.В., Шарков О.В Совершенствование пусковых устройств с механизмами свободного хода для судовых энергетических установок. // Международная научная конференция // Инновации в науке и образовании – 2008: Материалы конференции Калининград, 2008. С. 89-92.
Заказ № _____. Подп. в печать ___.___.______. Формат 60х84/16
Объем 1,0 усл. п.л. Тираж 100 экз.
Отпечатано УОП ФГОУ ВПО «КГТУ». Калининград, Советский проспект, 1.
