Вельгодская Татьяна Владимировна. Повышение работоспособности тягового редуктора тепловоза

brief description

Вельгодская Татьяна Владимировна. Повышение работоспособности тягового редуктора тепловоза : диссертация... канд. техн. наук : 05.22.07 Омск, 2007 166 с. РГБ ОД, 61:07-5/3066

ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ
Вельгодская, Татьяна Владимировна
Повышение работоспособности тягового редуктора тепловоза
Москва
Российская государственная библиотека
diss.rsl.ru
2007
Вельгодская, Татьяна Владимировна.
Повышение работоспособности тягового редуктора тепловоза [Электронный ресурс]: диссертация... канд. техн. наук: 05.22.07. - Москва: РГБ, 2007. - (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).
Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
Полный текст:
http://diss.rsl.ru/diss/07/0533/070533030.pdf
Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в
фонде РГБ:
Вельгодская, Татьяна Владимировна
Повышение работоспособности тягового редуктора тепловоза
Омск 2007
Российская государственная библиотека, 2007 (электронный текст)
I 61:07-5/3066
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
На правах рукописи
ВЕЛЬГОДСКАЯ Татьяна Владимировна
ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА ТЕПЛОВОЗА
Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и
электрификация»
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель - заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор Бородин А.В.
Омск 2007
Содержание
Введение 5
1. Анализ технического состояния тяговых редукторов колесно-моторных блоков локомотивов 7
1.1. Статистические данные по отказам локомотивов связанных с выходом из строя тяговых редукторов 8
1.2. Существующие конструкции тяговых редукторов локомотивов
и условия их работы 12
1.2.1. Особенности тяговых редукторов электровозов 13
1.2.2. Особенности тяговых редукторов тепловозов 17
1.2.3. Применяемые смазочные материалы и смазывание тяговых зубчатых передач 22
1.2.4. Условия работы тяговых редукторов локомотивов 24
1.3. Анализ основных неисправностей тягового привода и перспективы его развития 25
1.3.1. Основные неисправности тягового привода и га анализ 26
1.3.2. Эксплуатационные отказы редукторов тепловозов 30
1.3.3. Перспективы развития тягового привода 32
1.4. Определение цели и постановка задачи исследования 33
1.5. Математическая модель «Экипаж - тяговый привод - путь» и использование ее для исследований динамической нагружености тяго¬вого привода тепловозов 34
1.6. Теоретические основы подобия, и применение ти-теоремы для экспериментального исследования элементов тягового привода 38
2. Исследование зубчатой передачи с адаптивными свойствами 44
2.1. Снижение контактных давлений на поверхностях зубьев 44
2.2. Моделирование адаптивной зубчатой передачи 46
2.3. Экспериментальные исследования жесткости передачи 55
2.3.1. Исследование в статическом режиме 58
2.3.2. Испытания в динамическом режиме 74
2.4. Новое конструктивное решение прямозубой зубчатой передачи с адаптивными свойствами тягового редуктора тепловоза 77
2.5. Выводы 79
3. Повышение несущей способности конического соединения
с натягом 80
3.1. Приемы, обеспечивающие повышение несущей способности соединений с натягом 83
3.2. Расчет конического соединения с дискретной посадочной поверхностью 85
3.2.1. Расчет контактного давления в гладком коническом соединении 87
3.2.2. Расчет контактного давления в соединении с дискретным стыком..... 92
3.2.3. Оценка несущей способности деформационной волны 95
3.3. Экспериментальная оценка нагрузочной способности конического соединения с натягом, с дискретной поверхностью в контакте 100
3.4. Способы создания макронеровностей, увеличивающие прочность соединений с натягом 103
3.4.1. Способ получения макронеровностей в виде лупок 103
3.4.2. Способ получения макронеровностей в виде непрерывных углублений 106
3.5. Новое техническое решение соединений шестерни тягового редуктора с хвостовиком вала тягового электродвигателя, повышенной несущей способности 107
3.6. Выводы 109
4. Герметизация тягового редуктора Ш
4.1. Конструкция кожуха тягового редуктора тепловоза ^ 1
4.2. Анализ применяемых герметизирующих устройств 113
4.2.1. Контактное уплотнение 113
4.2.2. Щелевое уплотнение 115
4.2.2.1 .Течение жидкости в узких (капиллярных) щелях 118
4.2.2.2. Течение через щель с подвижной стенкой 123
4.2.3. Торцовое уплотнение 124
4.2.3.1. Гидростатический подшипник 125
4.3. Расчет утечек смазочного материала из кожуха редуктора 126
4.3.1 Контактное уплотнение 127
4.3.2. Щелевое уплотнение 129
4.4. Испытание щелевого уплотнения 130
4.5. Новое конструктивное решение уплотнения кожуха тягового
редуктора тепловоза 133
5. Технико-экономическая эффективность внедрения новых технических решений, направленных на улучшение показателей работоспособности тягового редуктора тепловоза 141
Основные результаты и выводы 147
Список литературы 149
Приложение 160
Введение
На электровозах и тепловозах отечественной постройки преимущест¬венное распространение получил индивидуальный привод на каждую колес¬ную пару с обязательным применением зубчатых колес, т.к. для тяги исполь¬зуются электродвигатели, вращение якоря которых можно передать непо¬средственно на колесную пару.
Групповой привод, передающий вращающий момент от одного тягово¬го двигателя одновременно на две или три колесные пары, существенно уп¬рощает электрическую схему локомотива, повышает использование сцепного веса, но из-за сложности конструкции широкого распространения на магист¬ральных железных дорогах не получил.
Все электровозы и почти все тепловозы, используемые на магистраль¬ных участках отечественных дорог, имеют индивидуальный тяговый привод, размещаемый на колесной паре. Размеры и, следовательно, наибольшая мощность его ограничиваются шириной колеи, диаметром колес и габаритом верхнего строения пути.
Зубчатая передача, являющаяся обязательным элементом тягового привода современных локомотивов с электродвигателями, обеспечивает ра¬боту тягового двигателя в режиме наиболее экономичной частоты вращения, сохраняя благоприятные условия для осмотра, смены и ремонта передачи.
Тяговые зубчатые колеса и шестерни являются теми элементами кон-струкции локомотивов, работоспособность которых надо повышать. Про-должительность исправной работы тягового редуктора в редких случаях пре-вышает 1,5 млн. км пробега вместо 2,5 млн. км, необходимых по условию равнопрочности всех элементов колесной пары до капитального ремонта.
По данным анализа технического состояния электровозного парка по сети железных дорог России на протяжении последних лет (1997 - 2005 гг.), на зубчатые передачи приходится 10 - 13 % порч из общего количества порч механического оборудования, а неплановые ремонты, вызванные выходом из
строя тяговых редукторов, составляют свыше 9% общего количества непла-новых ремонтов электровозов.
Износостойкость зубчатых передач пассажирских локомотивов выше, чем у грузовых. Из статистических данных известно, что тепловозные зубча¬тые колеса и шестерни с односторонней прямозубой зубчатой передачей из¬нашиваются примерно в 2 раза быстрее электровозных.
Для смены тяговых зубчатых колес в редукторах ремонтные заводы ОАО «РЖД» и локомотивные депо ежегодно расходуют десятки тысяч тонн легированной стали, и сотни миллионов рублей.
Наметившийся в последнее время стабильный рост объема перевозок и, как следствие, повышение масс и скоростей движения поездов требуют кон-структивного совершенствования тягового редуктора, для повышения пока-зателей работоспособности локомотивов и, естественного, роста безопасно¬сти движения поездов.
Анализ условий работы и причин выхода из строя механического обо-рудования позволяют выделить три основных направления работ по совер-шенствованию тягового редуктора локомотива. Во-первых, это работы по разработке и исследованию зубчатой передачи с адаптивными свойствами. Во- вторых, создание конического соединения шестерня-вал тягового двигателя с повышенной несущей способностью. И, в-третьих, разработка герметизи¬рующего устройства выходного конца вала, исключающего утечки жидкост¬ного смазочного материала.
Целью работы является улучшение показателей работоспособности тя¬гового редуктора тепловоза конструктивными методами.

bibliography

Основные результаты и выводы
В диссертационной работе поставлена и решена задача по улучшению эксплуатационных характеристик тягового редуктора тепловоза конструктивны-ми методами.
В результате анализа состояния вопроса, проведенных теоретических исследований, внедрения уточненной методики расчета и технических реше¬ний на предприятиях железнодорожного транспорта получены следующие научные и практические результаты.
1. Предложена методология улучшения показателей работоспособно¬сти тягового редуктора тепловоза, включающая в себя совокупность конст¬руктивных методов, направленных на разработку и исследование зубчатой передачи с адаптивными свойствами, конического прессового соединения с повышенной несущей способностью, эффективного герметизирующего уст¬ройства выходного конца вала.
2. Разработана физическая модель высоконагруженной зубчатой пере-дачи с кольцевыми прорезями на зубчатом венце одного из колес. Результаты исследований методом конечных элементов показали, что за счет введения кольцевых прорезей во всех конструктивных вариантах их исполнения уменьшается жесткость зубьев в среднем сечении, что благоприятно влияет на процесс пересопряжения зубьев колес и, в результате, способствует по¬вышению несущей способности высоконагруженной зубчатой передачи.
3. Развит принцип соединений с натягом с дискретной поверхностью в контакте. Путем выполнения углублений в охватывающей детали и внедре¬ния в эти углубления материала охватываемой детали за счет упругого де-формирования и переформирования контактирующих поверхностей повы¬шена несущая способность конического соединения и его эксплуатационная надежность.
4. Разработана методика определения расхода жидкого смазочного ма-териала через комбинированное контактно-щелевое уплотнение выходного конца вала. Предложено конструктивное решение торцового комбинирован¬ного уплотнения выходного конца вала ТЭД, обеспечивающее решение про¬блемы герметизации редуктора локомотива.
5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, по-лученные на специально созданном стендовом оборудовании, подтвердили правильность комплексного решения проблемы улучшения эксплуатацион¬ных характеристик тягового редуктора тепловоза конструктивными метода¬ми: контактная прочность зубчатого зацепления при критических углах пере¬коса осей колес повышена в 2,5 - 3 раза, несущая способность прессового конического соединения вал - шестерня увеличена более чем на 15%, герме¬тизирующая способность новой конструкции комбинированного уплотнения снижает утечки масла из корпуса тягового редуктора в несколько раз.
7. Результаты исследований внедрены в производство (в Центре вне-дрения новой техники и технологий «Транспорт» МПС РФ и локомотивных депо Западно-Сибирской и Красноярской железных дорог).
8. Годовой экономический эффект от улучшения показателей работо-способности тягового редуктора тепловоза составляет более 1 млн. руб. на эксплуатационный парк из 100 локомотивов. А срок окупаемости предло¬женных новых технических решений составляет 4,12 года.
Список литературы
1. Конструкция и динамика тепловозов. Под ред. Иванова В.Н. М., 1974. 336 с.
2. Повышение надежности экипажной части тепловозов Под ред. Доб¬рынина Л.К. М., Транспорт, 1984. 248 с.
3. Бирюков В.И., Беляев А.И., Рыбников Е.К. Тяговые передачи элек- троподвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1986. 256 с.
4. Механическая часть тягового подвижного состава: Учебник для ВУЗов ж.д. транспорта / И.В. Бирюков, А.Н. Савоськин, Г.П. Бурчак и др. Под ред. И.В. Бирюкова. М., Транспорт, 1992. 440 с.
5. Магистральные электровозы: Общие характеристики. Механическая часть. М., Машиностроение, 1991. 224 с.
6. Тепловозы: Основы теории и конструирования. Учебник для техни¬кумов. В.Д. Кузьмич, И.П. Бородулин, Э.А. Пахомов и др. М., 1991. 352 с.
7. В.К. Калинин. Электровозы и электропоезда. М., Транспорт, 1991.344 с.
8. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов / Под ред. Ка¬маева А.А. М., Машиностроение, 1981. 351 с.
9. Типаж перспективного подвижного состава // Локомотив. 2002. № 8. С. 5 - 7.
10. Типаж перспективного подвижного состава // Локомотив. 2002. №9. С. 10-11.