Marine diesels mechanical charging driving improvement through overrunning-safety clutch application

Аннотация – Предложена новая конструкция обгонно-предохранительной муфты для приводов механического наддува судовых дизелей, работающей по принципу зацепления, где обгонная и предохранительная части муфты взаимно интегрированы. Получены выражения для вычисления номинального момента муфты, моментов начала и конца ее срабатывания, на базе которых найдены соотношения для оценки основных эксплуатационных характеристик муфты при работе в режиме перегрузки – коэффициентов превышения номинального момента, точности срабатывания и чувствительности.

Анотація – Запропоновано нову конструкцію кулькової обгінно-запобіжної муфти для приводів механічного наддуву суднових дизелів, що працює за принципом зачеплення, де обгінна та запобіжна частини муфти є конструктивно взаємно інтегрованими. Отримані вирази для обчислення номінального моменту муфти, моментів початку та кінця її спрацьовування, на базі яких отримано співвідношення для оцінки основних експлуатаційних характеристик муфти при роботі в режимі перевантаження – коефіцієнтів перевищення номінального моменту, точності спрацьовування та чутливості.

Annotation – Article deals with marine diesels mechanical charging driving protecting problem. On the base of marine diesel EMD 710G overrunning clutch construction analysis its disadvantages were highlighted. Main of them is the principle of working load transfer by friction forces. That is the reason of clutch skidding in operation and charging efficiency degradation. A new design of the safety-overrunning clutch for marine diesels mechanical charging driving, based on the principle of engagement is proposed. In new overrunning-safety clutch construction, which protected by patent, the overrunning and safety parts are mutually integrated. Clutch operations on the overrunning and overload modes are described. On the basis of ball acting forces on steady motion description expressions for its static balance are obtained. Those static balance expressions were the basis for coupling nominal working torque ratios receiving. On the next stage ball forces balance on the overload mode was analyzed. As a result of those stage studies expressions for calculating overload spring deformation, torques of the beginning and ending of its operation are obtained. On the basis of clutch nominal torque, torques of beginning and ending operation the ratios for assessing the main operational characteristics of the coupling when operating in overload mode are obtained - coefficients for exceeding the nominal torque, response accuracy and sensibility.

Trough the numerical modeling it is shown, that to increase clutch nominal torque is expedient to make semi-coupling slots with less tilt angles to coupling axe. When tilt angle α₁ semi-coupling slots to coupling axe is decreasing from 40º to 10º, coupling load capacity increasing totally in 5 times (working torque increasing from 3.13 N·m to 10.99 N·m). Due to the same response accuracy coefficient increasing on 22 % (from 1,29 to 1,58), exceeding the nominal torque coefficient increasing on 35 % (from 1,34 to 1,82), and sensibility coefficient increasing on 19,5 % (from 0.41 to 0.49).