WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Колесников Игорь Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ ВАГОНОВ

05.02.04 — Трение и износ в машинах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Челохьян Александр Вартанович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кохановский Вадим Алексеевич;

кандидат технических наук, доцент

Замыцкий Александр Алексеевич.

Ведущее предприятие: Институт машиноведения

им. А.А. Благонравова РАН.

Защита состоится « 9 » апреля 2009 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 при Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПС) по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан « 5 » марта 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор И.М. Елманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее распространенных способов соединения трубопроводов, работающих под давлением разнообразных машин и механизмов, являются резьбовые соединения. При наличии в процессе работы вибраций такие узлы подвергаются изнашиванию, что приводит к потере герметичности. Характерным примером данных трубопроводов является тормозная магистраль железнодорожного подвижного состава, сборка резьбового соединения которой осуществляется с использованием традиционной технологии применения резьбовых муфт при уплотнении железным суриком и моченой трепаной пенькой.

Работоспособность тормозной системы, эксплуатационные показатели работы тормозов и, как следствие, безопасность движения во многом зависят от герметичности. Следствием интенсивного динамического воздействия подвижного состава на элементы трубопроводов тормозной магистрали является разрушение материалов, герметизирующих резьбовые соединения, и появление утечек воздуха. Опыт эксплуатации подвижного состава показывает, что после введения в эксплуатацию или очередного ремонта вагона уже через 7 месяцев наблюдается интенсивный рост количества утечек через резьбовые соединения. В результате снижается герметичность тормозной системы до 20 %, а после года эксплуатации неплотности имеет уже основная часть соединений.

Сложность изучения вопросов таких трибосистем обусловлена тем, что относительные перемещения контактируемых тел чрезвычайно малы и, несмотря на заметные достижения в этой области, отсутствуют как методы диагностики узлов трения при микроперемещениях, так и достаточно эффективные способы повышения их износостойкости.

В связи с этим представляется актуальным разработать как методы диагностики, так и обобщённые теоретические модели, позволяющие определять причины разрушения резьбовых соединений и повышать их долговечность.

Целью работы является выявление причин отказов трубопроводов тормозной магистрали подвижного состава, определение механизма изнашивания резьбовых соединений; разработка на этой основе методов прогнозирования состояния уплотняющего материала с учетом изменения его физико-механических свойств и разработка способов повышения износостойкости резьбовых соединений трубопроводов, находящихся под давлением.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. методами моделирования и планирования эксперимента проведён комплекс испытаний резьбовых соединений тормозной магистрали подвижного состава и на этой основе создана физико-математическая нелинейная модель трения при фреттинг – коррозии, выявлены константы подобия как для механической части, так и нелинейного фрикционного контакта резьбовых соединений тормозной магистрали подвижного состава; определены значения физических параметров модельного эксперимента, что позволило получить критерий фреттингообразования резьбовых соединений при наличии в узле трения третьего тела;
  2. на базе комплексного исследования и научного обобщения полученных результатов обеспечена возможность оценки текущего состояния герметизирующего материала трибосопряжения резьбовых соединений тормозной магистрали подвижного состава, его упруго-диссипативных и адгезионных характеристик, прогнозирования его остаточного ресурса.
  3. сформирована база данных триботехнических и трибоспектральных характеристик резьбовых соединений с использованием уплотняющего материала, основанная на результатах исследований, проведенных с применением методики трибоспектральной идентификации, что позволяет фиксировать соотношение внешнего и внутреннего трения в трибосопряжении;
  4. на основе анализа априорной информации, метода экспертных оценок и результатов лабораторных исследований определены требования к диссипативным свойствам уплотняющих материалов, обеспечивающие устранение условий образования фретинг-коррозии в резьбовом соединении.

Практическая ценность. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования послужили научной основой для разработки способа повышения герметичности резьбовых соединений трубопроводов, работающих под давлением до 10 атмосфер, создания рецептуры полимерного герметизирующего материала МБ-АПП и технологии его применения при техническом обслуживании и ремонте подвижного состава, обеспечивающего ремонтопригодность резьбовых соединений трубопроводов тормозной магистрали. Исследования завершены разработкой технологии реновации резьбовых соединений тормозной магистрали подвижного состава (возможности многократных повторных операций сборки-разборки указанных соединений при техническом обслуживании и ремонте: до десяти раз без повторного нанесения уплотняющего материала).

Реализация работы. Опытно – промышленная проверка и внедрение разработанной технологии реновации изношенных поверхностей трубопроводов тормозных магистралей подвижного состава осуществлены в локомотивном депо ст. Минеральные Воды. Эксплуатационные испытания показали эффективность предложенного способа повышения плотности и долговечности резьбовых соединений тормозной сети подвижного состава. Рекомендованная технология принята к внедрению на сети депо Северо-Кавказской железной дороги.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили положительную оценку: на международной конференции в г. Брянске «Состояние и перспективы развития дорожного комплекса» в 2001 г.; международном симпозиуме по транспортной триботехнике «ТРАНСТРИБО-2005» в г. Санкт-Петербурге; заседаниях кафедр «Транспортные машины и триботехника», «Теоретическая механика» РГУПС в 2001–2008 гг.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 научных работ, в т.ч. 3 публикации в изданиях, утверждённых в ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, изложенных на 148 страницах, из них 128 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 35 рисунков, библиографии в количестве 133 наименований, общих выводов и 4 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности изучаемой проблемы, изложены сущность и постановка цели исследования. Приводятся основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ теоретических и экспериментальных исследований изнашивания резьбовых соединений трубопроводов, работающих под давлением, на основе работ Гаркунова Д.Н., Глушко М.И., Гребенюк П.Т., Макушкина А.П., Крагельского И.В., Михина Н.В., Гороховского Г.А., Микитянского В.В., Филимонова Г.Н., Голего Н.Л. и др.

Работоспособность тормозной системы, эксплуатационные показатели работы тормозов и, как следствие, безопасность движения, во многом определяются ее герметичностью. Авторами этих исследований отмечается неблагоприятное воздействие утечек в пневмосистеме поезда на работу тормозов, возникновение перепада давлений по длине магистрали, приводящее к снижению управляемости тормозными средствами и эффективности воздействия зарядного давления на отпуск тормозов.

Представленный в работе анализ исследований процессов изнашивания и методов повышения долговечности резьбовых соединений, работающих в условиях воздействия вибраций и знакопеременных нагрузок, показал, что появление утечек в процессе эксплуатации связано как с износом резьбового соединения в целом, так и с разрушением герметизирующих материалов.

Износ или потеря герметичности резьбового соединения тормозной сети вагонов, возникающие в процессе эксплуатации, приводят к снижению безопасности движения, продолжительности межремонтного цикла и энергетическим потерям. Традиционные способы уплотнения и повышения долговечности резьбовых соединений трубопроводов, работающих под давлением, не обеспечивают их герметичности при воздействии вибраций, что обусловливает актуальность решения этих вопросов. В большинстве случаев, повышение долговечности и герметичности таких соединений достигается за счет увеличения их стоимости и значительного усложнения конструкции и технологии сборки.

Одной из наиболее частых причин разрушения резьбовых соединений в этих условиях является фреттинг-коррозия. На ее развитие, в совокупности, оказывают влияние более 50 факторов, наиболее значимыми из которых являются: амплитуда относительных перемещений, частота колебаний, условия нагружения, температура и влажность окружающей среды и ее коррозионная активность, твердость, микрогеометрия контактирующих поверхностей и др.

Необходимо проведение исследований, направленных на изучение влияния амплитуды колебаний, частотных характеристик, коррозионной активности среды и материала уплотнителя на работоспособность и долговечность резьбовых соединений трубопроводов, находящихся под давлением и подверженных вибрациям и разработку метода повышения герметичности и долговечности соединения.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

  1. устанавливалось влияние условий эксплуатации на долговечность резьбовых соединений трубопроводов, работающих под давлением, на примере тормозной сети вагонов, анализировались факты появления утечек, исследовались причины и механизм их образования;
  2. разрабатывалась физико-математическая модель трибосистемы трубопровода тормозной системы подвижного состава, позволяющая проводить оценку состояния её упруго-диссипативных и адгезионных характеристик;
  3. разрабатывались методы определения адгезионных характеристик различных уплотнителей резьбовых соединений с использованием ИК-спектроско­пии;
  4. разрабатывались рекомендации по повышению надёжности резьбовых соединений тормозных магистралей подвижного состава, способы определения и повышения адгезионной прочности и методы управления фрикционными свойствами модельной трибосистемы «втулка–муфта»;
  5. устанавливались величины диссипативных потерь фрикционно-механичес­кой модельной трибосистемы «втулка–муфта» с использованием методики трибоспектральной идентификации;
  6. разрабатывались способы реновации существующих резьбовых соединений трубопроводов, работающих под давлением до 10 атмосфер, на примере тормозной системы вагонов; определялась в условиях эксплуатации работоспособность рекомендуемых уплотняющих материалов резьбовых соединений тормозной магистрали подвижного состава.

Во второй главе проведено исследование влияния динамического нагружения и окружающей среды на долговечность резьбовых соединений.

Выполнен анализ традиционной технологии сборки резьбовых соединений трубопроводов тормозной магистрали подвижного состава, работающей под давлением. Как правило, соединения собираются с использованием льняной пряди по ГОСТ 10330-76 или моченой трепаной пеньки отборного сорта ГОСТ 10379-76, пропитанных суриком железным по ГОСТ 8292-85 или белилами цинковыми по ГОСТ 482-77. Как показали испытания соединений на станциях СКЖД (Батайск, Лихая и Каменоломни) на каждый вагон приходится 2–3 соединения с утечками сжатого воздуха, причём на соединения тормозных рукавов приходится около 73 % утечек, на пополнение которых из сети расходуется более 70 % воздуха, вырабатываемого компрессорами локомотива. Несмотря на наличие исследований, посвященных повышению плотности резьбовых соединений трубопроводов, механизм разрушения таких сопряжений изучен недостаточно. Анализ условий эксплуатации показывает, что наиболее вероятной причиной изнашивания резьбовых соединений является фреттинг-коррозия, возникающая в результате воздействия вибрации при движении поезда, изнашивания резьбы, разрушения уплотняющего материала.

Из выполненного анализа следует постановка задачи выбора материала для уплотнения резьбового соединения трубопроводов тормозной сети вагонов, обладающего высокой адгезией к стали и хорошими демпфирующими свойствами.

Исследовать работоспособность резьбовых соединений трубопровода тормозной магистрали подвижного состава, установить причины возникновения фреттинг-коррозии и снижения долговечности соединений, найти требуемый уплотняющий материал, предотвращающий образование фреттинга, в эксплуатационных условиях сложно. Была создана физико-математическая модель исследуемого трибосопряжения, которая отражает основные динамические свойства системы.

Так как общее число факторов, влияющих на процессы трения в трибосопряжении, насчитывается более 50, то методом экспертных оценок выполнено ранжирование факторов по степени их значимости. Методика физико-математического моделирования состоит из трех частей:

  1. динамическое подобие механических систем;
  2. динамическое подобие узла трения;
  3. подобие узла трения на основе анализа физических параметров.

В первой части на основе анализа дифференциальных уравнений движения были выведены критерии подобия динамической системы. Условием динамической эквивалентности исходной и приведенной систем является равенство величин кинетической и потенциальной энергий до и после приведения.

Условия реализации динамического подобия механической системы резьбовых соединений тормозной системы подвижного состава рассматривались на примере модельной фрикционно-механической системы (ФМС) «втулка – муфта» (рис. 1).

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»