Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время на железных дорогах России наибольшее распространение получила индивидуальная система электроснабжения пассажирских и почтовых вагонов, которая является более предпочтительной по сравнению с централизованной. Вагон с индивидуальной системой электроснабжения обладает большей маневренностью при формировании поездов, сравнительной простотой конструкции и обслуживания в эксплуатации, а также имеет более высокую надежность системы электроснабжения поезда.
Освоение производства пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха потребовало увеличение мощности их системы электроснабжения до 32 кВт. Этому требованию соответствует только редукторно-карданный привод от средней части оси колесной пары (РК) типа WBA-32 производства фирмы "Flender" (Германия) или его отечественные аналоги, которые не обладают высокой надежностью, а их эксплуатация требует высокой квалификации обслуживающего персонала, специального ремонтного и диагностического оборудования.
В связи с этим ОАО "Тверской вагоностроительный завод" (ТВЗ) и ЗАО НО "Тверской институт вагоностроения" (ТИВ) ведут работы по созданию надежных отечественных приводов повышенной мощности. Одной из последних разработок является клиноременный привод от средней части оси колесной пары с генератором мощностью 16 кВт, размещенным на раме тележки (ТСО-16Т) (рис. 1). Этот привод состоит из ведущего шкива 1 диаметром 585 мм, установленного на средней части оси колесной пары, и ведомого шкива 2 диаметром 205 мм, установленного на хвостовике ротора генератора. Генератор 3 с помощью шарнирной подвески 4 устанавливается на концевой балке 5 рамы серийной пассажирской тележки. Привод оснащается клиноременной передачей 6, состоящей из 6 клиновых ремней сечения С с расчетной длиной 3200 мм. Натяжение передачи осуществляется пружинно-винтовым натяжным устройст-
вом с усилием натяжения 4,5 кН. Кроме того, на случай экстренной замены ремней при остановках в пути следования предполагается использовать разъемные ремни типа "Rocon" производства фирмы "Roulunds Fabriker" (Дания), которые в количестве 2-3 комплектов хранятся в штабном вагоне у поездного электромеханика.
Рис. 1 Принципиальная схема клиноременного привода ТСО-16Т от средней части оси колесной пары
На ТВЗ был изготовлен вагон с опытной генераторно-приводной установкой и двумя приводными тележками, каждая из которых оборудована приводом ТСО-16Т. Оба генератора работают параллельно на общую шину системы электроснабжения. Вагон находится в подконтрольной эксплуатации в составе фирменного поезда № 17/18 "Кама" на маршруте "Пермь-Москва". Анализ результатов наблюдений выявил ряд недостатков: недостаточная эксплуатационная долговечность ремней клиноременной передачи, их переворачивание и сбрасывание со шкивов, отсутствие удобного доступа к натяжному устройству привода и простого способа проверки усилия начального натяжения ремней. Устранению данных недостатков и посвящена настоящая работа. Исходя из выше изложенного, научная проблема диссертационного исследования форму-
лируется следующим образом: создание отечественного, надежного, конкурентоспособного клиноременного привода вагонного генератора от средней части оси колесной пары, обеспечивающего необходимой электроэнергией пассажирский вагон с кондиционированием воздуха, позволяющего исключить применение редукторно-карданных приводов типа WBA-32.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование и совершенствование клиноременного привода вагонного генератора от средней части оси колесной пары (ТСО-16Т), с учетом выявленных в период подконтрольной эксплуатации недостатков.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
разработать математическую модель привода;
исследовать привод с помощью разработанной математической модели;
выполнить экспериментальное определение упругих и геометрических характеристик клиновых ремней новых типов;
изучить влияние геометрических и упругих характеристик новых типов ремней на распределение нагрузок межу ремнями привода вагонного генератора;
разработать рекомендации по совершенствованию привода и его отдельных узлов;
провести исследование эксплуатационной надежности серийных клино-ременных приводов;
осуществить оценку надежности исследуемого привода ТСО-16Т с учетом предлагаемых технических решений.
Методика исследования. Работа основывалась на результатах теоретических и экспериментальных исследований. Методологической основой теоретических методов являются основные положения теоретической механики и динамики машин, теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования выполнялись на специальных стендах, разработанных автором, а наблюдения за работоспособностью привода осуществлялись в экс-
плуатационных условиях на сети железных дорог России. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием современных ЭВМ.
Научная новизна полученных результатов, которые выносятся на защиту:
разработана математическая модель привода вагонного генератора от средней части оси колесной пары, которая впервые позволила провести не только качественный, но и количественный анализ колебательных процессов проходящих в системе;
проведены экспериментальные исследования по определению упругих и геометрических характеристик клиновых ремней новых типов сечений В и С, которые применяются в серийных генераторно-приводных установках железнодорожных вагонов, а также выбраны и обоснованы исходные данные для разработанной математической модели;
предложено и проработано виброзащитное устройство, которое обеспечивает снижение вибронагруженности привода вагонного генератора
разработаны технические и методологические рекомендации по совершенствованию привода ТСО-16.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Полученные в работе результаты имеют практическое значение для решения задач, возникающих при создании отечественного, надежного, конкурентоспособного клиноременного привода вагонного генератора от средней части оси колесной лары, обеспечивающего необходимой электроэнергией пассажирский вагон с кондиционированием воздуха.
Представленная в диссертации математическая модель позволяет выбрать рациональные параметры элементов привода, даны рекомендации по определению их упругих связей.
Предложена конструкция натяжного устройства на основе канатного амортизатора, способствующая снижению вредного воздействия динамических нагрузок на элементы привода.
Разработана новая конструкция шкивов исследуемой клиноременной пере-
дачи, позволяющая снизить неравномерность распределения напряжений между ремнями и повысить их эксплуатационную надежность.
Доказана неправомерность существующего метода обеспечения начального натяжения между ремнями, предложен новый, с помощью универсальных устройств, которые изготавливают фирмы производители клиновых ремней.
Основные результаты работы использованы ТИВ в научно-исследовательских работах, проводимых по хоздоговорам с ТВЗ. Технические и методологические рекомендации используются ТВЗ при проектировании новых типов клиноременных приводов.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на: научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития вагоностроения", Брянск, 2004 г.; международной научно-технической конференции "Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты" Санкт-Петербург, 2005 г.; II международной научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития вагоностроения" Брянск, 2005 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и общих выводов. Объем диссертации 130 страниц машинописного текста, 51 рисунок и 12 таблиц. Список литературы включает 107 наименований.
