Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технического состояния магистральных электровозов и эксплуатационная надежность колесно-моторньгх блоков 10
1.1 Анализ отказов магистральных локомотивов с опорно-осевым приводом 12
1.2 Основные неисправности колесно-моторных блоков магастральных грузовых электровозов 17
1.3 Анализ отказов и неисправностей моторно-осевых подшипников электровозов новых серий 22
1.4 Цель и задачи исследования 32
2. Исследование влияния конструктивных особенностей колесно-моторных блоков на работоспособность моторно-осевых подшипников 34
2.1 Исследование конструктивных особенностей колесно-моторных блоков электровозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей 34
2.2 Перераспределение статических нагрузок в узлах колесно-моторного блока в зависимости от конструктивных параметров 35
2.3 Математическое моделирование влияния импульсных воздействий на работоспособность моторно-осевого подшипника 39
2.4 Исследование влияния технологических и параметров на работоспособность моторно-осевых подшипников 46
2.5 Качественный анализ влияния технологических параметров на работу моторно - осевых подшипников 46
2.6 Выводы 55
3. Совершенствование технологии ремонта моторно-осевых подшипников 57
3.1 Использование баббита для заливки вкладышей моторно-осевых подшипников 57
3.2 Разработка рациональных режимов литья при ремонте вкладышей МОП 61
3.3 Технологический процесс заливки вкладышей МОП баббитом Б16 71
3.3.1 Оборудование, материалы и инструмент, используемые в технологическом процессе заливки сплава в условиях депо 76
3.3.2 Ремонт корпусов вкладышей МОП 78
3.3.3 Выплавление старого баббита из подшипников 78
3.3.4 Востановление размеров корпусов вкладышей МОП 80
3.3.5 Расплавление баббита 85
3.3.6 Подготовка к заливке и заливка корпусов вкладышей на центробежных станках 87
3.4 Экспериментальные исследования качества заливки баббита Б16 с учетом полученньк рациональных параметров и режимов центробежного литья в условиях депо 89
3.5 Выводы 92
4. Технологическое обеспечение сборки колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя 94
4.1 Анализ существующего технологического процесса сборки колесно-моторных блоков локомотивов 96
4.2 Оценка уровня механизации существующей технологии сборочных операций КМБ и необходимость внедрения нового оборудования 104
4.3 Разработка технологического оборудования для сборки колесно-моторных блоков локомотивов по критериям точности 107
4.4 Технологическая позиция сборки колесно - моторных блоков 113
4.5 Основные показатели и преимущества разработанного оборудования 116
4.6 Выводы 118
5. Оценка технико-экономической эффективности внедрения нестандартного технологического оборудования для сборки колесно-моторных блоков 119
5.1 Оценка экономической эффективности инвестиционных проектов 120
5.2 Определение экономического эффекта внедрения в производственные процессы ремонта локомотивов нестандартного технологического оборудования 124
5.3 Выводы 127
Заключение 128
Список использованной литературы 130
Приложения 140
- Анализ отказов и неисправностей моторно-осевых подшипников электровозов новых серий
- Перераспределение статических нагрузок в узлах колесно-моторного блока в зависимости от конструктивных параметров
- Оборудование, материалы и инструмент, используемые в технологическом процессе заливки сплава в условиях депо
- Разработка технологического оборудования для сборки колесно-моторных блоков локомотивов по критериям точности
Введение к работе
Актуальность исследования. Продолжающийся рост объемов перевозочной работы на магистральных железных дорогах предъявляет повышенные требования к эксплуатационной надежности и техническому состоянию локомотивного парка, что во многом обеспечивается своевременным и качественным техническим обслуживанием и ремонтом.
Анализ технического состояния электровозного парка сети железных дорог ОАО «РЖД» за период 2006 – 2010 гг. показывает, что остаются высокими количество отказов, процент неисправных электровозов и число неплановых ремонтов. Если в 2009 г. было зафиксировано 16,25 случая заходов электровозов на неплановый ремонт на 1 млн км пробега, то в 2010 г. этот показатель возрос до 26,67 случая. При этом существенный процент неплановых ремонтов (25 – 30 %) обусловлен отказами деталей и узлов колесно-моторных блоков (КМБ): тяговых электродвигателей (ТЭД), тяговых зубчатых передач, колесных пар, моторно-осевых и буксовых подшипников и др. В большинстве случаев (65 – 75 %) это является следствием неудовлетворительного качества текущего ремонта и технического обслуживания.
Таким образом, одной из актуальных задач в локомотивном хозяйстве сети железных дорог является улучшение технического состояния и повышение качества функционирования колесно-моторных блоков электровозов в эксплуатации за счет совершенствования и повышения качества технического обслуживания и ремонта посредством применения в ремонтных локомотивных депо прогрессивных технологий и современных средств технологического оснащения.
Задачи повышения эффективности и качества ремонта локомотивов отражены в распоряжении президента ОАО «РЖД» от 13.01.2006 № 181 «Дополнительные меры по повышению уровня обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве железных дорог ОАО “РЖД”», в поручении первого вице-президента ОАО «РЖД» от 26.08.2010 № П-ВМ-120 «Об оптимизации структуры и повышении эффективности локомотиворемонтного комплекса» и в других организационно-распорядительных документах железнодорожной отрасли.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (темы НИР № г.р. 01.9.70002371 и 01201151856), договором с ОАО «РЖД» от 24.06.2008 № Д-1449ДРТ-18/08 и договором с ОАО «ВНИИЖТ» от 01.07. 2010 № 141/10-133/10.
Целью диссертационной работы является разработка методов и средств совершенствования технологии ремонта колесно-моторных блоков магистральных грузовых электровозов для обеспечения их работоспособности в эксплуатации.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследовать конструктивные особенности колесно-моторных блоков электровозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей и выполнить оценку перераспределения статических нагрузок в узлах колесно-моторного блока в зависимости от его конструктивных параметров;
разработать математическую модель для определения влияния импульсных воздействий на работоспособность моторно-осевых подшипников при прохождении электровозом рельсового стыка с учетом конструктивных параметров колесно-моторного блока;
выполнить качественный и количественный анализ влияния технологических параметров на работоспособность колесно-моторных блоков;
исследовать технологический процесс заливки баббитом вкладышей моторно-осевых подшипников и предложить рациональные параметры;
усовершенствовать комплект нестандартного технологического оборудования для ремонта колесно-моторных блоков электровозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей.
Методы исследования. При решении поставленных задач теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов математической статистики, математического моделирования, в том числе с использованием универсальной математической программы MathCAD, структурного анализа. Эксперименты проводились на моторно-осевых подшипниках и колесно-моторных блоках грузовых электровозов магистральных железных дорог.
Научная новизна работы заключается в следующем:
исследованы конструктивные особенности колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей и на основе уравнений статического равновесия показано, что изменение компоновки КМБ в электровозах новой серии 2ЭС5К привело к перераспределению статических нагрузок в узлах колесно-моторного блока и появлению зазора между осью колесной пары и вкладышем моторно-осевого подшипника в направлении вертикальной оси;
разработана математическая модель для определения влияния импульсных воздействий на работоспособность моторно-осевых подшипников при прохождении электровозом рельсового стыка с учетом конструктивных параметров колесно-моторного блока;
выполнено обоснование технологических параметров и режимов технологических операций при ремонте колесно-моторных блоков в условиях ремонтного локомотивного депо.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы подтверждена экспериментальными исследованиями, практической реализацией и основана на доказанных и корректно использованных положениях и постулатах физики твердого тела, математического моделирования. Адекватность математических моделей подтверждена достаточно высокой степенью согласования теоретических расчетов с экспериментальными данными и практическими результатами (расхождение составляет не более 10 %).
Практическая ценность диссертации. Полученные математические модели позволяют выполнять оценку перераспределения статических нагрузок в узлах колесно-моторного блока и определять влияние импульсных воздействий на работоспособность МОП при прохождении электровозом рельсового стыка с учетом конструктивных параметров КМБ.
Разработанный технологический процесс заливки баббитом вкладышей МОП позволяет повысить качество антифрикционного баббитового слоя и эксплуатационные характеристики моторно-осевых подшипников.
Использование в технологических процессах текущего ТР-3 и среднего СР ремонта электровозов разработанной технической документации и усовершенствованного комплекта нестандартного технологического оборудования для ремонта колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей позволяет механизировать трудоемкие операции при сборке КМБ, повысить качество выполнения технологических операций и сократить время ремонта.
Реализация результатов работы. Разработанные технологическая инструкция и комплект технологической документации внедрены в ОАО «ВНИИЖТ» в типовой технологический процесс заливки баббитом Б16 вкладышей МОП и переданы на локомотиворемонтные заводы и в ремонтные локомотивные депо для использования при ремонте КМБ.
Разработанные комплект нестандартного технологического оборудования технологической позиции сборки колесно-моторных блоков и технологическая документация внедрены в технологические процессы текущего ТР-3 и среднего СР ремонтов электровозов в ремонтном локомотивном депо Московка Западно-Сибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава – структурного подразделения Дирекции по ремонту тягового подвижного состава – филиала ОАО «РЖД».
Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на четвертой научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии для транспортного комплекса» (Омск, 2010), на международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2010), на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Инновации для транспорта» (Омск, 2010), на научно-практической конференции, посвященной Дню российской науки и 110-летию ОмГУПСа (Омск, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано десять научных работ, из которых две статьи – в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и приложений. Общий объем диссертации составляет 168 страниц, включая 45 рисунков и 12 таблиц.
Анализ отказов и неисправностей моторно-осевых подшипников электровозов новых серий
В настоящее время в связи с продолжающимся ростом объемов перевозок, увеличением весовых норм и скоростей поездов, повышением требований к безопасности движения значительно возросло значение эксплуатационной надежности локомотивов. Надежность локомотивов в эксплуатации обеспечивается в основном своевременным и качественным техническим обслуживанием и ремонтом, что в значительной степени зависит от уровня технологической подготовки локомотиворемонтного производства. Абсолютное большинство отечественных грузовых магистральных локомотивов, выполняющие более 90% грузовых перевозок в России, имеют опорно-осевое подвешивание тягового электродвигателя (ТЭД) и оборудованы моторно - осевыми подшипниками (МОП) скольжения [1-5]. Как показывает статистика отказов наиболее часто выходят из строя электрическая аппаратура - 35 - 40,0 %; тяговые электродвигатели — 15 — 20 %; механическое оборудование (в т.ч. КП) -14-18% от общего числа отказов. Современная концепция развития федерального железнодорожного транспорта предусматривает использование опорно-осевого тягового привода для всех перспективных моделей грузовых и маневровых локомотивов, призванных заменить существующий и более чем на 80% выработавший свой эксплуатационный ресурс парк отечественного тягового .подвижного состава [6-8].
Вопрос безотказной работы локомотивов в эксплуатации является особенно актуальным в настоящее время. Исследованиям надежности работы тягового подвижного состава, систем его технического обслуживания и ремонта посвящены труды известных ученых, таких как В. Д. Авилов, В. А. Аксенов, В. И. Бервинов, И. В. Бирюков, А. И. Володин, А. А. Воробьев, И. И. Галиев, 3. Г. Гиоев, А. Д. Глущенко, А. В. Горский, В. Г. Григоренко, А. А. Зарифьян, И. П. Исаев, В. И. Киселев, A. С. Космодамианский, В. С. Коссов, В. Д. Кузьмич, А. С. Курбасов, B. А. Кучумов, А. С. Нестрахов, Б. Д. Никифоров, А. Т. Осяев, А. П. Павленко, Е. С. Павлович, М. П. Пахомов, А. В. Плакс, Н. А. Ротанов, Е. К. Рыбников, А. Н. Савоськин, Т. А. Тибилов, В. П. Феоктистов, Н. А. Фуфрянский, В. В. Харламов, В. А. Четвергов, В. Г. Щербаков и др. Несмотря на постоянное совершенствование конструкции, опорно-осевые тяговые приводы имеют ряд неустранимых недостатков, снижающих их надежность, усложняющих эксплуатацию и ремонт. Высокая вибронагруженность является одной из основных причин повреждаемости электродвигателей. Второй существенный недостаток опорно-осевого тягового привода - значительная необрессоренная масса и, как следствие,-повышенное динамическое воздействие на верхнее строение пути в вертикальной плоскости. Существенными недостатками работы моторно-осевых подшипников скольжения является их недолговечность, обусловленная недостаточной подачей смазки в зону трения, что приводит к преждевременному износу антифрикционного слоя вкладышей, недостаточный отвод тепла из зоны трения, что также влияет на износ антифрикционного слоя вкладышей и практическая невозможность обеспечения герметичности кожуха редуктора [9-10]. Опорно-осевой тяговый привод, являясь худшим по сравнению с опорно-рамным и опорно-центровым по динамическим воздействиям на путь и нагрузке на основные узлы привода (двигатель, корпус редуктора, зубчатую передачу, подшипники муфты), обладает при этом и существенными преимуществами над упомянутыми выше приводами: низкая стоимость изготовления, простота конструкции, высокая ремонтопригодность и неприхотливость в эксплуатации [11-15]. Как показывает статистика отказов магистральных грузовых электровозов в пути следования по сети дорог, процент, приходящийся на неисправности колесно-моторных блоков (КМБ), достаточно высок. Анализ технического состояния электровозного парка сети железных дорог ОАО «РЖД» за период 2006 - 2010 гг. показывает, что остаются высокими количество отказов, процент неисправных электровозов и число неплановых ремонтов. Если в 2009 г. было зафиксировано 16,25 случая. заходов электровозов на неплановый ремонт на 1 млн км пробега, то в 2010 г. этот показатель возрос до 26,67 случая. При этом существенный процент неплановых ремонтов (25 - 30 %) обусловлен отказами деталей и узлов колесно-моторных блоков: тяговых электродвигателей (ТЭД), тяговых зубчатых передач, колесных пар, моторно-осевых и буксовых подшипников и др. [16-21]. На неплановый ремонт электровозы часто заходят по причине неисправностей тягового электродвигателя, колесных пар, тяговой зубчатой передачи (ТЗП), моторно-осевых подшипников, буксовых подшипников. Такие виды отказов требуют выкатки КМБ из-под электровоза, что связано со значительными материальными затратами и увеличением простоя локомотивов в ремонте. Статистический материал о неисправностях и отказах элементов колесно-моторных блоков электровозов, являющихся причиной постановки на неплановый ремонт с выкаткой КМБ, был собран по данным Департамента локомотивного хозяйства и дирекции тяги ОАО «РЖД» за период с 2006г. по 201 Ог (рис. 1.1).
Перераспределение статических нагрузок в узлах колесно-моторного блока в зависимости от конструктивных параметров
Итого, из 116-ти электровозов приписного парка на 37- ми электровозах (32% от общего количества локомотивов) отмечены единичные или повторяемые случаи повреждения одного или нескольких моторно-осевых подшипников (локомотивы 2006, 2007, 2008 и 2009 гг. выпуска).
По данным эксплуатационного локомотивного- депо Смоляниново основными- факторы, влияющими на преждевременный износ и выход из строя моторно-осевых подшипников скольжения на электровозах серии 2ЭС5К, ЗЭС5К в эксплуатации, являются: - недостаточная толщина слоя баббитовой заливки вкладышей МОИ при выпуске из завода — изготовителя. Согласно расчетам, толщина баббитового слоя моторно-осевого подшипника с учетом допусков и износов должна быть не менее 3,0 мм; - в результате нарушения технологии заливки баббита Б-16 на заводе -изготовителе не обеспечивается твердость и качество антифрикционного слоя баббита Б-16, а от твердости баббита напрямую, зависит и его износостойкость. По результатам анализов химического состава образцов баббита ОАО «ВНИИЖТ» выявлено заниженное содержание меди, олова и сурьмы в сплаве баббита Б-16, образцы вкладышей МОП не соответствуют ГОСТ 1320-74; - в результате некачественного изготовления и некачественной укладки шерстяных кос фитильной пряжи МОП (отсутствует подбивочный материал) не обеспечивается необходимая капиллярность и должная смазка поверхности скольжения МОП. Это подтверждается случаями обнаружения выплавлений МОП при наличии в них достаточного количества смазки. Проведенным химическим анализом подбивочного материала фитильной пряжи 10-го КМБ электровоза ЗЭС5К №61 параметры впитываемое и содержания влаги не соответствуют ТУ (протокол анализа ХТЛ депо Могоча от 25.09.2009г.). На электровозе ЗЭС5К №72 отмечена недостаточная площадь прилегания фитиля к шейкам осей колесных пар: - при сборке подшипниковых узлов на заводе - изготовители не соблюдаются требования по установке перепускного ниппеля относительно порожка корпуса буксы МОП, в результате возможен повышенный расход смазки и ее преждевременное вырабатывание; - на отдельных локомотивах зенковочные отверстия для удержания баббитового слоя согласно заводского чертежа должны располагаться в 4 ряда, фактически отверстия располагаются в 3 ряда, чем не обеспечивается плотная посадка баббитового слоя и его удержание в процессе трения.
В соответствии с протоколом совещания от 16.05.2009г. о рассмотрении многочисленных случаев выходов из строя моторно-осевых подшипников на электровозах 2ЭС5К, ЗЭС5К, за период эксплуатации в локомотивном депо Смоляниново Дальневосточной ж.д. зафиксировано 44 случая неисправности моторно-осевых подшипников скольжения. Имели место случаи нарушения в эксплуатации, некачественной заправки смазкой букс МОИ, однако такие случаи единичны.
В большинстве случаев причиной перегрева и выплавления вкладышей МОП является недостаточный слой заводской баббитовой заливки. Считаю необходимым привести несколько фактов из хронологии случаев отказов МОП. Так, в январе 2007 года прибыл с завода электровоз 2ЭС5К №037, при проведении ТО-5 выявлено выплавление баббитовой заливки МОП; перегрев шейки оси колесной пары 1-го КМБ. На электровозе 2ЭС5К №042 на пробеге 4981 км от постройки выявлены задиры шейки оси, выплавление баббитовой заливки МОП 8-го КМБ. 30.12.2008 прибыл с постройки электровоз 2ЭС5К №116. При проведении ТО-5 вновь обнаружено выплавление моторно-осевого подшипника и задир шейки оси колесной пары 1-го КМБ. Совместным осмотром с представителями завода зафиксировано в неисправной буксе МОП наличие смазки, качество смазки соответствовало норме. Электровоз ЗЭС5К №052 прибыл 15.04.2009 в сопровождении проводников НЭВЗ, на ТО-5 выявлен перегрев и выплавление двух МОП 3-го и 8-го КМБ, смазка в буксах МОП была в норме, качество смазки проверено. На 8-м КМБ справа радиальный зазор МОП составлял 1,6 мм, что соответствует норме, однако косы данного подшипника подгорели, баббит в буксе осыпался. 11.05.09 при проведении ТО-5 электровозу 2ЭС5К №141 выявлено увеличение зазора МОП 3-го КМБ до 3,0 мм, смазка в буксе имеется. 13.05.09 на ТО-5 электровоза ЗЭС5К №054 обнаружено выплавление и увеличение зазоров МОП 10-го КМБ.
Последние случаи абсолютно точно указывают на допущенные дефекты при сборке КМБ на заводе-изготовителе, т.к. на дефектных КМБ радиальные зазоры между шейкой оси и вкладышами МОП составили от 1,5 до 3,0 мм, тогда как на остальных КМБ - по 0,7 - 0,8 мм. Кроме того, при ТР-2 электровозов 2ЭС5К меняется, как правило, по 8 - 10 вкладышей МОП по предельному износу (2ЭС5К №048,046,054), так и не выработав свой ресурс до среднего ремонта. Интересен тот момент, что на некоторых МОП, на которых выплавлена баббитовая заливка и сгорели косы подбивочной пряжи, зазоры составляют по 1,5-1,6 мм, а на МОП с зазорами 2,8 - 2,9 мм косы не повреждены. Таким образом, можно сделать заключение, что выход подшипников из строя происходит не из-за некачественной заправки смазкой, а происходит скоротечный планомерный процесс износа баббитовой заливки. Согласно конструкторской документации зазор МОП при выходе с завода должен составлять 0,3 мм, браковочный в эксплуатации - 2,5 мм, следовательно баббитовый слой вкладыша МОІТ нового электровоза должен быть не менее 2,8 мм, однако на всех последних прибывших с завода локомотивах (проследовавших в недействующем состоянии около 9000 км 2ЭС5К №139-142, ЗЭС5К №051-054) слой баббита составлял около 1,5 мм, зазоры МОП практически всех КМБ составляют 0,6 - 0,7 мм. Налицо факты нарушения технологического процесса заливки вкладышей моторно-осевых подшипников на заводе-изготовителе.
Оборудование, материалы и инструмент, используемые в технологическом процессе заливки сплава в условиях депо
Для баббита Б-16, из которого изготавливаются вкладыши моторно-осевых подшипников, предел усталости (Tw (при 20-106 циклах) составляет 20 МПа или 2 кгс/мм . Полученные расчетные значения максимальных напряжений в материале вкладыша МОП электровоза 2ЭС5К, ЗЭС5К сопоставимы с пределом усталости при циклических нагрузках. Из этого следует, что изменение конструктивной компоновки КМБ на электровозе 2ЭС5К по сравнению с электровозом ВЛ80 привело к возникновению существенных импульсных напряжений в материале вкладышей МОП при движении по рельсовому пути, что способствует интенсивному износу и негативно влияет на работоспособность подшипникового узла.
Безотказной и надежной работы моторно-осевых подшипников, а также всего колесно-моторного блока локомотива в целом можно достичь при условии правильного проведения плановых периодических ремонтов и технического обслуживания [43]. Правилами и инструкциями предусмотрена постановка локомотивов в ремонт после достижения ими определенной наработки, устанавливаемой в километрах пробега. Качество функционирования — это способность технического средства выполнять свои функции согласно техническим условиям. Качество функционирования колесно - моторных блоков локомотивов в эксплуатации определяется, прежде всего, качеством ремонта и технического обслуживания в условиях депо, наличием ремонтной базы с основным технологическим оборудованием [44]. Необходимо отметить, что при эксплуатации на работу основных частей КМБ, кроме технологических параметров, оказывают влияние внешние эксплуатационные параметры.
Под технологическими параметрами колесно - моторного блока понимаются те размерные величины, которые контролируются при выполнении ремонтных операций и учитываются в технологическом процессе ремонта.
Под внешними эксплуатационными понимаются, те параметры, которые оказывают влияние на колесно-моторный блок локомотива со стороны внешней среды (рельсового полотна, погодных условий и т. п.), которые не учитываются в технологическом процессе ремонта.
С целью выбора основных технологических параметров, влияющие на качество функционирования моторно-осевых подшипников в эксплуатации необходимо проанализировать технологический процесс ремонта и заливки МОП, а таюке технологический процесс разборки-сборки колесно-моторных блоков локомотивов. Правила проведения ремонтных работ на колесно-моторных блоках регламентируются руководством по техническому обслуживанию и ремонту электровозов постоянного тока. Разборка - сборка колесно-моторных блоков и подготовка посадочных поверхностей соединения вал-шестерня тяговых двигателей производятся в соответствии с требованиями технологических инструкций по ремонту механической части электровозов. Наряду с технологическими параметрами, контролируемыми при ремонте МОП и разборке сборке КМБ, непосредственное влияние на надежность и безотказность МОП в эксплуатации оказывают внешние эксплуатационные параметры. В дальнейших расчетах в качестве внешних эксплуатационных параметров влияющих на работо МОП примем: - температурный зазор между стыками рельс; - скорость локомотива. В эксплуатации на напряжения в моторно - осевом подшипнике и тяговой зубчатой передаче колесно-моторного блока электровоза оказывают влияние внешние эксплуатационные параметры, такие как: - температурный зазор между стыками рельсов (Lz); - скорость локомотива (Vlok); Также имеются технологические параметры, которые влияют на контактные напряжения в МОП и ТЗП при эксплуатации, их также необходимо учитывать: - Материал вкладыша МОП; - Радиальный зазор в моторно-осевом подшипнике (Ez); - Радиус катания колеса (г). Как известно основная часть локомотивов серии ВЛ-80 с опорно-осевым подвешиванием тягового двигателя эксплуатируется с применением баббитовой заливки толщиной до 3 мм в латунный корпус моторно-осевого подшипника [45]. Баббит Б16 - является мягким антифрикционным материалом на свинцовой основе (64 - 68%), с твердостью 30 МПа, высоким уровнем прирабатываемости и низким коэффициентом трения со сталью. Благодаря хорошей прирабатываемости баббита, все геометрические дефекты поверхностей трения деталей, полученные в процессе формообразования и сборки КМБ в целом в процессе приработки на стадии обкатки подшипников могут быть частично или полностью устранены. Основными недостатками этого антифрикционного материала, широко распространенного в МОП, являются эксплуатация с низкими удельными нагрузками (не более 20 МПа) и температурой не выше 100С.
Результаты расчетов контактных напряжений в МОП в зависимости от внешних эксплуатационных и технологических параметров основных элементов КМБ в динамике, приведены на основе математических моделей полученных выше. Варьируя значениями параметров величины температурного зазора между рельсами, величиной радиального зазора в моторно-осевом подшипнике и скоростью локомотива, получили числовые значения удельных напряжений на поверхности контакта вкладыша МОП с осью КП
Разработка технологического оборудования для сборки колесно-моторных блоков локомотивов по критериям точности
В основе большинства свинцовых подшипниковых сплавов лежит система «свинец - сурьма» (Pb-Sb). Из диаграммы состояния этой системы следует, что структурой подшипникового материала обладают заэвтектические сплавы в которых мягкой основой служит эвтектика (Pb-Sb), а в качестве твердых включений - кристаллы сурьмы. Поскольку плотность сурьмы меньше плотности свинца, кристаллы ее в процессе кристаллизации сплавов всплывают (ликвируют). Для предотвращения ликвации в двойные сплавы вводят 1,5 - 2% меди. Образуя разветвленные кристаллы, медь затрудняет всплывание кристаллов сурьмы. Добавка олова к свинцовосурьмяным сплавам повышает их твердость и антифрикционные свойства.
Сплав Біб состоит из Sn (олова) - 15 - 17%, Sb (сурьмы) - 15 - 17%, с добавкой меди Си (1,5 - 2%) для уменьшения ликвации, остальное составляет свинец (табл.3.2). Основными структурными составляющими свинцового баббита Б16, без учета добавки меди, являются первичные кристаллы b(SnSb) - фазы и эвтектическая смесь кристаллов dpb+ b(SnSb). Кристаллизация баббита Б16 с медью начинается с выделения первичных кристаллов h(Cii6Sn5) - фазы, затем кристаллизуется двойная эвтектика b(SnSb) + h(Cu6Sn5), состоящая в основном из кристаллов b(SnSb) - фазы и тройная эвтектика dpb+ b(SnSb) + h(Cu6Sn5), в которой относительное количество h(Cu6Sn5) - фазы очень мало [48]. Вследствие несоблюдения технологической инструкции и нарушения режимов литья, а также несоблюдения требований относительно расплава и перезаливки парных вкладышей одного КМБ могут возникать отклонения в химическом составе баббита Б16, что влияет на его твердость и износостойкость, а следовательно на качество функционирования и характеристики работы МОП в эксплуатации.
При изготовлении биметаллических подшипников применяется центробежный метод заливки подшипникового сплава Б16. Центробежный метод получения литых деталей относится к числу наиболее прогрессивных методов литья, который обеспечивает: высокую производительность труда, снижение себестоимости литых деталей, экономию металла на изделие, высокое качество литых деталей, увеличение выхода годного литья, а также уменьшение брака в литых деталях по внутренним дефектам. Центробежный способ с успехом используется для получения биметаллических изделий как путем наплавки жидкого металла на твердую поверхность, так и путем последовательной заливки жидких металлов. Одним из основных преимуществ центробежного литья следует считать направленность затвердевания металла. В результате чего в отливках отсутствуют усадочные раковины и рыхлоты, повышаются механические свойства. Среди ряда исследований в области теории центробежного литья представляют интерес работы Л. С. Константинова, в которых на основании глубокого анализа физической сущности процесса центробежного литья показана несостоятельность теорий Кинси, Фета и Левицкого. Наряду с имеющимися достижениями в области технологии центробежного литья имеется ряд мало изученных вопросов, таких как теория затвердевания и сам процесс кристаллизации под действием центробежных сил.
Величина зерна в центробежной отливке при прочих равных условиях зависит от скорости вращения формы, причем, как правило, величина кристалла тем больше, чем выше скорость вращения формы [49]. При производстве центробежных заготовок их качество определяется рациональным выбором технологических режимов литья. Основными элементами технологии центробежного литья являются: - частота и режим вращения формы в процессе формирования отливки; - температура заливаемого металла и скорость его заливки в форму; - температура нагрева формы перед заливкой металла; - способ заливки металла в форму; - время остывания отливки в форме. Таким образом, технологический процесс является достаточно сложным, с множеством контролируемых параметров требующих строгого соблюдения. „Контроль технологического процесса невозможен без технологической документации, в которой должны быть научно обоснованы основные режимы процесса заливки вкладышей. Таким образом, для обеспечения качества заливки подшипникового сплава Б16 необходимо разработать технологическую документацию на процесс заливки и расточки вкладышей МОП на основе научно обоснованных параметров и режимов процесса центробежного литья. Относительное движение металла во вращающейся форме является основой двух теорий, объясняющих центробежное литье: гидростатической, которая характеризуется согласованным перемещением жидкого металла и формы, т.е. вводится допущение, что металл и форма образуют единое целое при вращении формы; - гидродинамической, при которой учитывают перемещение жидкого металла относительно формы. При гидростатическом расчете силового воздействия пренебрегают скольжением жидкого металла относительно формы и соответственно между слоем затвердевшего металла и оставшимся жидким металлом. Гидродинамические расчеты сложны и трудоемки. Для их выполнения необходимо точно знать большое число зависимых величин, поэтому широкого распространения этот метод расчета на практике не получил. При этом методе расчета скорости вращения формы получают меньшими, чем при расчете по гидростатическим зависимостям, поскольку сущность расчета состоит в определении минимальной частоты вращения формы, при которой капли жидкого металла удерживаются на поверхности вращения. Поэтому в дальнейшем при расчете подшипникового сплава Б16 будем использовать гидростатический метод расчета.
