Центробежное сцепление на маломерном судне.

KVV

Коллега
Название говорящее, посему можно сразу перейти к делу…

Предыстория.

С самого первого момента, как я поставил ТДМЕ на катер, я боролся за тишину и минимизацию вибраций. Поборол я многое, но всё равно оставались и остаются нюансы, если говорить про то, что решало сцепление это:
1) Мягкое включение реверса колонки Volvo Penta SX при нулевой/околонулевой частоте вращения коленвала.
2) Остановка валовой линии при работе на холостом ходу. Проблема в том, что четырехцилиндровый атмосферный дизель с рядным ТНВД от трактора далеко не премиум в плане вибраций и сильно отличается от V6/V8 или легковых бензиновых моторов, которые обычно устанавливают с колонкой. Такой дизель имеет в процессе работы серьёзные биения по угловому ускорению коленвала особенно на низких оборотах. По этой причине на холостых она начинает греметь валами и шестеренками на холостых оборотах(вспоминаем звук КПП Камаз на светофоре рядом). А ведь на холостом ходу хочется тишины, спокойствия, зарядки АКБ и работы контура обогрева жидкостной печки и бойлера…..

Решать первую проблему было невозможно вообще — во-первых реверс на вольве по умолчанию включается с тычком, во-вторых дизель с тяжёлым маховиком и промвалом увеличивающими момент инерции вращающихся частей.
Вторую проблему решать удавалось с перманентным успехом — при достаточно мягком демпфере на валу и правильно подобранных подушках ДВС, удавалось поймать более ли менее «тихий вариант».

Придя с Волги в 2020-ом мысль пошла дальше, стало понятно — надо расцеплять!
(замечу, что сподобился написать сею статью я спустя полтора года, т.е. сейчас — в январе 2022, спасибо удаленке!)

Приход к центробежному сцеплению.
Ставить полноценное сцепление - один из самых линейных путей… но это же надо где-то искать комплект, чем-то его выжимать и желательно в автоматическом режиме….
До сих блуждают мысли об электротрансмиссии и избавлении от колонки в таком виде вообще… Но это уже другая история.
В общем внезапно, как выпускник МАИ, я вспомнил, что в некоторых случаях на малой авиации ставится центробежное сцепление. Так же как, кстати, и на аэросанях.
Оставалось дело за малым - найти тех кто это сделает и вообще в этом что-то понимает.
Нашел я по сути единственных вменяемых людей - полк.рф
Пока я разбирался с продукцией «Полка», выяснил, что они всё делают на базе стандартного ВАЗовского тормозного барабана.
Но #яжинженер и думаю: дайка посчитаю! Прикинув суть вопроса, физика оказалась примитивна. Все геометрические параметры ясны, коэффициенты трения тоже, физика явления вообще школьная.
Пишем скрипт на питоне, считаем, строим графики. И тут нежданчик. При расчётах выясняется, что ВАЗовский тормозной барабан включенный с бензиновым мотором, у которого режим 2500-6000 оборотов на аэросанях — это не тоже самое, что у меня. Мне то нужно 900-3000об/мин!

А всё банально: хочешь чтобы на заданный момент раньше срабатывало — либо увеличивай массу колодок, либо увеличивай диаметр. Как и любое сцепление — центробежное также не должно в рабочем режиме проскальзывать. А в случае с катером оно должно переходить из расцепленного в сцепленное состояние на коротком диапазоне малых оборотов, например от 850 до 950…

Написал письмо в Полк, описал проблему, объяснил свои расчёты и опасения. Они сказали по сути что ничего не считали, а просто делают из ВАЗа и оно работает. В общем я отказался от заказа и решил сделать сам. «Не извольте сумневаться, чай оно не в первый раз»(с)

Какие у нас есть простые и доступные автомобили? ВАЗ… УАЗ… Барабан ВАЗ 2108 — 200мм. УАЗ-469 — 280мм. Ускорение зависит от диаметра в квадрате, как мы помним. А сила прижатия колодок от ускорения и массы. Масса колодок УАЗ очевидно тоже больше: 0.65 против 0.25 . Забегая вперед — без утяжеления колодок ВАЗовский вариант вообще не работает.

Что касается геометрии и деталей — выяснили. Какой параметр ещё важен для оценки? Мощность рассеивания в критической точке. Вообще в принципе надо оценить на сколько реально его перегреть. Наверное несколько сотен Ватт нас не испугают, а вот киловатты - будут перебором.

Сразу оговорюсь, о том как я задавал нагрузку. Буксировочная характеристика катера — кубическая зависимость мощности буксировки от скорости. Момент на двигателе изменяется приблизительно квадратично соответственно. Зная то, в каком режиме у нас ходит катер(я про свой катер знаю, например), можно понять из нуля до какой точки надо провести параболу момента. Таких парабол нас интересует две — для нормального хода катера и для ошвартованного к пристани(либо режима схода с мели — кому как больше понятнее). Очевидно что вторая самая нагруженная для сцепления.

Figure 2022-01-27 210328.pngFigure 2022-01-27 210350.png
Характеристика сцепления моментная ВАЗ(слева) и УАЗ(справа)

Figure 2022-01-27 210346.pngFigure 2022-01-27 210352.png
Характеристика скоростная и мощности рассеивания ВАЗ(слева) и УАЗ(справа)

Особо комментировать то и нечего. На барабане от УАЗа всё идеально. У ВАЗа — при моем режиме в целом сносно, но если слезать с мели — можно и пожечь.
Отдельно отмечу про преднатяг — момент начала срабатывания сцепления подбирается подбором пружин стягивающих колодки. Сильнее стянули — позже схватило.

Как это сделать?
Гениальность и простота сего изделия заключается в очень высоком уровне унификации с серийными запчастями автопрома. Чтоб сделать центробежное сцепление надо купить ступицу с цапфой в сборе, барабан, колодки, крепеж колодок и сопутствующую мелочь. Всё это не дорогое и его много — это гигантский плюс.
Что придется сделать: соединение ступицы с валом с одной стороны, а так же фланец на маховик с посадкой под цапфу. На этот же фланец навариваются кронштейны удержания колодок, направляющие колодок и места для установки прижимных пружинок(крайне обязательно).
Далее просто фото процесса. Думаю тут много индивидуально, умельцы смогут повторить в своём стиле.
2020-09-19 14-57-31.JPG 2020-09-26 16-46-26.JPG 2020-09-19 18-37-26.JPG
На момент первой сборки...

2021-08-17 17-40-01.JPG
Колодки спустя 130м/ч. Налипло какой-то грязи, но даже не притерлись.

2021-10-16 13-08-39.JPG
Боевая версия была со ШРУСовым валом.

По конструктиву из ответственных мест:
1) Колодки должны быть уплотнены на посадочных местах максимально плотно. У меня стоят и резинки в пальцах дополнительно и прижимные пружинки штатные. Если это не сделать из барабана на вибрациях звук совершенно ужасающий.
2) Обычная смазка подшипников EP2 не подходит — слишком густая — вал вращается через смазку. Мне было лень её менять — просто накапал трансмиссионки. Нагрузки на ступичный подшипник в таком режиме нет никакой по меркам ступицы.
3) То что я там наварил порой вызывает вопросы даже у меня, там дисбаланс и всё прочее…. Но когда я это делал мне надо было быстро попробовать, а потом я клялся заказать детали на резке и сделать красиво. До сих пор пробую))) Тем не менее никаких вибраций не прибавилось. То ли ровно получилось, то ли для мотора это не дисбаланс.
4) Конечно же пружинки преднатяга. Я готовился к геморрою с их подбором с самого начала. Но не получилось. Я поставил стандартные пружины от УАЗа в барабан от УАЗа и получил срабатывание где-то с 820 до полного зацепления на 950-1000об/мин на ошвартованном катере. Чётко как по расчётам.

Что же получилось?
А что хотел то и получилось. На холостых слышно только урчание мотора, включение реверса осуществляется с остановленным валом. И даже есть бонус — после некоторой сноровки я могу ходить и управляться на очень малых скоростях. Это крайне удобно при заходе на место стоянки и в шлюзах.

Из особенностей:
1) При переводе ручки реверса на холостые, обороты падают не мгновенно, валовая линия останавливается тоже не мгновенно. Поэтому резкие перекладки ручки реверса по-старинке могут сопровождаться пинком.
2) Скорость остановки валовой линии при сбросе оборотов на холостые зависит от густоты смазки в ступичном подшипнике и его зажатости. Стандартную смазку для ступицы туда совать не надо, надо подбирать что-то пожидче.
3) Перегреть это видимо вообще невозможно. Как я только не изгалялся — горячее, чем двигатель нагреть барабан я ни разу не смог. Обычно же он там просто теплый как воздух в МО.

Однако вне зависимости от этих нюансов ни при каких условиях пульсации момента не доходят на низких оборотах до шестерен редуктора. Ступичный узел даже когда передает вращение через смазку является «фильтром».

На настоящий момент лодка накрутила около 130 м/ч на сцеплении. Колодки даже не притерлись(разбирал смотрел в конце этого сезона), в ступичном узле люфтов нет.

Данную статью написал ни ради агитации, а как освещение сугубо частного технического решения и как исторический очерк, типа что так в принципе тоже делают. По данной теме реально мало информации, к сожалению.

П.С.: Для тех кто любит посчитать. Скрипт на питоне во вложении, надо: Python3 + numpy + matplotlib. Запускается даже на мобиле через Pydrid3 и строит графики, единственное - надо комментировать функции PlotTorq().show() или PlotFreqPwr().show() в зависимости от того какой график нужен, мобила два графика сразу не умеет, у меня во всяком случае. Параметры расчета в ини-файле, примеры ини так же в архиве.
 

Вложения

  • clutch.zip
    3.1 КБ · Просмотры: 76
Последнее редактирование:
Приветствую! Как я понял,борясь с вибрацией,вы заменили подушки дизеля TDME. На какие и кто производитель?
 
Приветствую! Как я понял,борясь с вибрацией,вы заменили подушки дизеля TDME. На какие и кто производитель?
Я в свое время описывал всё что делал https://boatclub.ru/forum/threads/ehkspluatacija-dizelej-tdme.5147/post-213712

Единственное у меня было три подушки: две газель бизнес + задняя - от кпп газели. По вибрации это был для меня идеальный вариант, но при установке сцепления заднюю подушку пришлось заменить на две газель бизнес. т.е. сейчас классический вариант с 4мя подушками.
 
П.С.: Для тех кто любит посчитать. Скрипт на питоне во вложении, надо: Python3 + numpy + matplotlib. Запускается даже на мобиле через Pydrid3 и строит графики, единственное - надо комментировать функции PlotTorq().show() или PlotFreqPwr().show() в зависимости от того какой график нужен, мобила два графика сразу не умеет, у меня во всяком случае. Параметры расчета в ини-файле, примеры ини так же в архиве.
Вот же засада, раньше эксель и маткад для продвинутых рассчетов, еще питон появился. Что непрограммисту с ним делать?
 
Вот же засада, раньше эксель и маткад для продвинутых рассчетов, еще питон появился. Что непрограммисту с ним делать?
В целом питон не совсем про программизм. Это больше в данном случае инструмент в стиле матлаба, только полностью бесплатен и легковесен.

Делать просто. На компе самое простое - поставить anaconda3 . К анаконде будет прилагаться приложение Spyder - там всё примитивно - открываете скрипт и запускаете, всё сразу получится. На мобиле(андройд) - надо скачать бесплатный Pydroid3.

В мобиле, по мне самый приемлемый вариант для большинства
Далее в распаковываем мой архив в папку на устройстве.
Screenshot_2022-01-28-11-11-04-902_ru.iiec.pydroid3.jpg
С помощью программы открываем clutch.py

Screenshot_2022-01-28-11-11-21-841_ru.iiec.pydroid3.jpg
Выдвигаем слева панель и выбираем там PIP. Здесь устанавливаем недостающие библиотеки numpy и matplotlib
Screenshot_2022-01-28-11-12-17-538_ru.iiec.pydroid3.jpg
После этого возвращаемся к скрипту и запускаем нажав желтый кружок со стрелочкой. Ждем, считает не быстро.
Screenshot_2022-01-28-11-20-23-213_ru.iiec.pydroid3.jpg
Чтоб посмотреть вывод программы - в выдвижной левой панели тыкнуть graphical program output
 
Данную статью написал ни ради агитации, а как освещение сугубо частного технического решения и как исторический очерк, типа что так в принципе тоже делают.
Скромность излишняя, строго логичный конструктив, простой и самодостаточный, точно в цель - не пустяк. Конечно цб сцепление уместнее здесь чем автовариант, и доп масса к маховику на пользу, и тд. Без расчётов можно было вполне обойтись - штатные нагрузки на узел явно выше порядком, но и они не во вред для тех кто сомневается.
Я бы и остальное на вашем катере посмотрел, подозревая интересные решения..
 
Скромность излишняя, строго логичный конструктив, простой и самодостаточный, точно в цель - не пустяк. Конечно цб сцепление уместнее здесь чем автовариант, и доп масса к маховику на пользу, и тд. Без расчётов можно было вполне обойтись - штатные нагрузки на узел явно выше порядком, но и они не во вред для тех кто сомневается.
Я бы и остальное на вашем катере посмотрел, подозревая интересные решения..
Без расчётов обойтись было нельзя. Я не хотел экспериментировать "на ветер". На момент когда я пытался решить свои проблемы я представлял как работает это сцепление только в общем, как и все кто о нем знает. А вот когда речь заходит о конкретных технических параметрах - тут уже не получится без расчетов. Мне надо было точно знать: "На каких оборотах сцепление начнет схватывать?" "Как влияет преднатяг и о каких цифрах идет речь?" "На каких оборотах сцепление полностью заблокируется в зависимости от нагрузки?" - не зная ответы на эти вопросы, браться за переделки и покупать детали и потом что-то из этого делать тратя кучу времени - я считаю глупо. Уж больно много шишек я набил на беспочвенных экспериментах. Расчет - всему голова!

Что касается решений на моем катере, я стараюсь избегать эксклюзива, но судно оно всегда индивидуальной постройки. "Будете у нас на Колыме - милости просим"(с), а так если что-то будет интересное нарисую статейку.
 
Что касается решений на моем катере, я стараюсь избегать эксклюзива, но судно оно всегда индивидуальной постройки. "Будете у нас на Колыме - милости просим"(с), а так если что-то будет интересное нарисую статейку.
С этим я согласен ;) Вы меня очень вдохновили на большие перемены)) Как я говорю зачастую - когда есть желание и море по колено)
 
Добрый! Хотелось бы по прошествии сезона узнать, как чувствует себя ваше центробежное сцепление? Живое ли, какие косяки вылезли и т д. Хочу повторить такую же конструкцию на основе УАЗа
 
Верх