Содержание к диссертации
Введение
1. Классификация, перспективы развития, обзор и анализ исследований приводов вагонных генераторов. цель и задачи исследований 14
1.1. Классификация приводов вагонных генераторов и перспективы их развития 14
1.2. Обзор и анализ исследований приводов вагонных генераторов 26
1.3. Цель и задачи исследования 37
2. Исследование тяговой способности и анализ нагруженности серийных приводов вагонных генераторов 39
2.1. Экспериментальная оценка тяговой способности клиноременной передачи привода ТРК 39
2.2. Экспериментальная оценка коэффициента полезного действия систем энергоснабжения с приводом ТК-2 44
2.3. Статистический анализ нагруженности приводов вагонных генераторов пассажирских вагонов без кондиционирования воздуха 53
Выводы и рекомендации 58
3. Влияние технологических отклонений параметров ремней и передачи на нагруженность ремней многоручьевых клиноременных передач 60
3.1. Влияние расчетной ширины и длины ремней, а также перекоса осей вращения шкивов 60
3.2. Влияние упругих характеристик клиновых ремней 72
3.3. Влияние отклонений в геометрических размерах канавок шкивов 79
Выводы и предложения 86
4. Статистическая оценка нагруженности ремней многоручьевых клиноременных передач 90
4.1. Статистическое определение технологических отклонений параметров ремня и передачи 90
4.2. Статистическая оценка суммарной неравномерности распределения начального натяжения между ремнями МКП приводов 96
4.3. Статистическая оценка дополнительного скольжения ремней МКП приводов 102
4.4. Статистическая оценка распределения окружных усилий по ремням МКП приводов 107
4.5. Повышение надежности МКП приводов вагонных генераторов 113
Выводы и предложения 119
5. Статистическое определение долговечности клиноременных передач в эксплуатации и оценка законов распределения ресурса 121
5.1. Статистическое определение долговечности клиноременных передач приводов вагонных генераторов в эксплуатации 121
5.2. Определение закона распределения долговечности клиновых ремней 125
Выводы и предложения 136
6. Разработка расчетных и экспериментальных методов оценки тяговой способности ременных передач приводов вагонных генераторов 138
6.1. Метод расчетной оценки тяговой способности 138
6.2. Метод экспериментального определения показателей тяговой способности ременных передач 146
6.3. Расчетный анализ тяговой способности серийных приводов вагонных генераторов 152
Выводы и рекомендации 163
7. Исследования и разработка новых основных узлов приводов 165
7.1. Анализ существующих конструкций и определение геометрически-жесткостных характеристик подвесок генератора 166
7.2. Анализ принципиальных схем, разработка и испытания новой конструкции подвески генератора 185
7.3. Исследование влияния конструктивных и технологических факторов на натяжение ременной передачи приводов вагонных генераторов 208
7.4. Исследование эксплуатационной работоспособности серийных и разработка новой конструкций натяжного устройства 213
Выводы и рекомендации 220
8. Разработка и исследования ременных приводов от средней части оси колесной пары 224
8.1. Выбор основных кинематических параметров и технических характеристик приводов 224
8.2. Особенности расчета и расчетный анализ тяговой способности ременных передач 227
8.3. Экспериментальное исследование тяговой способности плоскоременных приводов от середины оси колесной пары 234
8.4. Исследование поперечной устойчивости плоскоременных передач приводов вагонных генераторов 249
Выводы и рекомендации 263
9. Разработка приводов генераторов мощностью 16-19 кВт и создание типового ряда генераторно-приводных установок для пассажирских вагонов 266
9.1. Обоснование и выбор клиновых ремней 266
9.2. Разработка и анализ кинематической схемы привода мощностью 16-19 кВт на базе привода ТК-2 274
9.3. Разработка типового ряда генераторно-приводных установок для пассажирских вагонов 281
Выводы и рекомендации 293
Заключение и общие выводы 295
Литература 301
- Обзор и анализ исследований приводов вагонных генераторов
- Экспериментальная оценка коэффициента полезного действия систем энергоснабжения с приводом ТК-2
- Влияние отклонений в геометрических размерах канавок шкивов
- Статистическая оценка суммарной неравномерности распределения начального натяжения между ремнями МКП приводов
Введение к работе
Современные пассажирские, почтовые, багажные и ряд специализированных (вагоны-рестораны, дизельные вагоны рефрижераторных секций и др.) вагонов оснащены сложным электрическим, радиотелевизионным и холодильным оборудованием. Электрическая энергия используется для отопления и вентиляции помещений вагона, освещения, питания диагностической аппаратуры, приведения в действие различных устройств и приборов (экологически чистых туалетов, обеззараживателей питьевой воды, пылесосов и т.д.) повышающих комфорт для пассажиров и условия труда поездной бригады.
Системы электроснабжения указанных вагонов в зависимости от расположения источников электрической энергии и их использования делятся на две группы: системы автономного и централизованного электроснабжения [4], [52].
При централизованном электроснабжении потребители электроэнергии, установленные на вагонах поезда, получают питание от общего источника тока - вагона-электростанции с дизель-генераторами или от специального преобразователя питающегося от контактной сети напряжением 3000 В постоянного тока или 25000 В переменного тока через токоприемник электровоза. Для передачи электрической энергии к потребителям вагоны и локомотив -оборудуются соответствующими электромагистралями. Такая система электроснабжения в нашей стране применяется в основном для скоростных поездов "Аврора", "Невский экспресс" и др. на Октябрьской железной дороге. Централизованная система электроснабжения с питанием от контактной сети через локомотив всех потребителей пассажирских и почтовых вагонов требует создания сложных полупроводниковых преобразователей с регулированием выходного напряжения и частоты. Из-за трудностей, связанных с созданием преобразователей и размещением их на вагонах, возникла необходимость в использовании системы комбинированного электроснабжения. В этой системе, как в автономной, низковольтные потребители подключены к сети, питающейся от подвагонного генератора и аккумуляторных батарей, а устройства для электрического отопления по высоковольтной магистрали от локомотива.
Таким образом, централизованная система электроснабжения подразумевает наличие специального вагона-электростанции или размещение на локомотиве дополнительного оборудования. Все это приводит к усложнению электрооборудования железнодорожного состава и не & обеспечивает универсальности использования вагонов на различных направлениях движения.
В связи с вышесказанным в настоящее время на железных дорогах России и стран СНГ наибольшее распространение получила автономная система электроснабжения пассажирских и почтовых вагонов, которая является более предпочтительной по сравнению с централизованной. Вагон с автономной системой электроснабжения обладает большей маневренностью при формировании поездов, сравнительной простотой конструкции и обслуживания в эксплуатации, а также имеет более высокую надежность системы электроснабжения поезда.
Автономная система энергоснабжения, как известно, включает в себя генератор с приводом от оси колесной пары и аккумуляторные батареи. Наиболее сложным вопросом при разработке такой системы является создание простого по конструкции и надежного в эксплуатации привода вагонного генератора. Это объясняется тем, что конструкция привода должна отвечать жестким требованиям, вытекающим из реальных условий эксплуатации на железных дорогах и особенностям установки привода на вагоне [79]. Все это привело к тому, что в настоящее время на железных дорогах России и стран СНГ эксплуатируется большое количество различных конструкций приводов V вагонных генераторов, которые условно можно разделить на три типа.
К первому типу относятся плоскоременные приводы от средней части оси колесной пары. Такой привод был разработан для генераторов типа РД, ГСВ и "Газелан" и применяется до настоящего времени — им оборудовано около 15% вагонов пассажирского парка. Он состоит из разъемного шкива, закрепленного на средней части оси колесной пары, плоского разъемного ремня, малого ведомого шкива, установленного на валу генератора, натяжного пружинно-винтового устройства и кронштейнов для шарнирной подвески генератора к раме вагона.
Многолетняя эксплуатация указанного привода выявила его v ограниченную тяговую способность, вследствие недостаточного сцепления ремня со шкивом и малого диаметра ведомого шкива, а также малый срок службы ремня, вследствие значительных перенапряжений от начального натяжения и изгиба на ведомом шкиве. Недостаточная тяговая способность не позволяет получать за выпрямителем мощности более 3,5 кВт, что является недостаточным для удовлетворения нужд современного вагона.
Ко второму типу относятся редукторно-карданные приводы. Мощность этих приводов находится в пределах от 4,5 до 39 кВт, причем, приводы меньшей мощности приводятся во вращение от торца оси, а большей - от ее ?\ середины. В первом случае генератор расположен на раме тележки, а во втором - на раме кузова. Приводы этого типа получили широкое распространение и в настоящее время ими оборудовано около 20% вагонов отечественного пассажирского парка. Конструкция этих приводов, относящихся ко второму типу, подробно описана в отечественной литературе [121], [122], [159].
Серьезным недостатком этих приводов является размещение значительной массы (до 90 кг) на буксе колесной пары. Исследования Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта установлено отрицательное влияние редуктора на работу буксового узла при больших скоростях движения. В связи с этим, по решению Главного Г управления вагонного хозяйства МПС, скорости движения пассажирских вагонов с редукторно-карданным приводом от торца оси были ограничены до 120 км/ч. Работы по совершенствованию приводов этого типа широко проводятся в Германии. Для вагонов с кондиционированием воздуха разработан, серийно изготавливается и поставляется в Россию привод WBA-32 от средней части оси колесной пары и размещением генератора на раме вагона [122]. В России разработан отечественный аналог - привод АСТ-32, который с 2000 года начинает устанавливаться на пассажирские вагоны производства ОАО "Тверской вагоностроительный завод".
К третьему типу относятся приводы с клиноременной передачей.
Для скоростных поездов, эксплуатирующихся на линии Москва-С.Петербург, был разработан и изготавливался в течение ряда лет текстропно-карданный привод от торца оси колесной пары ТК-1, рассчитанный на приведение в действие генератора типа ГСВ-8А мощностью 8 кВт. Эксплуатация текстропно-карданного привода на скорых поездах показала, что он имеет преимущества перед РК приводами, однако, из-за недостаточного передаточного числа (1,78 или 2,4 для различных модификаций), он обеспечивает включение генератора только при скоростях свыше 85 км/ч. ,
Этот недостаток был устранен в последующей конструкции текстропного привода от средней части оси колесной пары (ТСО-8). Передаточное отношение привода ТСО-8, равное 3,2, обеспечивает включение генератора на нагрузку при скорости движении вагона 35 км/ч и достигает номинальной мощности при скорости 55-60 км/ч. В этом заключается главное преимущество данного привода перед текстропно-карданным от торца оси.
Однако, в процессе эксплуатации, выявлен ряд недостатков этой конструкции, а именно неудобство регулировки натяжения и замены ремней, для чего требуется выкатывать колесную пару из-под вагона. Кроме того, наблюдаются частые случаи утери крайних ремней. Как показал анализ, главными причинами этого являются значительное (до 10-15 мм) смещение шкивов привода при перемонтаже его на дорогах, а в зимнее время -образование наледи на частях тележки, расположенных рядом с клиноременной передачей.
Эти недостатки были устранены в текстропно-редукторно-карданном (ТРК) приводе от торца оси колесной пары, которым оборудовано около 30% пассажирских вагонов и в новом текстропно-карданном приводе ТК-2, которым вагоны оборудуются и в настоящее время и общее число превышает 35% вагонов всего парка. Мощность систем энергоснабжения с приводами ТРК и ТК-2 составляет 8 кВт в длительном режиме со скорости 40±3 км/ч и 9 кВт в часовом режиме начиная со скорости 50 км/ч.
Таким образом, можно отметить, что приводы с клиноременной передачей имеют наибольшее распространение на сети железных дорог и все вновь поставляемые пассажирские вагоны без кондиционирования воздуха планируется оборудовать приводами с клиноременной передачей.
Многолетняя эксплуатация приводов с клиноременной передачей показала, что, несмотря на свои преимущества по сравнению с редукторно-карданными приводами, эти конструкции не избежали недостатков. Одним из основных недостатков указанных приводов является низкая надежность клиноременной передачи, что отрицательно сказывается на работоспособности всей системы энергоснабжения. Это связано с низкой работоспособностью комплекта клиновых ремней и неудачной конструкцией натяжных устройств. Причиной низкой работоспособности клиноременных передач является отсутствие исследований особенностей применения ремней на подвижном составе. Кроме того, конструкция подвески генератора на раме тележки не исключает возможности ее разрушения и падения генератора на путь во время движения поезда. Многие недостатки эксплуатирующихся приводов связаны с отсутствием общей методики оценки надежности, долговечности и тягово-энергетических показателей отдельных узлов приводов. Последнее затрудняет проведение работ по созданию новых и совершенствованию эксплуатирующихся приводов. Решению указанных проблем и посвящена настоящая работа.
Обзор и анализ исследований приводов вагонных генераторов
С момента появления индивидуальных систем энергоснабжения пассажирских вагонов проведено большое количество исследований, задачи которых изменялись в зависимости от потребности производства в процессе эволюции приводов вагонных генераторов. Анализ современного состояния научных исследований приводов вагонных генераторов позволит отметить их основные тенденции и наметить направления дальнейших работ,
В одной из первых отечественных работ, выполненных Шиманским СВ., приведен исторический анализ применяющихся систем освещения и приводных устройств [128]. В частности, в работе отмечалось, что изготовленные в России и Германии фирмой "Pinsch", опытные приводы с цепной передачей оказались сложными в эксплуатации в связи с необходимостью тщательной установки и частых регулировок.
В более поздней работе [145] также сделан анализ способов отбора мощности от оси колесной пары и дается характеристика различным приводам. Так, определенный интерес представляет сообщение о том, что приводы генераторов с трамвайной подвеской редуктора - односторонним креплением его к раме тележки - и непосредственным креплением на оси (фирма "Pinsch" и . Всеобщая компания электричества) из-за большой сложности, веса и высокой стоимости не получили большого распространения. Анализу конструктивных схем посвящены также работы [15], [118].
Одним из первых более детальных исследований приводов вагонных генераторов было выполнено Княжкиным В.И.. Исследуя динамические процессы в узлах привода, автор установил основные факторы, вызывающие динамические нагрузки на вагонный генератор и получил основные закономерности и расчетные значения динамических показателей. Было установлено, что динамические нагрузки во время торможения при отсутствии заклинивания колесной пары, связанной с приводом, достигают номинальных, а при заклинивании до 4,5 значений номинальной нагрузки для редукторно-карданных приводов от торца оси. Значительные динамические нагрузки в приводе возникают от вертикальных и горизонтальных колебаний рамы тележки вагона. Кроме того, установлено, что наличие в приводе карданного вала вызывает возникновение периодических угловых колебаний. Даже при равномерном вращении от этих колебаний могут возникнуть значительные инерционные моменты, которые в некоторых случаях вызывают разрушение шарниров вала.
Исследования Карагодина И.А. [28], [29], [30] направлены на решение вопросов, связанных с улучшением условий передачи крутящего момента в редукторно-карданных приводах. В результате исследований предложена установка предохранительной муфты, которая автоматически включает и выключает генератор при определенной скорости движения, предохраняет привод от внезапных перегрузок крутящего момента на карданном валу и регулирует в эксплуатационных условиях величину передаваемого крутящего момента от оси колесной пары к генератору.
Большое количество исследований по РК приводам вагонных генераторов выполнено в МИИТе под руководством Щепетильникова В.А. Так, в работах Лысенко А.А. [42], [43], [44], [130], [131] на основе качественного и количественного анализа статистических данных об эксплуатации приводов вагонных генераторов установлены характерные неисправности основных узлов и причины их возникновения. Автором определены критические силы и моменты, вызывающие мгновенные отказы (заломы, разрушение) деталей привода с учетом перемещения редуктора и генератора. В результате теоретических качеств привода разработаны рекомендации по предохранению его разрушений и повышению надежной и безаварийной работы привода в период межремонтного пробега вагона. Исследованиям приводов РК посвящены и другие работы [123], [124], [126], [127], [133], [134], [135], [136], [142], выполненные в МИИТе и X ВНИИЖТе, в которых продолжена доработка существующих конструкций и изложены результаты новых исследований. Имеется еще ряд работ, в которых проведено исследование нагруженности и работоспособности РК приводов от торца оси [113], [114], [115]. Причем, в последних работах начинает проводиться сопоставление приводов РК от торца оси с приводами ТРК, имеющими клиноременную передачу. Кроме исследований непосредственно приводов в ВНИИЖТ Кудрявцевым Н.Н. были проведены исследования влияния инерционных нагрузок от привода на колесную пару при прохождении колесом неровностей пути, стыков и стрелочных переводов. При этом определены нагрузки на элементы буксового узла и максимальная дополнительная величина необрессоренной массы привода на буксе до 30 кг при отборе мощности от торца оси колесной пары. Эти нагрузки, определяемые, в основном, уровнем низкочастотных ускорений (до 60 g) и приведенной массой буксового узла, приводят к уменьшению запаса прочности оси колесной пары ниже допускаемого для пассажирских вагонов уже при скоростях 100 км/ч. Те же нагрузки, по расчетам Карагодина Н.А., являются одними из главных причин частых заклиниваний и поломок заднего подшипника ведомой шестерни эксплуатирующихся РК приводов от торца оси [30]. В связи с полученными данными о неблагоприятном воздействии РК привода на буксовый узел, а также, учитывая то, что частота основных отказов, несмотря на проведение ряда мероприятий по совершенствованию приводов, остается высокой, было принято решение о прекращении выпуска редукторно-карданных приводов от торца оси колесной пары. Несколько иные весовые ограничения для РК приводов от торца оси были получены в работе [7].
В связи с прекращением производства РК приводов резко сократилось количество работ по ним. По существу стоит отметить только работы БелИЖТа, в которых была сделана попытка вернуться к разработке РК приводов от торца оси, но с планетарным редуктором [38], [39], [40]. Однако, по имеющимся данным, эта попытка не была доведена до эксплуатационной проверки. Более подробный анализ работ по РК приводам от торца оси проведен в диссертациях [44], [115].
Экспериментальная оценка коэффициента полезного действия систем энергоснабжения с приводом ТК-2
Проведенный обзор и анализ развития приводов и исследований в этой области позволил сформулировать следующую цель настоящего исследования: разработка методов проектирования, расчета и испытаний приводов вагонных генераторов и создание на их основе типового ряда генераторно-приводных установок пассажирских вагонов. Для ее достижения необходимо в начале решить следующие задачи: провести исследование тяговой способности и нагруженности серийных приводов вагонных генераторов; оценить влияние технологических отклонений параметров ремней и передачи на нагруженность ремней многоручьевых передач приводов вагонных генераторов; произвести статистическую оценку нагруженности ремней многоручьевых клиноременных передач; определить долговечность клиноременных передач на основании статистических данных из эксплуатации. В дальнейшем разработанный метод оценки тяговой способности и нагруженности ременных передач приводов вагонных генераторов использовался для: разработки мероприятий по повышению работоспособности ременных передач приводов вагонных генераторов; исследований условий работы и разработки предложений по совершенствованию натяжных устройств приводов вагонных генераторов; исследований, разработки и всесторонних испытаний принципиально новых конструкций подвесок генератора на раме тележки; проработки и расчетно-экспериментальных исследований кинематических схем приводов вагонных генераторов от средней части оси колесной пары с размещением генератора на раме тележки; проработки и обоснования предложений по ременным приводам мощностью 16-19 кВт; разработки и обоснования генераторно-приводных установок для систем энергоснабжения пассажирских вагонов мощностью 8, 16 и 32 кВт.
В данной главе приведены результаты экспериментальных исследований тяговой способности привода ТРК, исследования по определению коэффициента полезного действия ременной передачи привода ТРК, системы электроснабжения ЭВ. 10.02.29 с приводом ТК-2 и анализ нагруженности приводов в сборе в условиях реальной эксплуатации для вагонов без кондиционирования воздуха.
Для ременных передач приводов вагонных генераторов их тяговую способность наиболее удобно характеризовать зависимостями скольжения (є) и коэффициента полезного действия (г)) от мощности, снимаемой с генератора. Такие тяговые характеристики позволяют быстро переходить к анализу энергетических характеристик всей системы энергоснабжения пассажирского вагона. Исследование тяговой способности ременной передачи ТРК привода производилось по методике разработанной автором [21], [79].
При скорости вагона около 40 км/ч привод обеспечивает снятие с генератора требуемой мощности только при верхней ведущей ветви. При нижней ведущей ветви NreH=6 кВт при скольжении 3% и 8,5 кВт при скольжении 6,5%. Следует отметить, что при таком скольжении происходит резкое снижение к.п.д. ременной передачи, которое составляет около 87%. Значения коэффициента тяги при максимальных нагрузках достигают 0,85. При мощности генератора около 6 кВт к.п.д. передачи наибольший и лежит в пределах от 93 до 96% (рис. 2.1). С увеличением скорости вагона до 50 км/ч происходит увеличение тяговой способности передачи. При верхней ведущей ветви передача обеспечивает съем с генератора мощности 12,5 кВт при скольжении 5% и 10,5 кВт при скольжении 3%. При нижней ведущей ветви максимальная мощность генератора возрастает до 9,75 кВт при скольжении 6% и до 7,5 кВт при скольжении 3%. Максимальной мощности генератора при нижней ведущей ветви соответствует и минимальный к.п.д. клиноременной передачи, составляющий немногим более 85%. Для других режимов работы значения к.п.д. при скорости VB=50 км/ч очень близки предыдущим показаниям (рис. 2.1). При скоростях движения вагона 60 и 70 км/ч различия в тяговой способности между направлениями вращения уменьшаются, а значения к.п.д. наиболее стабильны во всем диапазоне мощностей генератора. Для скорости 60 км/ч при скольжении 3% передача обеспечивает снятие с генератора мощности 10,5 кВт для нижней и 12 кВт для верхней ведущей ветвей. Для скорости 70 км/ч передача обеспечивает снятие с генератора мощности 12 кВт в обоих направлениях вращения. Значения коэффициентов тяги при максимальных нагрузках генератора в этом случае не превышает 0,75, а к.п.д. лежит в интервале от 90 до 95% (рис. 2.2). При дальнейшем увеличении скорости тяговая способность передачи позволяет увеличивать мощность генератора, однако, в связи с ее ограничением по электрическим показателям для генераторов данного типа, таких экспериментов не проводилось. При VB=170 км/ч передача позволяет снимать с генератора мощность более 14 кВт при невысоком уровне скольжения (рис. 2.3). Однако к.п.д. передачи при таких скоростях ниже и составляет от 80 до 92%.
Влияние отклонений в геометрических размерах канавок шкивов
Как отмечалось, в МКП наблюдается неравномерное распределение начального натяжения и окружного усилия между ремнями, что снижает тяговую способность и долговечность передачи. Для повышения рабочих характеристик МКП в стандартах на клиновые ремни рекомендуется производить подбор ремней по длинам и дается допуск на разницу длин. В соответствии с этими требованиями разработаны специальные стенды для комплектации ремней. Кроме того, при выходе из строя одного ремня комплекта требуется замена всего комплекта. Подбор в один комплект новых и старогодных ремней не допускается.
Следует отметить, что в процессе работы вытяжка ремней комплекта происходит неравномерно и установленная величина AL в процессе работы может изменяться в любую сторону. Последнее еще связано с тем, что на неравномерность распределения нагрузок влияют и другие факторы, по которым подбор ремней не производится. В связи с этим в работе [76] предлагается для МКП приводов вагонных генераторов производить перекомплектацию ремней при проведении плановых ТО вагонов и даются рекомендации по комплектации и подбору комплектов из старогодных ремней.
В связи с тем, что AL является не единственным, а часто и не самым главным фактором, влияющим на неравномерность распределения нагрузок МКП, автором в работах [76], [91] предложено подбирать ремни по расчетной ширине. Для этого разработана установка по подбору ремней по методика комплектации ремней с учетом AL и Abp.
Аналогичные рекомендации приведены и в работе [64], где рекомендуется подбирать ремни по передаточным отношениям, которые включают и учет Abp. Однако следует отметить, что изложение рекомендации по подбору ремней в стандарты не вошли, и подбор ремней производится только по AL. Следует отметить, что и в этом случае отмечается ряд серьезных нарушений. Это особенно выявилось при переходе с привода ТРК (4 ремня С(В)-2360Т) на привод ТК-2 (5 ремней В(Б)-2500Т).
Автор, совместно с ПКБ ЦВ МПС, провел работу по оценке технического состояния привода на пассажирских вагонах в течение I межремонтного периода (2 года с момента постройки). На основании полученных результатов (141 полная наработка) было установлено, что средняя долговечность ременной передачи привода ТК-2 составила 35,5 тыс. км, что почти в два раза ниже, чем для ременных передач приводов ТРК.
При проведении наблюдений за ременными передачами было отмечено, что для привода ТРК долговечность ремней по первым полным наработкам на 12- 50% выше, чем по всем полным наработкам. Это говорит о том, что в заводских условиях (первые полные наработки), по сравнению с депо (последующие полные наработки), более тщательно проводится комплектация ремней и установка величины начального натяжения. Для привода ТК-2 различные между первыми и последующими полными наработками достигает значительно больших величин, чем для привода ТРК. Так, по 19 первым полным наработкам, средняя долговечность составляет 78,6 тыс. км пробега, т. е. практически не уступает долговечности ременной передачи привода ТРК. По 18 полным вторым наработкам средняя долговечность составляет 23,0 тыс. км, по 16 третьим - 21,0 тыс. км, по 15 четвертым - 20,1 тыс. км и т. д.
Таким образом, явно вскрывается факт неправильного обслуживания клиноременной передачи привода ТК-2 в условиях депо. Такое состояние дел с ременными передачами приводов ТРК и ТК-2 приводит к увеличенному расходу ремней на сети железных дорог и, как следствие, их постоянному дефициту. Для устранения указанных явлений автором, совместно с ПКБ ЦВ МПС и АОНИИРП, проведена большая работа по выяснению причин неудовлетворительной работы ременной передачи приводов и разработке предложений, направленных на повышение их надежности.
Первым направлением работ было исследование причин существенного различия долговечности ремней, определенной по первым и последующим полным наработкам.
Клиновые ремни, устанавливаемые на приводы ТРК и ТК-2 в условиях завода, комплектуются на специализированных и различных по геометрии шкивов стендах. В то же время, по данным ПКБ ЦВ МПС, в условиях депо стенды для комплектации ремней В(Б)-2500 отсутствуют, и комплектация этих ремней осуществляется на стендах, предназначенных для ремней С(В)-2360.
В соответствии с ГОСТ 1284.1-89 расчетную длину ремней измеряют на стенде, состоящем из двух измерительных шкивов с одинаковыми диаметрами, под натяжением (рис. 4.4). К одному из шкивов прилагается усилие F, создаваемое грузами. Натяжение ремня, расчетные диаметры измерительных шкивов регламентированы вышеуказанным стандартом. Расчетную длину ремня Lp в миллиметрах при измерении на двух шкивах вычисляют по формуле
При подборе ремней В(Б)-2500 на стендах, предназначенных для ремней С(В)-2360, несовпадение размеров канавок шкивов и сечения ремня приводит к тому, что ремень ложится нижним основанием на дно канавки шкива (рис. 4.5). В этом случае в расчет входит только фактическая разница внутренних длин ремня и не учитывается допуск на расчетную ширину ремня. В результате при различной ширине ремней расчетные диаметры их на шкивах стенда будут одинаковы. Таким образом, в этом случае при определении LP существующая разница расчетной ширины ремней не учитывается.
Статистическая оценка суммарной неравномерности распределения начального натяжения между ремнями МКП приводов
Перед началом проведения измерений проводится тарировка, которая осуществляется при помощи контрольного рычага с плечом 1000 мм и мерного груза, ступенями. Величина груза на каждой ступени зависит от сечения рабочих зон мессдозы.
Для измерения угловых скоростей валов применялась схема, в которой используется диск с отверстиями, прерывающий световой поток от источника света к фотодиоду (рис. 6.4). Для повышения точности замеров диск изготавливался с 16 отверстиями, то есть за один оборот вала на регистрирующее устройство посылалось 16 импульсов. Так как фотодиод ФД-ЗА работает совместно с частотомером ЧЭ-32, который дает погрешность ± 1 деление, то при измерении оборотов валов в диапазоне скоростей движения вагона с включенным приводом вагонного генератора величина погрешности определения частоты вращения генератора составляет менее 1%.
Разработанная методика определения мощности на валах механических передач неоднократно использовалась в ТИВ для исследования тяговой способности и к.п.д. генераторов [68]. Высокая точность замеров и стабильность показаний регистрирующей аппаратуры в широком диапазоне нагрузок (от 0 до 15 кВт на каждом валу) и скоростей вращения (от 200 до 4000 об/мин) позволяют рекомендовать настоящую методику для исследования других типов механических передач. При исследовании тяговой способности приводов вагонных генераторов возникает необходимость определения электрической мощности на выходе генератора. Дело в том, что показатели тяговой способности ременной передачи всегда рассматриваются в совокупности с мощностью генератора, которую он может обеспечить в системе электроснабжения при соответствующих показателях тяговой способности ременной передачи [27], [68].
В качестве потребителя электрической энергии использовалась чисто активная нагрузка в виде проволочных реостатов, изготовленных из нихромовой проволоки. Нагрузка разбита на секции и подключалась к генератору с помощью электроустановочных автоматических выключателей.
Для измерения электрической мощности на выходе основной обмотки генератора (дополнительная обмотка при испытаниях не подключалась к потребителям) использовался измерительный комплект К-51, который допускает измерение в цепях переменного тока с частотой от 45 до 60 Гц. С целью расширения пределов измерения по току был использован отдельный блок измерительных трансформаторов тока Н520. Действительная величина измеряемой мощности трехфазной трехпроводной цепи определялась из выражения где Cvv - постоянная ваттварметра в кВт/дел; aw - отчет по шкале ваттварметра в делениях.
Основная погрешность измерительного комплекта К51 при измерении активных мощностей с включением отдельного блока трансформаторов не превышает ±0,7% от конечного значения рабочей части шкалы, что равно около 0,25 кВт.
При изменении нагрузки от 0 до максимальной и измерения вращения ротора генератора происходит изменение величины напряжения на выходе генератора. Для его поддержания в пределах от 47 до 53 В необходимо изменять величину тока в обмотке возбуждения. С этой целью от ВСА-5 на цепь, состоящую из вольтодобавочной и шунтовой обмоток, подавалось плавно изменяемое напряжение. Величина напряжения на выходе основной обмотки генератора контролировалась с помощью вольтметра, входящего в состав измерительного комплекта К51 [68].
Используя зависимости (6.9), (6.11) и (6.17), проведем расчетный анализ тяговой способности привода ТРК. Величина мощности на ведомом шкиве связана с мощностью в системе энергоснабжения NCHCT следующим выражением:
%э ЛРЕД ""Лкв где Гкэ - коэффициент полезного действия комплекса электроснабжения, который для низких скоростей движения с генератором 2ГВ-003 равен 0,76; гРед - коэффициент полезного действия редуктора равен 0,95; TjKB - коэффициент полезного действия карданного вала равен 0,99. При расчетах вариантов привода ТРК с ремнями С(В)-2360Т угол ср=34 для ведомого шкива по заводской документации.
Как видно из результатов расчета ТРК привода при жесткости пружины 75 Н/мм (табл. 6.1) и 675 Н/мм (табл. 6.2), введение в натяжное устройство дополнительной пружины жесткостью 600 Н/мм отражается на тяговой способности передачи только при нижней ведущей ветви. При этом снижение величины AF, вызванной реактивным моментом, достигает 2,3 раза. Однако такое снижение не позволяет поднять тяговую способность ТРК привода при нижней ведущей ветви до требуемого уровня. При f=0,25 привод обеспечивает получение в системе энергоснабжения мощности 8 кВт лишь со скорости более 56 км/ч при требуемой 40±3 км/ч.
При устранении влияния реактивного момента (табл. 6.3) ТРКП обеспечивает получение в системе энергоснабжения мощности 8 кВт только при скоростях вагона более 50 км/ч, что также не удовлетворяет техническим требованиям. Таким образом, можно констатировать, что привод ТРК с комплектом из четырех серийных ремней С(В)-2360Т при натяжении 3,3 кН в принципе не может обеспечить получение требуемой мощности в системе энергоснабжения при существующих кинематических характеристиках ременной передачи.
Одним из путей повышения тяговой способности ТРКП является увеличение начального натяжения клиноременнои передачи, что возможно в случае использования узких клиновых ремней. На ОАО "ТВЗ" был разработан и изготовлен привод ТРК с пятью узкими клиновыми ремнями УБ-2360, которые позволяют поднять величину начального натяжения до 4,75 кН. Натяжное устройство этого привода имеет также две пружины с суммарной жесткостью 675 Н/мм [82].
Проанализируем тяговую способность данного привода при различных направлениях вращения. При расчетах используем все зависимости, полученные ранее для привода с серийными ремнями С(В)-2360Т, изменяя лишь значения коэффициента К. Кроме того, следует учесть, что для узких ремней угол канавки ведомого шкива диаметром 200 мм рекомендуется брать ф=38, вместо ф=34 для серийных клиновых ремней.
Как показали результаты расчета (табл. 6.4), использование узких клиновых ремней позволяет поднять тяговую способность ТРК привода до требуемого уровня в обоих направлениях вращения. Так при f=0,25, получение мощности 8 кВт в системе энергоснабжения вагона обеспечивается при скорости около 40 км/ч для нижней ведущей ветви и 30 км/ч при верхней (рис. 6.5).
