Видеоканал РЦИТ на YouTUBE


Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru


Статьи технической тематики из периодических изданий
«Регионального Центра Инновационных Технологий»
ДИНАМИЧЕСКОЕ НАГРУЖЕНИЕ
КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ОТ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
ОСТОВА ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ


А.Г. Андриевский, Е.А. Чабан
Красноярский институт железнодорожного транспорта
филиал Иркутского государственного университета путей сообщения, Красноярск, Россия

ДИНАМИЧЕСКОЕ НАГРУЖЕНИЕ
КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ОТ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
ОСТОВА ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

   Приведен краткий анализ отказов и повреждений кожухов зубчатой передачи электровозов ВЛ80 приписки Красноярской дирекции тяги, возникающих в условиях эксплуатации и имеющих усталостный характер происхождения. Обозначена проблема влияния крутильных колебаний остова тягового двигателя как источника дополнительного динамического нагружения кожуха зубчатой передачи. Приведена амплитудно-частотная характеристика крутильных колебаний остова тягового двигателя. Определены уровни величин динамических моментов, действующих на кожух зубчатой передачи при крутильных колебаниях тягового двигателя и вызывающих дополнительную динамическую нагрузку.

   Кожух тяговой зубчатой передачи (КЗП) является сварной корпусной конструкцией (рис. 1), которая выполняет функцию защиты зубчатых колес от внешних воздействий, при этом нижняя разъемная часть кожуха используется как резервуар для размещения запаса смазочного масла [1]. Повреждения КЗП, возникающие при их эксплуатации, приводят к преждевременному отказу. КЗП является одним из наиболее часто повреждаемых элементов механической части локомотива. По данным филиала «Восточно-Сибирский» ООО «ЛокоТех-Сервис» за 2016 год количество выявляемых повреждений кожуха составляет более 60% из всех выявленных повреждений [2, 3].


Рис. 1. Металлический кожух тягового редуктора электровоза ВЛ80:
1 – верхняя половина; 2 – нижняя половина; 3 – кронштейн кожуха;
4 – бобышка кожуха; 6 – масленка; 7 – масломерная трубка

   Основные повреждения КЗП, возникающие при эксплуатации локомотива (рис. 2): обрыв полукольца по сварному шву большой и малой горловин; излом скобы крепления кожуха; трещины в сварных швах и основном металле стенки кожуха; трещины и пробои желоба кожуха; трещины и обрыв кронштейна крепления кожуха. 


Рис. 2. Повреждения ЗП:
а) –трещины в основном металле стенки кожуха;
б) –излом кронштейна крепления кожуха

   Более 80 % повреждений выявляются в виде трещин в сварных швах, основном металле стенки и других элементах кожуха (рис. 3). При этом механические повреждения корпуса КЗП часто возникают при отсутствии следов удара, что свидетельствует об их усталостном характере происхождения.


Рис. 3. Распределение отказов кожухов тяговых редукторов
электровозов ВЛ80 по причинам неисправностей

   Основное количество отказов кожухов происходит в зимне-весенний период, для которого характерны следующие особенности эксплуатации пути, а, следовательно, и электровозов [3, 4, 5]: повышенная жесткость пути по сравнению с летним периодом времени; развитие сезонных деформаций пути, вызывающих дополнительные динамические нагрузки; наличие намерзшего снега внутри рельсовой колеи; рост протяженности участков пути с волнообразным износом рельсов.
   Применение КЗП на тяговом подвижном составе накладывает определенные технические требования к его массогабаритным показателям. Тяговый редуктор является элементом тягового привода, который необрессорен и его вес передается непосредственно на ось колесной пары, при этом, чем больше необрессоренная масса, тем значительнее проявляют себя динамические нагрузки, возникающие при движении по неровностям пути. С точки зрения прочности к кожуху предъявляются следующие требования: конструкция кожуха должна выдерживать ударные нагрузки и обеспечивать запас прочности при действии циклических динамических нагрузок.[1]
   КЗП подвержен переменным динамическим нагрузкам, которые передаются от остова двигателя через болтовые крепления кожуха, и способствуют возникновению отказов, связанных с усталостными повреждениями.
   В процессе эксплуатации пути опорная поверхность головки рельсов претерпевает геометрические изменения, вызванные различными причинами [4]: просадка пути, износ рельсов, наличие стыков и пр. Вследствие чего качение колеса происходит с вертикальными перемещениями, которые возбуждают колебания всех подрессоренных масс. В случае движения локомотива по участку пути с волнообразным износом рельсов возможно совпадение частоты собственных колебаний привода с частотой прохождения неровностей. В результате могут развиться резонансные колебания большой амплитуды, вызывающие дополнительные динамические нагрузки на элементы тяговых двигателей.[3]
   Для оценки экипажа или его узлов как динамической преобразующей системы используют амплитудные и фазовые частотные характеристики, определяющие собой реакцию на кинематические возмущения при прохождении колесными парами неровностей пути [1]. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) дает возможность определить реакцию системы на внешнее возмущение и, следовательно, определить дополнительные возникающие нагрузки, сопровождающие колебательный процесс.


Рис. 4. Амплитудно-частотная характеристика
крутильных колебаний корпуса двигателя

   На рис. 4 приведена АЧХ крутильных колебаний корпуса двигателя НБ418К6, жесткость подвески двигателя к раме тележки была принята 104 Н/м. Согласно полученной зависимости (рис. 4) максимальное значение амплитуды крутильных колебаний корпуса двигателя возникает при условии возникновения резонанса, когда отношение частоты собственных колебаний к частотам возмущения от неровностей пути равно единице (m= 1).
   Уровень инерционных динамических нагрузок, действующих на КЗП при крутильных колебаниях корпуса тягового двигателя, зависит прямо пропорционально от углового ускорения двигателя. Если угловые ускорения кожуха и корпуса тягового двигателя считать одинаковыми, то динамические моменты, действующие на КЗП для различных значений отношения частот μ будут иметь зависимости, показанные на рис. 5. Из полученных зависимостей (рис. 5) видно, что при μ≤ 1, когда подъем (спуск) колеса по неровности пути сопровождается одновременным поворотом корпуса тягового двигателя, колебания корпуса происходят синфазно и возникающий динамический момент не имеет значимой величины. При μ> 1 прохождение неровности и колебания корпуса происходят в противофазе, уровень возникающего динамического момента составляет 2,55 кН×м.


Рис. 5. Динамические моменты на кожухе зубчатой передачи
 от крутильных колебаний корпуса двигателя

   При условии резонанса m= 1 уровень динамического момента, действующего на КЗП от крутильных колебаний корпуса двигателя, имеет наибольшее значение 4,25 кН×м. Изменение величины динамического момента имеет ассиметричный цикл r = -1, что является неблагоприятным с точки зрения усталости материала и его сопротивления усталостным разрушениям.
   При движении электровоза по периодическим неровностям пути элементы тягового двигателя, в частности КЗП, испытывают дополнительное динамическое нагружение. В этом случае на напряжения от статических и квазистатических нагрузок (сил веса, центробежных сил, тяговых или тормозных сил) накладываются переменные напряжения от нагрузок, которые связаны с колебательными процессами. Чем больше амплитуды и частоты этих нагрузок, тем быстрее наступает усталость материала и, как следствие, возникновение отказа. Таким образом, анализ динамики реальной нагруженности элементов конструкций железнодорожного транспорта является важнейшим этапом в комплексе мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации электровозов.

Библиографический список

   1. Бирюков И.В. Механическая часть тягового подвижного состава / И. В. Бирюков, А. Н. Савоськин, Г. П. Бурчак; под ред. И. В. Бирюкова. – М.: Транспорт, 1992. – 440 с.
   2. Андриевский А.Г. Кожух зубчатой передачи локомотива с виброзащитным креплением к тяговому двигателю/ А.Г. Андриевский// Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: Материалы IV всероссийской научно-технической конференции с международным участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2018. – С.61 - 65.
   3. Андриевский А.Г. Усиление конструкции кожуха тяговой зубчатой передачи грузовых электровозов Восточного полигона/ А.Г. Андриевский//Образование – Наука – Производство: Материалы Всероссийской науч.-практ. конф., 7 декабря 2018 г. – Чита: ЗабИЖТ ИрГУПС, 2018. – Т.1. – С.7 - 11.
   4. Чабан Е. А. Планирование путевых работ на основе анализа отступлений геометрии рельсовой колеи / Е. А. Чабан, Д. А. Науменко, Хан В. С. // Теоретические и прикладные исследования в области естественных, гуманитарных и технических наук: Всерос.науч.-практ. конф. (Прокопьевск, февраль 2016 г.): сб. науч. тр.– Прокопьевск, 2016. – С. 125 - 130.
   5. Дульский Е.Ю. Проблема надежности кожухов зубчатой передачи электровозов серии «Ермак» / Е.Ю. Дульский, И.О. Лобыцин, Е.А. Милованова, П.Ю Иванов. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2018 №4 (60). – Иркутск: ИрГУПС. С. 87-92.


А.Г. Андриевский, Е.А. Чабан
Красноярский институт железнодорожного транспорта
филиал Иркутского государственного университета путей сообщения, Красноярск, Россия
ДИНАМИЧЕСКОЕ НАГРУЖЕНИЕ КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ОТ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ОСТОВА ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ