Содержание к диссертации
Введение
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 8
2.1. Типы приводов подвагонных генераторов 8
2.2. Виды и причины выходов из строя карданных валов 19
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАРДАННЫХ ВАЛОВ
С ДВУМЯ ШАРНИРАМИ ГУКА 23
3.1. Анализ крутильных колебаний 23
3.2. Разработка методики и определение критических скоростей по изгибным колебаниям 35
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВАЛОВ С РЕЗИНО-
МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ШАРНИРАМИ 57
4.1. Определение резонансных состояний по крутильным колебаниям 57
4.2. Определение резонансных состояний по изгибным колебаниям 60
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 69
5.1. Цель и объект экспериментальных исследований 69
5.2. Методика экспериментального исследования и обработка полученных результатов 76
5.3. Результаты экспериментов 79
5.3.1. Экспериментальное исследование влияния неуравновешенности вращающихся масс на
динамические нагрузки карданного вала 79
5.3.2. Исследование резонансных состояний карданных валов и валов с резино-металлическими шарнирами 99
5.3.3. Исследование фактически действующих нагрузок в узлах карданных валов 102
6. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КАРДАННЫХ ВАЛОВ
7. РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 123
Выводы и рекомендации 127
Литература ^9
Приложения Т39
- Типы приводов подвагонных генераторов
- Анализ крутильных колебаний
- Определение резонансных состояний по крутильным колебаниям
- Методика экспериментального исследования и обработка полученных результатов
- ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КАРДАННЫХ ВАЛОВ
Типы приводов подвагонных генераторов
Для приводов от средней части оси характерно применение длинных (до 1500 мм) и тяжелых карданных валов (до Ц5 кгс) с двумя шарнирами Тука (рис,2.1). Все конструкции приводов от средней части оси требуют применения разъемных узлов, СЛОЕНЫ в изготовлении и ремонте, создают трудности контролирования состояния колесных пар, что очень важно в условиях скоростного движения, и поэтому наметилась тенденция к созданию редукторно-карданных приводов от торца оси.
Имеется два типа приводов от торца оси, в одном из них используются конические передачи и валы с резино-металлическими шарнирами (тип РК и Фага П), которыми оборудованы вагонв ВНР, ПНР, ЧССР, НРБ и СССР (рис.2.2).
С 1968 года на серийных пассажирских вагонах типа ЦМВО-бб, предназначенных для скоростей движения до J60 км/час, устанавливается текстропно-редукторно-карданный привод (ТРК) конструкции (КВЗ), имеющий одноступенчатую зубчатую передачу и короткий (500 мм), легкий карданный вал (9,6 кгс), (рис.2.1).
В настоящее время продолжаются поиски принципиально новых типов привода, например, гидропривода.. Спроектирован и изготовлен опытный образец привода КВЗ, в котором в ведомый шкив клиноременной передачи вмонтирован планетарный редуктор типа 2КН, непосредственно соединяющийся с генератором. Проходит опытную проверку привод ТК, созданный на базе ТРК и отличающийся от последнего тем, что в нем применен тихоходный генератор и исключен зубчатый редукторЦ/2.4-У.
Применяющиеся приводы имеют большое разнообразие как в конструкциях, так и в технических данных.
class2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАРДАННЫХ ВАЛОВ
С ДВУМЯ ШАРНИРАМИ ГУКА class2
Анализ крутильных колебаний
Вопросам исследованиякрутильных колебаний в приводе ТРК, вызванных возмущениями со стороны подвагонного генератора, была посвящена работа, изучающая перспективную систему электрооборудования пассажирского вагона [12.15] . В качестве возмущений использовались сбросы и набросы нагрузки в фазные замыкания генератора. Экспериментально было установлено, что значения амплитуд возникающего при этом динамического крутящего момента карданных валов, не превышают 20?о от номинального и неопасны для привода.
При теоретических исследованиях как в этой работе, так и в [430j58]карданный вал рассматривался как система с абсолютно жесткими сочленениями.
В действительности валопроводы привода подвагонных генераторов представляют собой многомассовую упругую систему, в которой, из-за зазора и износа в шлицевом соединении, могут возникать колебания, вызываемые нелинейной восстанавливающей силой.
На рис. 3.1 и 3.2 представлены кинематические схемы двух типов приводов от торца и середины оси, а на рис. 3.3 динамическая модель валопровода, при этом, как это обычно принято, распределенные массы заменены сосредоточенными, моменты инерции карданного вала приведены по концам цилиндрической части пропорционально расстояниям до центра тяжести.
class3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВАЛОВ С РЕЗИНО-
МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ШАРНИРАМИ class3
Определение резонансных состояний по крутильным колебаниям
Для определения собственных частот изгибных колебаний будем рассматривать вал с равномерно распределенной по длине массой, имеющий на концах сосредоточенные точечные массы, упруго связанные с другой точечной массой.
На рис. 4.3 представлена динамическая модель приводного вала типа РК и Фага П с резино-металлическими шарнирами, при этом за неподвижную систему принята рама тележки. На рис. 4.3 обозначено: /711 - приведенная масса резино-металлического шарнира; /7 2 - приведенная масса вращающихся частей редуктора и стакана; /77 - распределенная масса цилиндрической части вала; Qj - радиальная жесткость резино-металлических шарниров; Сп приведенная жесткость амортизирующих пружин тележки. В связи с тем, что жесткости подвесок генератора и редуктора привода ТРК малы, расчетная схема этого вала несколько отличается от вала приводов РК и Фага П (рис. 4.4).
Определим частоту колебаний масс Щ1 слева и справа - р и Л и найдем частоту изгибных колебаний вала с распределенной по длине массой.
Резино-металлический вкладыш состоит из различных материалов и имеет сложную геометрическую форму, поэтому его жесткость била найдена экспериментально при рабочих температурах + 20. В приложении 4 приведено описание установки, на которой определялась жесткость вкладыша и шарнира в сборе.
Методика экспериментального исследования и обработка полученных результатов
Классический регрессионный анализ базируется на обработке результатов "пассивных" экспериментов. Предполагается, что исследователь ведет наблюдения, выбирая экспериментальные точки в факторном пространстве, основываясь на интуиции или на каких-либо случайных, при входящих обстоятельствах, например удобство эксперим-монтирования.
Планирование - новый подход к экспериментальным исследованиям, когда математическим методам отводится активная роль, при этом, основываясь на априорных сведениях об изучаемом процессе, исследователь выбирает некоторую оптимальную стратегию управления экспериментов.
При исследовании на стенде вала с резино-металлическими шарнирами ИС-б, было использовано планирование типа 23, матрица поперечное перемещение генераторного конца карданного.
вала относительно кузова вагона; ZK6. - вертикальное перемещение генераторного конца карданного вала относительно кузова вагона, В I972-J973 годах на сети железных дорог появилось несколько пассажирских вагонов ПНР, в которых в приводе ТИС вместо карданного вала был установлен вал с резино-металлическими шарнирами типа РК. Их преимуществом является простота обслуживания в эксплуатации, так как они не требуют периодической смазки. Необходимо было исследовать эти валы на стенде и в поездных испытаниях и установить возможность их применения в ТРЕ приводе.
Поездные испытания проведены на серийном вагоне ЦМВО-бб с системой энергоснабжения ЭВ-JO и серийным приводом подвагонного генератора на участке Ленинград-Москва параллельно с динамометрическими иселедованиями скоростного электровоза ЧС-200, спроектированного и изготовленного ЧССР под состав "Русская тройка". На перегоне Ленинград-Москва был установлен серийный карданный вал, который на обратном пути был заменен валом с резино-металлическими шарнирами. На серийный и опытный валы был установлен искусственный дисбаланс Ц50 гс.см.
На расстоянии 70 км от Москвы произошло заклинивание ротора генератора; до полного выхода привода из строя удалось сделать несколько записей частоты вертикальных ускорений вала, что, как показано ниже, позволило установить причину выхода генератора из строя.
Пути повышения долговечности карданных валов
В предыдущих разделах было показано, чшо даже при учёте фактически действующих нагрузок, долговечность карданных валов с двумя шарнирами І ка, определеннач, как это принято во всех современных методиках расчета, по условию сопротивления выкрашиванию, в несколько раз выше действительной и соответствует требуемым нормам.
Проведение исследования и анализ поврежденных поверхностей трения свидетельствуют, что причиной разрушения карданных валов является не низкая контактная усталостная прочность или резонансные явления, а недостаточная сопротивляемость изнашиванию. Именно износ шарниров и шлицевых соединений и обуславливает их недостаточную долговечность. Этот факт полностью игнорируется при выборе карданных валов приводов подвагонных генераторові 33/
Таким образом, повышение долговечности карданных валов приводов есть, в первую очередь, проблема снижения износа их узлов трения.
Для этой цели некоторыми исследователями предложен ряд _рв-комендаций [fe8ii3}1ft22J , применение которых позволило несколько повысить срок службы карданных валов автомобилей и тракторов:
а) уменьшение шероховатости поверхности крестовин до ( 710) с помощью алмазного выглаживания и отверстий в вилках -хонингованием;
б) уменьшение несоосности подшипниковых отверстий и шипов до 0,03 и установление допуска на их диаметр до 0,01 мм;
в) уменьшение разброса твердости шипов крестовины до HRC3
г) повышение точности изготовления подшипников (ужесточение допуска на диаметр иголок до 0,003 мм и межигольного зазора до 0,06 0,16 мм) и внедрение селективной сборки подшипников по величине диаметрального зазора.
Селективная сборка подшипников с разбросом диаметров иголок не более 3 мк, введение дополнительного уплотнительного поролонового кольца с пропиткой и одноразовая смазка при сборке маслом МС-20 (fe J58) позволили довести срок службы карданных валов автомобилей ЗШІ-І30 и тракторов K-70I до 100 - J30 тыс.км вместо 40-60 тыс.км, имевших место ранее.
