-2-
0ГЛАВ/1ЕНИЕ
СТР.
Введение ....... ........................................... б
Глава 1. Обзор существующих конструкций автомотрис
с клинорененными передачами ........................... 11
1.1. Путевые машины отечественного и зарубежного
производства........................................... 11
1. 2. Колебательные процессы в клиноременных передачах автомотрис................................................ 23
1.2.1. Классификация сил колебательных процессов приводов клиноременных передач автомотрис.................. 23
1.2.2. Виды колебаний эленентов привода и их Физическая природа............................................. 25
1.2.3. Теоретические и экспериментальные методы определения величины динамических нагрузок в клиноре-менных передачах автомотрис.............................. 29
1.2.4. Методы снижения динамических нагрузок в приводах..................................................... 32
1. 3. Условия работы клиноременных передач автомотрис....................................................... 34
1.4. Выводы и задачи исследования........................ 37
Глава 2. Динамические нагрузки в клиноременных переда-
; ) чах автомотрис........................................... 42
2. 1. Динамическая модель привода и передаточная
Функция................................................ 42
2. 2. Амплитудно-частотная характеристика клиноременных передач автомотрис................................ 48
-.1*
-3-
2. 3. Определение резонансных зон колебаний элементов привода клиноременных передач автомотрис........... 50
2.4. Выводы..........................................^ 61
Глава 3. Экспериментальные исследования клиноременных передач автомотрис........................................ 63
3.1. Технологические погрешности элементов привода.. 63
3. 2. Средства и методы экспериментальных исследований.................................................... 67
3. 3. Подготовка объектов привода к исследованиям. . . 68
3. 4. Стенд для исследования вибросостояния компрессора...................................................................................... 72
3. 5. Экспериментальное исследование динамического
крутящего момента и напряжения изгиба.................. 73
3. 6. Экспериментальное исследование вибросостояния
клинорененных передач автонотрис....................... 88
3.7. Экспериментальное исследование кпд клиноременных передач автонотрис............................. 108
3. 8. Исследование напряженного состояния клиновых ремней привода компрессора и вспомогательного генератора.................................................. 114
3. 9. Экспериментальное исследование колебания ремней клиноременных передач автомотрис.................. 121
3. 10. Выводы......................................... 125
Глава 4. Разработка предложений по обеспечению надежности и долговечности клиноременных передач автонотрис................................................... 128
4.1. Анализ результатов проведенных исследования... 128
-4-
4.2. Конструктивные доработки клиноременных передач.. 132
s
4.2.1. Опорный узел...................................... 132
4. 2.2. замена резиновых прокладок на резинометаллические амортизаторы...................................... 137
4. 3. Технологические доработки клинорененных передач...................................................... 139
4. 3. 1. Измерительное приспособление..................... 139
4.3.2. Приспособление для установки компрессора 142
4. 3. 3. Балансировка шкивов.............................. 143
4. 3. 4. Устройство для предварительной вытяжки
ремней.................................................... 146
4. 4. Мероприятия по обеспечению надежности и долговечности клиноременных передач автомотрис............. 149
5. Обшие ВЫВОДЫ.......................................... 152
6. Список литературы...................................... 154
7. Приложения............................................. 161
Приложение 1. Участки контуров ремней клиноременных
передач автомотрис........................................ 161
Приложение 2. Результаты измерений технологических
погрешностей элементов клиноременных передач
автомотрис................................................ 162
Приложение 3. Электрическая схема вибростенда.............. 167
Приложение 4. Номограмма У. кер. Вильсона.................. 168
Приложение 5. Результаты исследования вибросостояния
элементов привода клинорененных передач автомотрис.. 169
Приложение б. Технологические приспособления............... 174
Приложение 7. Программа и методика исследования дина-
мических нагрузок в клиноременных передачах автомотрис................................................ 175
-5-
Приложение 8. Программа и методика исследования вибрационных нагрузок в клиноременных передачах автомотрис...................................................... 178
Приложение 9. Акт внедрения диссертационной работы
на предприятии............................................ 181
Приложение ю. акт внедрения диссертационной работы
в учебном заведении..................................... 182
-6-
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Надежность и долговечность различных изделий в условиях действия динамических нагрузок обусловлены высокими прочностными характеристиками элейентов этих механизмов, что в значительной степени относится к подвижному составу железнодорожного транспорта.
Работоспособность автомотрис определяется четким и слаженным взаимодействием всех звеньев цепей и систем данного изделия. В состав некоторых таких систем (тормозной и электрической) входят механизмы, привод которых осуществляется клиноременной передачей и характеризуются выполнением ответственных Функций. Нарушение работоспособности привода может привести к таким серьезным последствиям, как срыв графика движения поездов и создание аварийных ситуации на железных дорогах.
В процессе эксплуатации автомотрис клиноременные передачи оказались слабым звеном как в тормозной, так и в электрической системах. Результаты проведенных наблюдений работоспособности автомотрис типа АС4 представлены в табл.
Таблица
Статистические данные выхода из строя элементов привода клиноременных передач автомотрис
Объект исследо- вания Характер дефекта Заводской объекта исследования Наработка до наступления отказа, ч.
Привод Износ ремней 3. 6. 11. 12. 17.
компрес- 20. 21. 22. 24. 460... 1491
сора 26. 31. 32. 35. •
•Л.ЇГ *'5»й'Л4>' -Л»
-7-
Продолжение таблицы
Поломка шлицев торсионного и шлицевого валов 22 24 24 31 560 2200 1559 3026
Излом ТОРСИОННОГО 12 2015
вала 6414
Привод 20 1712
конпрес- 21 1003
сора 22 1619
31 2015
Выход ИЗ СТРОЯ И 1898
подшипников 12 849
6414
20 2200
21 . 1003
22 580
31 4637
5297
Привод Износ ремней 3, в, И, 12,
вспомо- 17.20,21.22, 946. . . 1712
гатель- 24, 26. 31. 32,
ного ге- 35.
нератора поломка вала 12 85
генератора 20 116
22 98
31 196
35 219
-8-
На других модификациях автомотрис, где применяются такие
►у «4 '-."Г**, ■
передачи, в процессе их работы появляются аналогичные дефекты в течение относительно небольшого периода работы привода.
Кроме того, на всех автомотрисах наблюдается высокий уровень вибрационных колебаний главной рамы автомотрисы, вызванных рабочим процессом поршневого компрессора. Эти колебания распространяются по всей конструкции машины и превышают установленные нормы.
Относительно низкий ресурс эленентов привода обуславливает необоснованные экономические затраты на приобретение и замену вышедших из строя деталей, а также связанные с этими работами простои автомотрис.
Повышение надежности и долговечности привода позволит производить своевременные профилактические работы железнодорожного пути, обеспечивая тем самым безопасность движения поездов. Поэтому исследование работоспособности клиноремен-ных передач, оценка их прочности с точки зрения динамических нагрузок является актуальной задачей для автомотрис.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование работоспособности привода клиноременных передач автомотрис в условиях действия динамических нагрузок.
Задачи исследований:
- выявление резонансных зон изгибных колебаний опорных кронштейнов компрессора и вспомогательного генератора, крутильных и изгибных колебаний валов механизмов привода, поперечных колебаний клиновых ремней, вибрииионных колебаний компрессора и вспомогательного генератора;
- установление влияния деформации изгиба, обусловленной
-9-
предварительным натяхением ремней, на изгибные колебания валов механизмов клиноременных передач;
- определение; а) динамического крутящего момента и напряжения от изгиба валов механизмов клиноременных передач автомотрис, б) вибросостояния (вибросмешение и виброуско-рение) элементов привода:
- выявление вида колебаний валов механизмов, находящихся при совместном действии деформации от кручения и изгиба, оказывающих превалирующую роль в снижении срока службы кли-ноременных передач автомотрис;
- определение поперечных колебаний и напряжений в клиновых ремнях.
методы исследований, в данной работе применяются: теория колебаний, нетоды электротензометрии и вибронетрии. метод наименьших квадратов, теория прочности и др.
Научная новизна, научная новизна работы заключается в установлении:
- резонансных зон колебаний элементов привода клиноременных передач автомотрис путем аппроксиникаиии колебательной системы с одной степенью свободы;
- действия статической нагрузки, обусловленной предварительным натяжением ремней, на возникновение деформации от изгиба и изгибных колебаний валов механизмов привода;
- зависимости динамической нагрузки элементов клиноременных передач от частоты вращения вала приводного механизма и скорости движения автомотрисы;
- превалирующей роли изгибных колебаний валов на возникновение динамических нагрузок в клиноременных передачах автомотрис при совместном действии изгибных И КРУТИЛЬНЫХ
-ю-
I.
колебаний;
- зависимости амплитуды колебаний ветвей ремня от действия изгибных и вибрационных колебаний элементов передач
"м* “ • ч.’лл’л .V» >Г- ......
и их влияния на напряжения в ремнях.
Практическое значение работы определяется;
- повышением надежности и долговечности автомотрис в
1. 8.. . 2. 2 раза;
- изготовлением новых типов автомотрис с повышенной прочностью клиноременных передач;
- введением результатов исследований в учебную программу дисциплины "Монтаж, ремонт, наладка и эксплуатация локомотивов" средних специальных учебных заведений.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были доложены на семинарах и заседаниях кафедры ‘Детали машин’ НГОУ с 1996 по 1999 г.. а также опубликованы в 3-х научных статьях.
-11-
ГЛАВА 1
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОТРИС С КЛИНОРЕМЕННЫМИ ПЕРЕДАЧАМИ
1.1. Путевые машины отечественного и зарубежного производства.
Предприятиями транспортного машиностроения России выпускается широкая гамма путевых машин железнодорожного транспорта различного назначения. Среди основных видов таких машин ножно отметить следующие [65):
-выправочно-подбивочно-рихтовочные типа ВПР-1200,
ВПРС-500. Р-2000 (производство ОАО "Калугапутьмаш"). Первые две машины предназначены для выправки, рихтовки и подбивки железнодорожного пути; последняя машина выполняет операции только по выправке и рихтовке пути. Изделия указанных типов обеспечивают выезд самоходом к месту работы и самостоятельное передвижение в процессе выполнения рабочих операций;
-балластно-уплотнительная типа БУМ производит уплотнение балластной призмы в междушпальных промежутках и с торцевой стороны шпалы с целью стабилизации железнодорожного пути после выправочно-подбивочных операций. Работает БУМ в одном технологическом комплексе с машинами ВПР-1200 и ВПРС-500;
-пассажирская автодрезина типа АУ (ОАО "Тихорецкий машиностроительный завод") предназначена для перевоки рабочих-путейиев к месту их работы; .
-универсальная дизельная монтажная автомотриса типа АДМ и мотовоз погрузочно-транспортный типа МПТ используются при монтаже и ремонте контактной сети, а также при погрузочных работах на железнодорожной транспорте.
Аналогичные путевые машины выпускаются и на других
-12-
предприятиях страны данной отрасли промышленности.
На железных дорогах России также находят применение путевые машины зарубежного производства, например чешского (АО "МПХ Прага'). Грузовая автодрезина типа 'Дельта* предназначена для перевозки рабочих и транспортировки прицепов; путевой стабилизатор типа ВК/1 400. 1 -для стабилизации щебеночного ложа после подбивки шпал. Необходимый контроль, измерение и запись состояния конструкционного расположения и геометрическое положение колеи осуществляет измерительная дрезина типа ИД.
Рабочая моторная дрезина типа МТ-С - механизированное средство для строительства, содержания и проверки контактной сети, а шебнеочистительная машина типа СЧ-400 используется при очистке шебня по всену профилю балластной призмы.
Лидирующее место по выпуску путевых машин занимает Австрийская фирна "Пляссер и Тойрер". На выставке RAIL-21 в Амстердаме эта Фирна представила новинку нирового класса-образец шебневсасываюшей машины типа VM 50 YUMBO, предназначенная для выемки различных материалов в зоне пути без предварительного демонтажа рельсошпальной решетки.
Фирма поставила в 37 стран мира 320 выправочно-подбивоч-ных машин непрерывного действия типа О. 9-GSM.
Машиностроительные Фирмы и компании США поставляют широкий выбор машин и оборудования для замены шпал:
-Фирма Caterpillar Inc выпускает экскаватор для замены
I
одиночных шпал;
-компания ESCO Equipment Servise СО изготавливает шпальные клешевые захваты для кранов, обеспечивающие надежный зажим шпал;
-13-
-комплект техники для механизации замены шпал выпускает Фирма Fairmont Railway Motors.
в последние годы появилась потребность в обеспечении железных ДОРОГ России более мошной и современной путевой техникой. выполняющей различные Функции. Решая эту задачу на ОАО “Людиновский тепловозостроительный завод“ В 1993 ГОДУ освоен выпуск служебных автомотрис типа АС4 (рис. 1.1), предназначенных для доставки работников железнодорожного транспорта с необходимым инструментом к месту их работы и обеспечения энергоснабжения сварочных аппаратов для производства сварочно-наплавочных работ.
Автомотриса представляет двухтележечный четырехосный самоходный вагон с двумя кабинами управления, машинным отделением и салоном.
На базе автомотрисы типа АС4 заводом также выпускаются: -мини дизель-поезда типа МДП. которые используются для перевозки пассажиров пригородного сообшения. Четыре модификации данных изделий предоставляют возможность выбора оптимального варианта в зависимости от различных условий эксплуатации и напряженности пассажиропотока, в состав мини дизель-поездов входят:
МДПI-автомотриса типа АП4А с одной кабиной управления и вагона с кабиной управления типа ВП4А;
МДпг-две автомотрисы типа AJ14A;
мдпз-две автомотрисы типа АП4А и вагона типа ВП4:
МДП4-две автомотрисы типа АП4А и два вагона типа ВП4; -рельсосмазывательная машина типа РСН1-осуществляет смазку рельсов на кривых участках железнодорожного пути, в отличие от автомотрисы, здесь имеется отделение для подготов-
ШИ"ЯВ шшиг
ИЗ 1йБ"£Ш Л7ТТГ Г|Нп|.
1ГГ-1
.£2
аг
I: 'Щ ;н IIIШI
МДП1
МДП 2
» »■
МДИЗ
Рис. 1. 1. Основные виды автомотрис, выпускаемые ОАО "Люди-новский тепловозостроительный завод".
-15-
ки и подачи смазки на рельсы.
в машинном отделении перечисленных выше автомотрис расположено силовое и вспомогательное оборудование. Практический интерес в данном случае представляют механизмы, привод которых осуществляется клинорененной передачей. Такими механизмами являются: поршневой компрессор типа ВВ1 ■ 75/0, 9-1100. предназначенный обеспечивать сжатым воздухом песочную и тормозную систему автомотрисы: вспомогательный генератор типа Г263А. обеспечивающий зарядку аккумуляторных батарей. На мини дезель-поездах МДП имеется дополнительный такой генератор для освещения вагона.
Клиноременная передача привода компрессора (рис.1.2.) включает в себя: приводной механизм- дизель 1 типа ЯМ3240Д, установленный на главной раме автомотрисы на четырех резинометаллических амортизаторах 2 типа АКСС400; исполнительный механизм - поршневой компрессор 3 типа ВВ1, 75/9-1100. расположенный жестко на опорном кронштейне главной рамы; натяжное устройство 4: клиновые ремни 5 сечением В(Б)-2120 в количестве 4-х ШТУК.
Следует также отметить, что конструкцией дизеля не было предусмотрено расположение ведущего шкива привода компрессора. В связи с этим заводом-изготовителем автомотрис были проведены следующие конструктивные доработки шлицевого вала в сборе дизеля (рис.1. 3.). к торцу ведущего шкива гидромуфты дизеля 1 специальной втулкой 2 и шестью шпильками 3 был прикреплен ведущий шкив привода компрессора 4. однако в результате этих доработок шишевый вал 5 и торсионный вал б. а также шариковые подшипники 7 и 8 окаэазались под действием дополнительных нагрузок.
Рис. 1.2. Привод компрессора автомотрисы.
Вспомогательный генератор (исполнительный механизм)
Г263А 1.установленный на верхней полке двутавровой балки главной раны автомотрисы (рис. 1.4. ), предназначен для зарядки аккумуляторных батарей. Освещение вагона мини дизель-поезда осуществляется другим вспомогательным генераторон 2. расположенным на нижней полке двутавровой балки. Эти генераторы приводятся во врашение двумя клиновыми ремнями 3 сечением Л от приводного механизма (дизель ЯН3240Д 4). длина ремней
- Київ+380960830922