WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

С учетом дополнительной радиальной нагрузки перекоса тел качения уточненная эквивалентная нагрузка на подшипник, кН:

Pэ Pэ (Fr zн Fr (Yр ))KтКб, (2) где – число роликов в нагруженной зоне, zн Кт – температурный коэффициент, Кб– динамический коэффициент безопасности.

Тогда уточненный ресурс подшипника, млн об, можно определить по Lформуле:

(3) L10 (Сr Рэ )10 3, а снижение ресурса L10, %, с учетом перекоса тел качения:

L10 [(L10 L10) L10] 100 %.

(4) Результаты расчета показали снижение ресурса буксовых подшипников L10, %, под воздействием радиальной перегрузки Fr (Yр ), кН, на 35 – 43 % в зависимости от скорости движения. Расчет выполнен для подшипника в буксе грузового вагона на тележках модели 18-100 с нагрузкой на ось 235 кН (23,5 тс) при скорости движения от 80 до 120 км/ч.

Уточненная математическая модель динамической нагруженности элементов буксового подшипника позволяет произвести количественную оценку дополнительного радиального воздействия, возникающего при наличии рамной силы. Учет дополнительного радиального динамического воздействия при определении эквивалентной нагрузки повышает достоверность расчета ресурса буксовых подшипников.

В третьем разделе рассмотрены основные направления повышения ресурса буксовых подшипников и предложена принципиальная схема буксы с раздельным восприятием вертикальной нагрузки и рамной силы. На основе предложенной принципиальной схемы разработаны варианты двухуровневой модернизации буксы грузового вагона.

Первый уровень модернизации представляет собой введение в конструкцию буксы шарового подпятника (Пат. 82011 РФ). Разработанная конструкция (рис. 2) содержит пяту 1 с вогнутой сферической поверхностью, собственно подпятник в виде шара 2, опору 3 с вогнутой сферической поверхностью, ось 4, корпус 5 опоры 3. Пята выполнена с конусом 6, между торцевыми поверхностями пяты 1 и оси размещена регулировочная шайба 7.

Опора 3 установлена с гарантированным натягом в корпусе 5. На цилиндрической поверхности опоры с зазором установлен упор 8 с кониРис. 2. Шаровой подпятник буксы ческой поверхностью 9. Пяту и опору грузового вагона рекомендуется выполнять из подшипниковой стали, шар представляет собой стандартную свободную деталь шарикоподшипника.

Упор 8 посредством упругого элемента 10 поджимает подпятник 2 к вогнутой сферической поверхности пяты 1. На подпятник 2 установлена герметизирующая втулка 11 с упругим элементом 12, обеспечивающим постоянный контакт фланца 13 втулки 11 с корпусом 5 осевой опоры 3. Для заполнения рабочей полости подшипника смазочным материалом в корпусе 5 выполнено отверстие 14. При сборке подшипника требуемый зазор между коническими поверхностями пяты 1 и центрового отверстия оси 4 устанавливают с помощью регулировочной шайбы 7 путем изменения ее толщины. Равенство диаметров втулки 11 и подпятника 2 обеспечивает предварительное центрирование и удержание подпятника 2 во втулке 11 перед установкой корпуса 5 с осевой опорой 3, упором 8 и упругим элементом 10.

Наличие смазочного материала в рабочей полости подпятника и, соответственно, в зазорах подвижных сферических соединений обеспечивает высокую работоспособность подпятника. Шар при взаимодействии с конической поверхностью упора вследствие всегда имеющейся несоосности опорных поверхностей проворачивается при работе, и износ распределяется равномерно по его поверхности.

Шаровой подпятник представляет собой кинематическое соединение первого класса с пятью подвижностями, которые обеспечивают оптимальные значения контактных напряжений и равномерный износ кинематических пар.

Применение шарового подпятника исключает воздействие рамной силы на подшипники, что создает возможность для реализации второго уровня модернизации – введения в конструкцию буксы двухрядного роликоподшипника с безбортовыми кольцами (рис. 3) [Пат. 65008 РФ]. Для повышения точности изготовления, быстроходности, нагрузочной способности и ресурса подшипников кольца двухрядного радиального подшипника 1 с короткими цилиндрическими роликами предлагается выполнить в виде втулок без бортов с приставными кольцами 2 и Рис. 3. Двухрядный подшипник направляющими кольцами 3, а сепас безбортовыми кольцами ратор подшипника – с центрирующим пояском 4, контактирующим с внутренней поверхностью кольца. Наружное кольцо обеспечивает минимальные отклонения от цилиндрической формы посадочной поверхности, взаимодействующей с опорной поверхностью корпуса буксы. Цилиндрические поверхности внутреннего кольца позволяют исключить разноразмерность и отклонения форм дорожек качения для роликов, что способствует более равномерному распределению нагрузки на тела качения. Расположение роликов в шахматном порядке обеспечивает возможность дополнительного нагружения ролика при двухрядном исполнении.

При модернизации буксы в ее конструкцию вводится ряд дополнительных деталей. При этом изменяется схема передачи рамной силы на элементы торцевого крепления, что требует оценки прочности разработанных деталей с исследованием возможностей оптимизации их формы. Определение напряжений, возникающих в деталях модернизированной буксы, производилось на ПЭВМ методом конечных элементов с помощью программного комплекса твердотельного моделирования КОМПАС 3D V10 SP2 и расчетного комплекса АPM Win Machine (модуля APM Studio). Были сформированы трехмерные модели деталей с последующим разбиением на конечные элементы в форме правильного тетраэдра со стороной 2 мм. Моделям присвоены механические свойства: корпусу опоры – свойства стали 40Х ГОСТ 4543-81, пяте, шару и опоре – свойства стали ШХ15 ГОСТ 801-78. К контактной сборке прилагалась максимально допустимая нагрузка 120 кН, передаваемая со стороны пяты через поверхность, сопряженную с регулировочной шайбой. Полученные значения напряжений не превысили предела текучести материала (рис. 4).

Область максимальных напряжений – 265 МПа 0 – 74 МПа 75 – 219 МПа 220 – 265 МПа Рис. 4. Карта распределния напряжений в контактной сборке При эксплуатации комбинированной опоры, состоящей из шарового подпятника и подшипникового узла, целесообразно обеспечить их равный ресурс, для расчета которого применительно к буксе грузового вагона предлагается следующая методика.

Скорректированный расчетный ресурс буксового подшипника L10h a, ч, приравнивается к ресурсу шарового подпятника, ч:

Tmax L10h a Tmax. (5) Ресурс подшипника, ч, определяется при заданной средней скороL10h a n сти вращения внутреннего кольца, об/мин, по формуле:

, L10 h a 106 L10 a 60n (6) где L10 a – скорректированный расчетный ресурс, млн об, рассчитанный по методике ГОСТ 18855-94.

Ресурс шарового подпятника буксы грузового вагона, ч, представляTmax ет собой время работы до достижения предельного значения линейного износа его деталей, мкм, в горизонтальном направлении при суммарной скороUmax сти изнашивания сопряжений подпятника, мкм/ч:

п.

Umax Tmax п (7) Поскольку конструкция шарового подпятника обеспечивает постоянный проворот шара, скорость линейного изнашивания снижается пропорционально отношению ks полной площади поверхности шара к сумме площадей приработанных сопряжений «пята – шар» и «шар – опора». Тогда суммарная скорость линейного изнашивания деталей шарового подпятника в горизонтальном направлении:

п-ш ш-о.

(8) п ks Предельное значение износа должно соответствовать условию работоспособности комбинированной опоры: зазор в нерабочем положении шарового подпятника, мкм, при предельном износе, мкм, не должен превышать sп Umax осевого зазора в буксе sб, мкм:

sп Umax sб. (9) В противном случае шаровой подпятник перестанет выполнять свою основную функцию: воспринимать рамную силу. Таким образом, задача обеспечения равного ресурса составляющих опоры сводится к подбору такого начального зазора sп, мкм, который обеспечит работоспособность опоры до истечения заданного ресурса, тогда условие работоспособности (9) принимает вид:

sп sб Umax.

(10) Начальный осевой зазор в нерабочем положении шарового подпятника при монтаже определяется толщиной регулировочной шайбы.

Последовательная реализация двух предложенных уровней модернизации буксы приводит к существенному повышению скорректированного ресурса подшипников модернизированной буксы в сравнении с ресурсом подшипников в буксе без модернизации (табл.1).

Т а б л и ц а Скорректированный ресурс подшипников в модернизированных буксах Скорректированный Значение ресурс Уровень Повышение коэффициента,, L10a L10s a L10h a, модернизации ресурса, % aмлн об млн км ч Без модерниза0,6 505,43 1,43 17864 – ции Первый 0,8 673,9 1,9 23819 Второй 1 842,38 2,38 29774 Четвертый раздел посвящен экспериментальному исследованию макетного образца модернизированной буксы грузового вагона. Цель экспериментального исследования – оценить влияние модернизации буксы на динамичес- кую нагруженность и ресурс буксовых подшипников.

Для проверки состоятельности конструктивного решения выбран метод испытаний в реальном масштабе в лабораторных условиях на стендовом оборудовании, содержащем колесную пару с приводом от электродвигателя, разработанное устройство имитации односторонней горизонтальной нагрузки и портативный анализатор электропотребления.

Испытания проводились для двух конструкций букс: типовой буксы с двумя цилиндрическими роликовыми подшипниками и модернизированной буксы с шаровым подпятником.

Для получения математического описания изучаемого процесса и минимизации числа опытов с одновременным варьированием основных факторов применена теория планирования эксперимента. Использовался некомпозиционный ротатабельный план второго порядка в виде правильного шестиугольника. В качестве основных факторов, оказывающих максимальное влияние на сопротивление движению в буксах под воздействием комбинированной нагрузки, приняты соответственно скорость вращения колесной пары (кодированная координата x1 ) и приложенная горизонтальная нагрузка, имитирующая рамную силу (кодированная координата x ). В качестве выходного параy метра принята мощность, развиваемая двигателем на преодоление сил сопротивления движению, характеризующая величину этих сил и прогнозируемое снижение ресурса трибосопряжений. Проверка адекватности полученных моделей выполнена с помощью F-критерия Фишера. Взаимное расположение полученных поверхностей отРис. 5. Поверхности отклика в клика (рис. 5) подтверждакодированных координатах ет, что мощность, развиваемая на преодоление сил трения при испытаниях модернизированной буксы (значение функции yм (x1, x2 )), меньше, чем в опытах с типовой конструкцией (значение функции yт (x1, x2 ) ).

Для сравнительной оценки и прогнозирования мощности, развиваемой на преодоление сил трения в буксах при использовании разных конструкций букс, задается уровень нагрузки, при этом поверхности отклика обращаются в кривые зависимости мощности от скорости движения (рис. 6).

Рис. 6. Мощность, развиваемая двигателем при вращении колесной пары:

, Pд, 0 – без горизонтальной нагрузки, Pд, 15, т Pд, 15, м – с горизонтальной нагрузкой 15 кН (1,5 тс) на типовую и модернизированную буксы Результаты расчетов снижения мощности согласно этим зависимостям сведены в табл. 2.

Т а б л и ц а Мощность, развиваемая двигателем для вращения колесной пары Мощность двигателя, Вт, Скорость вращения Сравнительное при испытаниях буксы колесной пары, снижение км/ч типовой модернизированной мощности, % 40 296 168 43,60 780 450 42,80 1580 897 43,В пятом разделе выполнено технико-экономическое обоснование внед- рения модернизированных букс грузовых вагонов с шаровым подпятником в объеме 600 ед. на базе вагоноремонтного депо. Экономический эффект обусловлен экономией расходов на ремонт букс с заменой элементов вследствие повышения ресурса подшипников в модернизированных буксах.

Определены значения следующих показателей экономической эффективности инвестиционного проекта: среднегодовая экономия расходов на ремонт букс с заменой элементов – 735 595 р.; годовой экономический эффект – 650 595 р.; срок окупаемости – 1 г. 2 мес.; чистый дисконтированный доход за период, равный десяти годам, имеет положительное значение и составляет 2 467 882 р.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведен анализ эксплуатации роликовых подшипников в буксах грузовых вагонов и существующей методики расчета их ресурса. Выявлены недостатки типовой конструкции буксы и несоответствие методики расчета реальной динамической нагруженности элементов.

2. Исследовано влияние динамической нагруженности буксовых подшипников на их ресурс, уточнена методика расчета ресурса под воздействием комбинированной нагрузки. Установлено снижение ресурса от перекоса тел качения на 35 – 43 % в зависимости от скорости движения.

3. Синтезировано упорное кинематическое соединение с низшими кинематическими парами и пятью подвижностями, обеспечивающее рациональное восприятие горизонтальной нагрузки.

4. Разработана конструкция буксы грузового вагона с двухуровневой модернизацией путем введения шарового подпятника и двухрядного роликового подшипника с безбортовыми кольцами; предполагаемое повышение ресурса подшипников составляет по уровням модернизации 33 и 67 % соответственно.

5. Разработана методика расчета ресурса комбинированной опоры оси грузового вагона, содержащей подшипниковый узел и шаровой подпятник.

6. Экспериментально подтверждена возможность повышения ресурса подшипников с одновременным снижением сопротивления движению в буксах под воздействием рамной силы на модернизированную буксу с шаровым подпятником в сравнении с типовой конструкцией буксы.

7. Выполнено технико-экономическое обоснование внедрения модернизированных букс грузового вагона с шаровым подпятником. Полученные значения показателей позволяют считать инвестиционный проект экономически эффективным.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Б о р о д и н А. В. Влияние горизонтальной поперечной нагрузки на долговечность буксового подшипника грузового вагона / А. В. Б о р о д и н, Ю. А. И в а н о в а // Транспорт Урала. 2009. № 1. С. 28 – 31.

2. Б о р о д и н А. В. Букса грузового вагона с осевой опорой / А. В. Б о р о д и н, Ю. А. И в а н о в а, Т. В. В е л ь г о д с к а я // Омский научный вестник. 2008. № 4 (73). С. 78 – 79.

3. Б о р о д и н А. В. Модернизированная букса грузового вагона / А. В. Б о р о д и н, Ю. А. И в а н о в а // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2008. № 4. С. 7 – 11.

Pages:     | 1 || 3 |






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