автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Исследование и разработка рациональных компоновок приводов стрелочных переводов

На правах рукописи

ЧЕРНЯЕВ

Алексей Валерьевич

Г, Л УДК 656.257-83:625.151.3

2 9 ДПР Шз

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ КОМПОНОВОК ПРИВОДОВ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ

Специальность 05.22.08 — Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки) 05.02.18 — Теория механизмов и машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1996

Работа выполнена с Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор СУХИХ Роберт Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КОСТРОМ И НО В Александр Михайлович;

кандидат технических наук, доцент КОРОЛЕВ Алексей Иванович

Ведущее предприятие—Государственный институт по проектированию сигнализации, централизации, связи и радио на железнодорожном транспорте «Гипротранссигналсвязь»,

гтсс.

Защита состоится ..... 1996 года

в М . . . часов на заседании диссертационного совета Д 114.03.03 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., дом 9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан « ¡3. » . . . 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

к. т. н„ доцент В. Б. КУЛЬТ И Н

Подписано к печати 16.04.96. Формат 60х84'/1б- Бумага для множ. апп. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100. Заказ 427.

Тип, ПГУПС. СПб, Московский пр., 9.

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Приводы стрелочных переводов (ПСП) являются одним из основных устройств СЦБ, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов, поэтому к ним предъявляются повц-пешше требования по безопасности и надеиности. В то время как проблема, связанные с надежностью управляющих и контрольных элементов приводов, наши широкой освещение в научной литературе, приходится констатировать, что вопрос повышения надежности исполнительных элементов ПШ изучен недостаточно полно. Тем более, что дачные элементы отечественных приводов обладают недостаточной на-де.глостью, о чем свидетельствует статистика отказов.

Очевидно назрела необходимость изменения сложившейся ситуации, рассмотрения вопросов повышения надежюсти приводов и путей ич реализации, определения возможности дальнейшей модернизации существующих приводов серий СП (СПГ) и СПВ, а также изыскания возможных путей создания новых' компоновок ПШ и разработки рекомендаций по их расчету и конструирован!®, уделяя особое внимание повыиэшзо надежности их исполнительных устройств.

Диссертационная работа посвящена актуальной задаче повышения эффективности работы железнодорожного транспорта и безопасности движения поездов за счет повышения надежности приводов стрелочных переводов путем совершенствования их устройства.

Актуачьгость сбьшста исследований обусловлена существенной ссвгсгмостьо работоспособности и надежности от строения и исне-трушш привела стрелочного перевода, которые необходимо оптимизировать, а также недостаточностью информации о взаимосвязи иро-!пг'0лс-гчек!;0-тех1юл0гичес!:нх требований к устройству, парам-гр< и и режимов его работы.

•• •:-»„•*';•>;! 'к'г-ь (»гблтм сс-гс-гг ~ г-сшгм^ч.-п

надежкости ПСП га счет созерщекствшпшя механически^ устройств

/

на основе опхимкзацяи их строен;хл.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) систематизировались требования (функциональные, по надежности и безопасности), предъявляемые к ПСИ;

2) выбирались аппаратные средства, наиболее полно отвечающие систематизированному комплексу требований;

3) анализировались причины низкой надежности отечественных ПСП и определялись возможности их дальнейшей модернизации;

4) разрабатывались пути и способы реализации рациональных компоновок ПСП с созданием нескольких схем приводов рациональных компоновок;

5) уточнялась методика создания к проектирования ПСП рациональных компоновок.

Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Петербургского государственного университета путей сообщения, являющегося составной частью отраслевой программы исследований по модернизации и созданию ПСП новых конструкций.

Научная иоххзиа. Систематизированы технико-эксплуатационные требования к ПСП, а также аппаратные средства для реализации принятых требований, развиты новые приемы структурного комбинаторного синтеза ПСП рациональных компоновок с описанием части "множества" возможных компоновок, проведено уточнение методики проектирования ПСП на основе результатов, полученных в ходе выполнения дачной работы, подтверждена возможность и целесообразность применения саыоторыозящи механизмов винт-гаигл с трением скольжения во вновь разрабатывавши стрелочных электроприводам (СЗП).

Брзкхзчсся&з цзаягсхь работа. На основе резуль-

татов рьОоты проведено уточнение методики создания и проскгиросо-иид приводов стрелочных переводов, шзво&адсе погкепть н.гпех-

ность и работоспособность данных устройств и их технико-эксплуатационные характеристики, разработаны две конструкции новых СЭП с оригинальными узлами, одна из которых реализована.

Апробация работа. Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседаниях кафгдр "Теория механизмов и робототехнические системы" и "Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте" ПГУПСз. Основные результаты диссертации обсуждались во время "недель науки" ПГУПСа (СПб., 1993. ..1996 г.) и на научно-практической i эн$еренцки "Проблемы железнодорожного транспорта решают ученые" (СПб., 1995г.).

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.

Объем л структура роСюта. Диссертация состоит из введения, четырех глаз, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста, содерлсит 45 иллюстраций, 14 таблиц, 52 наименований литературных источников.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

В пе-рзсЛ глэх0 анализируются комплекс требований, предлагаемый к приводам стрелочных переводов, а также аппаратные средства для реализации данных требований с оценкой их достоинств и недостатков, а такке оценивается состояние проблем качества и надежности ПСИ.

Основополагающим! работами в этой области явились труды таких ученых как В.М. Резников, В.В. Сапожников, A.A. Казаков, Б.Д. Перникис, В.В. Гнил следов, Л.5>. Кондратенко, А.И. Королев и др.

Требования к ПСП разделяются на три основные группы: функциональные, связанные со спецификой выполняемых функций (перевод, запирание и контроль пояснения); по надежности (например казна-

ченный ресурс, средняя наработка на отказ и т.д.); по безопасности (например не вызывать уширение колеи и т.д.). На основе систематизированного комплекса требований был проведен анализ аппаратных средств с оценкой их достоинств и недостатков и целесообразности применения в ПСП новых конструкций.

На основе анализа статистики отказов ПСП, в тем числе приводивших к остановке движения на Октябрьской железной дороге еа последние пять лет, выделена характерная доля отказов механической части СЗП, равная (18±2)Х от обаей длительности отказов и (2012)% от общего числа отказов, из них (2012)£ - отказ элементов редуктора, (23±2)£ - неисправность автопереклшателя, (25±2)Х -неисправность двигателя, (7±2)% - разрегулирований тяг, (25±2)% -прочие.

¡¡а основе зкспертно-статистического метода оценки качества по техническому комплексному показателя отечественных приводов СП-2р, СП-З, СП-6 и зарубежных А-7 (Бельгия). Т-57 (Франция), 3-700 (Германия) определено, что отечественные приводи имеют средний уровень качества, лучший из исследованных - СП-З (относительный средневзвешенный коэффициент равен 0,571). Лучшим из зарубежных образцов явился привод 3-700 (0,665). Одной из причин низкого, по сравнению с лучшими зарубежными образцам, качества отечественных ПСП является нерациональность их строения (компоновки) . Выполненный обзор и анализ исследований в области ПСП послужил основой для постановки цели и задач исследования.

Ео второй глава рассматриваются основные вопросы рациональности компоновок ПСП. Рациональность по принятому комплексу критериев компоновки ПСП устанавливается в результате анализа больного количества возможных вариантов. До сих пор не было полной классификации массива реализованных и возможных выполнений (компоновок) приводов, для определения границ этого массива введен

ряд классификационных признаков, основные из которых:

1) вид и компоновка редуктора (рациональными при прочих равных условиях по критерии найменьиих размеров, массы и стоимости являются редукторы самоустанаэлнвающиеся, соосные, многопоточные, аяадатричные, уравновешанные, замкнутые и приспособленные к выполнении функциональных требований, предъявляемых к ПСП);

2) выполнение звеньев редактора (зубчатые, катковые, цепные, ременные и др.);

3) выполнение механизма преобразования вращения двигателя в поступательное перенесение остряков (винтовое, зубчато-реечное, рычали-ползункое, кулачковое и др.) и пр.

В соответствии с дачнкм перечней возможно весьма большое количество различных выполнений ПСП и его основных элементов при различных комбинациях классификационных признаков.

При анализе передач и редукторов ПСП предлагается руководствоваться следующими основными признаками рациональности конструкции и компоновки, расположенными по убыванию значимости (с соответствующими весовыми коэффициентами):

1) многопоточная компоновка (передача энергии от ведущего колеса к ведомому через несколько кинематических цепей; выполнение переборных передач с раздвоенными ступенями; выполнение передач внутреннего зацепления соосной компоновки с несколькими промежуточными паразитными колесами; выполнение планетарных передач с несколькими блоками сателлитов; применение волновых передач и пр.); при этом в случае использования устройств выравнивания сил в каждом потеке энергия распределяется по этим потокам, нагрузка на зубчатые детали соответственно уменьшается, что обуславливает уменьшение всей передачи; многопоточность может решить задачу резервирования и повысить надежность и долговечность передачи (А1-С0), а такле бег опасность всего привода;

2) самоустанавливащаяся компоновка с отсутствием избыточных связей; при этом передача становится нечувствительной к деформациям стойки, снижается износ ее деталей, повышается КПД и надежность (Аг-15);

3) симметричная (по трем координатный осш.О компоновка (симметричное выполнение раздвоенных ступеней переборных передач; сишетричное расположение промежуточных паразитных колес по окружности центральных колес в соосной компоновке передач внутреннего зацепления; сишетричное расположение блоков сателлитов планетарных передач по окружности центральных колес; симметричное выполнение генератора волн волновых передач и пр. ) ; при зто;л компенсируется ряд сил и моментов сил, действующих на детали передач - последние могут Сыть иеиьшжн по размера),! (Аз-15);

4) соосная компоновка (одноступеичашх передач внутреннего еацепления и многоступенчатых передач), когда оси вращения Ееду-1дих и ведсьшх (иногда и некоторых промежуточных) колес расположены на одной прямой (выполнение передач внутреннего зацепления с центральным расположением шестерни и с паразитными промежуточными колесами; выполнение переборных двухступенчатых передач с ведущей шестерней и ведомым колесом, оси которых расположены на. одной прямой; компоновки планетарных л волновых передач и пр.); при этой существенно уменьшается один иг размеров иврелачи nps: незначительном увеличении другого, уменьшается обьеы передачи, улучшаются возможности компогювш привода (Ал-10);

5) коаксиальная кочяоноька (раскодскшз гсей вразшч ирс-кгсхутозюх ко." ее кшгостуиччатых ьореборкик roKpvr ссп *ргцэшю еегущзго згепа); при этом ыск.ег бмь ».«>..1«йшросА*5 ооь< ¡-передачи CAg-lO);

С) vP^boaciwinn."' x^noci.-i; z Сп'А-уп c~-

гсг'пюь ;г U; -u-'a-'olï г; rv;;,. ; s: л;:' •■ r

передач и пр.; при этом компенсируется действие на детали передач сил инерции, передачи могут быть выполнены меньшими по размерам

(А.е-10);

7) замкнута! компоновка (охват венцов блоков сателлитов планетарных и порззнтЕШ колес соосных компоновок передач внутреннего зацепленил и др. дополнительными аубчатьз.м венцами сверху и снизу); при этом компенсируется действие на детали передач ради-алнш сил - передачи могут быть выполнены меньшими по размерам (А?-10);

0) с саыскемпексацкей износных зазоров в кинематических парах (безлофтовое выполнение кинематичссюи пар); что обеспечивает относительно стабильнее показатели работы механизма за весь период службы (Ав»10).

В соответствия с поставленной задачей и на основе указанных ¡сритериев рациональности била проведена оценка привода 3-700 (Германия) как дучгего из рассмотренных зарубежных образцов, а такие отечественных приводов ' СП-б и СПЗ-б с целью определения причин ;п< низкой надежности и возможности дальнейшей модернизации. В ходе оценки отечественных приводов выяснилось, что у них недостаточно рацзюнажта:

1) гкполнекгэ механизма для преобразования вращения в поступательное пермеизние (реечшй механизм), который требует точной установки, чувствителен к дефзриациш частей привода, малоточен, Систроигнэзив&сн, не допускает регулировки (изменения) рабочего хода птпбора, осуществляет сапкрание лишь в двух строго определеи-¡;да наложениях;

2) передача, состоящая из цилиндрического зубчатого редуктора, школяевпого яо рэдйерпутй схеме, ¡шшцего значительные недостатки;

5) усткЛя«» т;г-х,ит.! госгул::толь,,ого сер. кекокк« «а остря-

кп, которое обуславливает нераздельное воздействие на оба остряка (ОТ-6), не учитывающее различное состояние данного остряка к прилегающих к нему деталей привода;

4) размещение ввеньев на стойке; а именно звенья размешаются в отдельных блоках: двигателя, редуктора, отдельного ведомого вала, зубчатой рейки (шибера); их установка трудоемка, скрепления чувствительны к деформациям частей перевода, ненадежны (кахдое скрепление - источник возможных поломок);

5) устройство запирания, которое малонадежно и самое главное при определенных условиях обладает свойством заклинивания, о чем свидетельствует статистика;

6) компоновка, которая имеет большое число избыточных связей, выполнена несоосной, однопоточной, несшметричной, незамкнутой. некоаксиальной и т.д. (Кр « 0,15), что в конечном итоге присело к значительным габаритам и массе привода;

7) предохранительна! муфта, которая виполнена фрикционной, установлена на висока.'оменпюм валу, что снижает точность регулировки; кроме того дпсковш $рикшошэд! муфтам присуши сукествен-пиг недостатки.

Следует отметить, что применение бесконтактного автоиереклю-чатоля значительно повысит • надежность привода, однако данное обстоятельство не исключает необходимости устранения недостатков механической части привода, указанных ранее.

Хотя приводы СП-б и СПВ-6 допускает ¡.¡ойерниэацк» (предохранительная муфта, размещение элементов в корпусе, зубчатый редуктор), однако существенного улучшения с точки зрения кадехности. иаосо-гаЗаригных показателей и рашш&здногтп это не принесет.

При (агаливо строения отечественных СЗП становится очевидной пс-обходз^сств совдавиа ижашшэв, пэсвулл^гл.ч упростить редч'ци-рук\иу» схеиу. улучшить устройство пр*с£ра:;;;:гк::л брзс?ш;л кос-

тупательйое поремесенке и г.-агорсдавий механизм, а также повысить их надежность.

Данная задача решается применением ышто-рычахно-полэунныя или зубчато-бинтовых механизмов, позволяющих: упростить редудару-ющую схецу привода; реализовать редуцирующий и запирающий механизмы, а также механизм преобразования вращения в поступательное перемещение в одном устройстве, что значительно упрощает конструкции привода и повышает его надеяяость; получить непрерывное запирание острлкг/з в любой момент перевода; разъединить контроль запирания и контроль положения остряков; погасить инерционные массы движущихся остриков после отключения электродвигателя, что уменьшает ударные воздействия на рамный рельс со стороны остряка.

Указанные выше обстоятельства обуславливают целесообразность и рациональность применения самотормозяших механизмов винт-гайка в ПСП и значительно перевешивают их недостатки (например, невысокий Ш).

По результатам анализа строения существующих ПСП, а также на основе результатов предварительного моделирования привода были разработаны следующие пути реализации рациональных компоновок:

1) не изменяя компоновку привода и стрелочного перевода (т.е. сохраняя внешнее расположение привода относительно железнодорожной колеи и передачу поступательного перемещения от привода на остряки посредством различного рода тяг), изменить конструкцию редуктора ПСП таким образом, чтобы компоновка редуктора частично или полностью отвечала критериям рациональности (соосность, мно-гспоточность, симметричность, уравновешенность и т.д.);

2) отказ от традиционного расположения ПСП относительно же-легкодсродйоЯ кол.-и; создание привода с частичным (или полным)

!т;тгя колеи при сохранении тяг в качестве уст-й-п. ц- » -л »-г г ч■/:.'•,!• .'.¡-•Н':го перемещения от привода на остря-

ки; создание редуктора привода стрелочного перевода, частично или полностью отвечающего требованиям рациональности компоновки;

3) отказ от применения тяг при передаче поступательного перемещения на остряки.

Третья глаза посвящена экспериментальным исследованиям ПСП существующих и рациональных компоновок.

Одним из основных параметров механизма, характеризующего его совершенство с точки зрения преобразования и передачи энергии, является коэффициент полезного действия (ИИ), и ПСП не исключение. На первом этапе исследование суцествующи СЭП за!Шочается в определение реального КПД привода СПВ-5, для чего била спроектирована и выполнена эюзпериментальная установка. На первом этапе (расчетно-экепериментальный метод) обтай КПП привода СПВ-5 находился следующий образом:

nt - %t(Kp - Kt) = (0,7210,02) С Кр- (0,12*0.02)], (1 - Kt)Kp (0,88±0,02)Кр

где TiItt - наибольшее теоретическое вначекке КПД привода на момент исследования; n,it » 0,72Ю,02; Кр - коэ<ЭДициент режима работы' призода; Кр-Рд/Рдн - Тд/Тдн; Кр - 0,12; 0,25; 0,50; 0,75; 1,00; Тд, Тдн - измеренный и номинальный движудай моменты; Рд - измеренная мощность двигателя; Kt - коэффициент качества изготовления и сборки; Kt =

- Pxxt/Рдн - Txxt/Хдн - (0,12±0,02); Pxxt, Txxt - мощность двигателя на холостом ходу установки и

соответствующий движущий момент. На втором этапе (экспериментальный метод) общий КПД привела определялся по следующей зависимости:

H - (Kp-Kt)/(Knpt+l)Kp, где Knpt - коэффициент состояния; Knpt -(Рд - Рпс - РххОАдн

- и -

-(Тд-Тпс-Тххи/Тди; Рпс и Тпс- мощность и момент сил. Для определения Knpt проводились эксперименты на разработанной установке с двигателем, установленным по типу "мотор-весы", и со специальным натрувечным устройством. Опыты выполнялись при разной сие полезного сопротивления движения рабочего органа и соответствующих относешгах Кр момента сил дЕихуцих и момента сил полезного сопротивления приведённого к ротору ДЕКгателя. По результатам вычислений построены графики рис.1. Таким образом очевидно, что основными Факторами, влияюзими на реальный КПЛ привода, который к'ояет быть различен даяэ при одинаковых строениях ПСП, являются: качество исполнения кинематичесгаи пар, ¡сачество сборки привода, условия эксплуатации (наличие смазки и т.д.).

В соответствии с разработанным« путями реализации рациональных компоновок ПСП па установленного множества с учетом мнения экспертов были выбрани и спроектированы приводи СПСЧ-1 и СПСЧ-2.

а:екгропривод СПСЧ-1 с зубчато-винго-рычаяно-полвуннш механизмом состоит из рабочего блока 1 (рис,2.а), устанавливаемого вле г.ол-овяодережной волей, и контрольного блока 2. устанавливаемого внутри колеи. Рабочий блек (рис.2.б) содержит электродвигатель 10, коническуи зубчатую передачу 9, предохранительную муфту 8, епнт 5 со встречной нгрезкей резьбы правой и левой части, гайки -1 с иарниром 1, рычаг 2, рг.бочую тягу 3, механизм для перевода иржода вручную 6. Тачкм образоы врджэние от электродвигателя 10 через змяшутую жшмескуэ зубчатур передачу и муфту передается на винт 5, механизм винт-гайка преобразует вращение винта в поступательное перенесение гаек (встречно- либо разнонаправленное), что в итоге приводит к поступательному перемещению рабочей тяги 0. регулировка хода рзГочей тяги осудестслается лосрадстьом крепления дез»$'.*руших огрэшпитс-лта сзЛЗ Н на теле гаек -1. Мри !:с;0:*х0дп,'сс7н перевела прит-сда вручи/» рукояткой врздлется шее-

терн:1 С. Особенностью данного привода является механизм прообразован]« ьращеиия в поступательное перемещение, вюяочаиций в себя винт 5, две гайки 4 с шарнирами 1 и два рычага 2. Бинт 5 выполнен самотсрмоспш'.м первого рода при угле польет рэзьш винта («) кивъа» приведенного угла трения механизма винт-гаЯка (?), т.о. Ешслияатся усло£Иу ас?. Значение КПП механизма находится в пределах:

51п(л) соз(аиз-в) э\п(«) сос(к+?-0)

------ < „ <-------- ,

соз(0-«) 51п(«ир) соз(О-а) эШ («+-?)

0 - угол передачи движения. 14оЕ0'<0<75°С0'.

с?шгормогяв®го механизма гинт-гайка позволяет погучить сачпргшю острятоз в лобой ыонент перевода, упростить регулирование стрелочного перевода, иосгачая необходимость изменения длин:.) соединительной тяги, а главное, позволяет разъединить ганкретзее 15 контрольное устройства. В соответствии с критериями рациональности компоновка привода СПСЧ-} является двухпоточиоЯ, с:;:г;.-трично:1, зояетутс.ч, частично коаксиальной, стмотсриовяг.еа, сг"оустаигчласащейся (Кр-0,55), что привело к сначительному '/и::ньг:зн!::о габаритов прагода, угагьЕешю масон, сшепенш натрусок па детали приполз, отсутстппо ссегш нагрузок на подгаяишки, что суг,?ст»е1шо поргллет надежность.

Г-:с'Ктропрлсод СПСТ-2 о зубчато-г.шггока.! ыехатюмом состоит ::з трех блоков: нерудного 1 (рис.3.г.), рабочего 2 ¡1 контрольного 3. Передача вр;:дзния от игру,-".него блока к р^очо'у осук^стсдлется та пс.сач газопровода, га'лтешгого в керпус. Кснтролин.-й олог. яитлогсл ¡1 птолчлет Зупкцго ¡-очтролл поло:»нк;1

с:г

г^у.-лна бхск (рис.о.5) содерлпт гдактродшгатсл*... рп-:ьу;: предохрл'нггелтуч рэтуг.и>лк\ч> иуфгу и ог,-

¡ч.'дгндри'каг/у ;-убчзгуп передачу (и«4,7С<1.

Рис. 3.a

ченную в корпус. Вращение от электродвигателя через шариковую муфту передается на вал-шестерню зубчатой передачи и далее на ва-лопровод, соединенный с хвостовиком вала цилиндрического колеса. При необходимости возможно осуществление вращения ротора двигателя вручную при помощи курбельной рукоятки. Рабочий блок (рис.З.в) состоит из цилиндрической зубчатой передачи (и-3,0) и механизма винт-гайка. Хвостовик вал-иестерни 1 имеет специальный паз для крепления валопровода. Зубчатое колесо 4 насахено на втулку 5 и удерживается при ломощи двух шпонок. Втулка находится в двух ра-диально-упорных подшипниках, каздый из которых находится в корпусе специальной конструкции. Внутри втулки 5 находится тело .гайки 6, посаженной с зазором. На теле гайки крепятся две направляющие шпонки, а внутри втулки по всей ее длине выполнен шпоночный паз. Таким образом при вращении втулки 5 (как следствие вращения колеса 4) происходит вращение гайки 6, однако гайка может совершать горизонтальное перемещение О. ..5 ш, ограниченное крышкой 7. Винт 8 круглого сечения длиной 1100 мм имеет нарезанную часть 325 мм, ход винта - 160 мм. Бинт 8 крепится к острякам при помоши хомутов. Механизм винт-гайка выполнен самотормозящим (первого рода), т.е. невозможно преобразование поступательного перемещения винта во вращение гайки. При приложении внешней нагрузки на винт меньшей по значению максимально допустимой (превышение которой ведет 1С разрушент элементов привода), перемещения винта не происходит. Т.е. одновременно с преобразованием вращения в поступательное перемещение механизм винт-гайка выполняет функцию запирания. В соответствии с критериями рациональности компоновка рабочего блока является самоустанавливанжейся, коаксиальной, соосной, с осуществлением самоторможения (Кр=0,35). Таким образом вращение от электродвигателя через му^ту и цилиндрическую зубчатую передачу наружного блока перелетел на ьалепровод. Последний передает Ера-

щение валу-шестерне 1 и далее через зубчатое колесо 4 гайке б. Поскольку винт 8 кестко прикреплен к острякам, которые могут перемещаться только поступательно, то преодолевая силу трения в механизме винт-гайка, винт передает поступательное перемещение на остряки, т.е. происходит перевод стрелки. Регулировка хода винта осуществляется посредством изменения толщины ограничительных шайб 11 и 12, расположенных на расстоянии 20 им от среза резьбы с каждой стороны винта. По рекомендации экспертов данный вариант был принят для дальнейшей проработки.

Для подтверждения правильности расчета характеристик привода СПСЧ-2, а также проверки способности привода выполнять функции, заложенные при его проектировании, был проведен комплекс испытаний с экспериментальным определением сил полезного (Рпс) и вредного сопротивления (Рве), КПД (пп) и исследованием потерь в механизме. Для проведения испытания была спроектирована и выполнена экспериментальная установка СПСЧ-2Э.

В результате комплекса выполненных экспериментов (рис.4.) установлено, что:

1) КПД привода СПСЧ-2 достигает своего наибольшего значения (0,390 t 0,012) в момент, когда силы полезного сопротивления загружают электродвигатель до его номинальной мощности;

2) сделанное ранее предположение о том, что значение КПД привода стрелочного перевода с самоюрмозяцкм механизмом винт-гайка отличается от значений ИЩ приводов серии СП(СПГ) и СПВ не более, чем на (В±2)%, нашло подтверждение;

3) в ходе испытаний привод продемонстрировал устойчивую ра'о ту во всем диапазоне рабочих нагрузок;

4) характеристики опытного образца привода СПГ'1 2 угашается б пределы, назначенные при проектировании: н-.м;«:'«.;;^ с- г.- р-гсднор усилие 3000 Н; время перегода при м *»г ч. й ; -.г; ,-л

V/'л- ¿,c í.crj i

îwi 6 0,05-i í

o,Or! 4 ¡liai i

о,оЛ l \

00! 1 V

m — «r —• —

-«■te* Mtt»

Ш» — — ñn —

V*

o o,h 0.6 o,s lo m 1,4 i.G a i,a x,i ífi i,г ¡to

Рис. 4.a

F.KH

\ñr fíy.

ЦУ' JO

1!} 70

iW a»

la- SO

ico- M

ш - ÍO

¡a - 10

1-0 - 10

С 4 : Mj

!

oj \

! "7 y

I Z!

I

! —

— 7 U /

i

j - -

O Jû J/Û ICO ¡20 M ICO ISJ ioo XSO SW Цо JSO 5&> Рис. 4.í

Pa.BT

менее 8 с.

Чэхкгрхэя глаза посвящена уточнению методики расчета, проектирования и конструирования ПСП рашоя&шш компоновок,

Высога:е требования, предъявляемые к ПСП. требуют при реализации большой конструкторской работы. Ее существенной частью является выбор структурной схеьщ, во многом определявшей последующе достоинства или недостатки конструкции. Основополагающей ра> бота!.«! в данной области явились труды Р.Д. Сухих, Г.А. Снесарева, Ю.М. Резникова, К.С. Капур.

Основные положения теории комбинаторного синтеза ПСП состоят в том, что, когда последовательность составных частей привода и ¡IX ориентация несущественны, выборка элементов этих частей неупо-рядочеиа. В этом случае количество объектов К находится как число сочетаний с повторами из г элементов по V:

К-((г+УМ)1)/((г-1)Ш0, где г - число разновидностей составных частей; Ы - ограничения, например, подвижность и др. С учетом различной ориентации составных частей количество сб&ектоз находится как следующее число сочетаний с повторениями:

К-((пг+У-1)!)/((пг-1)!У!), где п - число коорд5шаяш осей систем, определяющих положение частей в пространстве. Если же учитывать, что свойства сбьектов оависат от последовательности расположения составных частей, то кг.еем упорядоченную выборку агеыентов - ебцзе ьодячостсо юсыоялых ебьектов находится как число персстапоххж из г элемоктоз с со&горшнкм: К-(пт)у.

При перехода, калршер, от обвертев к кпнематическш ц«пдк, рйгличгетяся чксяог г кинематически-. г."., чадеси Их- а'З* «т+...

Газисшксстсй ы.::? сбг.ое КЗДЕЧЛСГГС гтрупгурглз с^гтороли?

- 19 -

получаем как число размещений элементов с повторениями: «-Г-1 fl-r-1

Ku»Ki+(Ki-l) -ECrl/ocI (r-«)t) + (Ki-2)-E(ri/gI(r-/»l) +.....

i i

Предложенный метод структурного синтеза позволяет осуществлять его в полном объеме, рассматривая все возможные случаи, а не только очевидные. Целью структурного комбинаторного синтеза ПСИ является создания привода новой конструкции, отвечающего всем принятым требованиям.

Исходя из накопленного опыта, предложен следующий порядок комбинаторного синтеза приводов стрелочных переводов:

1) обций синтез (без учета строения редуктора привода стрелочного перегода);

2) структурный сплтез редуктора привода стрелочного перевода на основе результатов общего синтеза.

Обций синтез заключается в разработке и рассмотрении множества возможных компоновав ПСП отличающихся друг от друга по:

1) расположению привода (двигателя и редуктора) относительно рзльсов колеи: вне, внутри, частично вне и внутри колеи (рис.5);

2) приложения к острякам двикущей силы: нераздельно к обоим острякам, раздельно;

3) наличга или отсутствию тяг: передача при помоэд тяг, передача непосредственно на остряки;

4) передаче двпхуЕьх сил на остряки: в одной паре мест, в нескольких парах уест, передача сил на остряки разделенно, на некоторой чготяя-?касс-и остряков;

5) налита?.! ил к отсутствию ричагов гж передачи сил на остр?-к.;*: с г.сйсльго:?." "-•» ? nfcnz, использования ршггсз;

Z) ü'i'.'-i'i^i'iin fv.л ::епомого звена редуктора !!гн-Г'".гч : г. тсй кол'.-н: (с

- но -

ми осями), поперечная (со взаимно перпендикулярными осями в горизонтальной плоскости), вертикальна! (ось вращения ведомого элемента редуктора вертикальна), под произвольны».! углом в одной горизонтальной плоскости, иод произвольным углом в верти;сальной плоскости, произвольная ориентация в разных плоскостях;

7) виду и направлению движения ведомого звена механизма перевода, непосредственно взаимодействующего с остряками: поступательное вдоль координатной оси - Пх, Пу, Пз; поступательное вдоль наклонной оси - Па; поворотное относительно координатной оси -Вх, Ву, Вг; поворотное относительно наклонной оси - Ва; винтовое относительно координатной оси оси - Шх, Су, Кй; винтовое относительно наклонной оси - К!а.

Структурный синтез редуктора ПСП заключается б рассмотрении множества возможных компоновок, отличающихся друг от друга по:

1) кинематическим звеньям и парам передачи: ричачшке механизмы, кулачковые механизмы, фрикционные передачи, передачи гибкой связью, механизмы Бинт-гайка, зубчатые и т.д.;

2) составу механизма: состоящие из одинаковых звеньев, состоящие из разных звеньев;.

После окончания структурного комбинаторного синтеза привода стрелочного перевода и БЫборз ряда структурных схем, наиболее подходящих для реаения поставленных задач, необходимо провести аналитическое исследование работы выбранных вариантов приводов как быстродействующих систем, с определением времени разгона и выбега, КПД и условий возникновения резонанса.

Данная задача была решена на примере привода СИСЧ-2, время разгона которого находилось по следующей зависимости:

и [Е( (пи • \'1г)/у»д2)+£((,11 •у»12)/ид~)Пп(ы)

(-Ши/Ши-и/ТЫг^мЬ --———---------------------------.

0 Тл- Гсс1^е(а+Ф)1

Значение Бремени разгона привода СПСЧ-2 при номинальной нагрузке, полученное теоретическим путем (равное 1,33 с) согласуется с результатами, полученными при экспериментальном исследовании опытного образца данного призода. О КПД СПСЧ-2 сказано выше.

Для определения у слоем"* возникновения резонанса применялся пакет прикладных программ АЛ>,1 версия 1.0. Результатом расчетов явились определение критических скоростей вращения, собственных частот поперечных и крутильных колебаний, а тагасе построение графиков поперечник л крутильних колебаний для учета колебательных явлений при проектировали',!.

После определения работоспособности схем (время разгона, собственные частоты колебаний элементов), полученных в результате структурного синтеза, необходимо определить (спрогнозировать) надежность работы как всего ПСП, так и его отдельных элементов, размеры которых получены на основе эмпирических формул механики.

За критерий надежности ПСП принимается вероятность безотказной работы при отработке заданного срока службы. Привод рассматривается как ремонтируемая система с простейшим потоком отказов, состоящая из перемонтируемых элементов. Отказом привода является достижение предельного состояния одним из его элементов. Предельное состояние устанавливается для каждого элемента отдельно.

При определении надежности основных разрушающихся элементов за вероятность отказа принимается вероятность того, что эквивалентное напряжение превышает предел выносливости. Оба напряжения принимаются распределенными по нормальному закону.

Вероятность отказа рассчитывается по формуле

а а

СМ-аЛ'ЭД.? е(Ч2/2) с1иО,5-(1/|/2п:И е(-Ь2/2) (11.

О

Вероятность безотказной работы раЕна Р » 1 - 0, параметр на-

декности:

а - (61Ш - б) / (|/ Мц„ + Об).

где Бцт - средняя величина предела выносливости;

б - средняя величина эквивалентного напряжения;

Сбцщ. Ш - дисперсия предела выносливости и эквивалентного напряжения.

Данная методика легла в основу прогнозирование наде.ла;осхи привода СПСЧ-2.

Заключение.

1) Статистика отказов приводов стрелочник переводов, приводивших к остановке движения на Октябрьской железной дороге за последние пять лет, свидетельствует о недостаточно высокой надежности данных устройств; на долю механической части ПСП приходится (20±2)Х от общего числа отказов приводов и (18±2)% от обвей длительности отказов.

2) В ходе оценки существующих СЗЯ (СП-6, СПЗ-6, 3-700 к др.) с точки зрения рациональности подтверждена вовиоглость дальнейшей модернизации приводов СП(В)-6 (предохранительная муфта, зубчатый редуктор, автопереключатель) и намечены пути повышения их надежности;

3) Результатом аналитического исследования в области рациональных компоновок ПСП явились разработки путей и способов реализации рациональных компоновок.

4) В ходе экспериментальных исследований суцесгвуэднх СЭП подтверждена их работоспособность в широком диапазоне нагрузок, выявлен их основной недостаток - нестабильность значены КПД и доказано, что основными факторами, влияюдкми на реальный КПЗ привода, являются качество исполнения кинематических пар, качество сборки привода и условия эксплуатации.

5) Б соответствии с первым из намеченных путей реализации

рациональных компоновок разработан привод СПСЧ-1, удовлетворяющий выделенному комплексу требований.

6) В ходе предварительного математического моделирования привода, а татае на основе результатов разработки и испытаний приводов СПСЧ-1 н СПСЧ-2 подтверждена целесообразность применения саютормозяа« механизмов винт-гайка с трением скольжения в ПСП, позволят« упростить редуцирующую схему привода, реализовать ре-дущгрукэтй, задирсзозщй механизмы, а тает.е механизм преобразования вращения в поступательное перемещение в одном устройстве, получить непрерывное запирание острякоз в любой момент перевода, разъединить контроль запирания и контроль положения остряков, уменьшать ударные воздействия остряков на рамный рельс после отключения электродвигателя.

7) В соответствии со вторым путем реализации рациональных компоновок ПСП разработан и выполнен в масштабе 1:1 привод СПСЧ-2, удовлетворяющий принятому комплексу требований.

8) Для подтверждения работоспособности привода СПСЧ-2 проведены его испытания на созданной установке СПСЧ-2Э, в ходе кото-рта:

опытный образец привода продемонстрировал устойчивую роботу ео всем диапазоне расчетгак нагрузок;

харлктеркстгки привода полученные экспериментальным путем соответствуют параметрам, заложенным при его проектировании;

КПД опытного образца СПСЧ-2 отличается от значений КПД приводов серии СП и СПВ из более, чем на (8±2)%.

9) В хода уточнения методшш расчета, проектирования и конструирования ПСП рациональных ксмпсновск уточнены критерии строения гозмс.чных галгоповок, предложен алгоритм проведения синтеза сиовь ргврйОаткЕЗймых ПСП, уточнены основные положения аналитического |тсс,7взо;л.чйя работы ПСП как неяяннего ггрегата. уточнены

основные положения методики прогнозирования наде;кности ПСП, в- том числе с механизмами винт-гайка с трением скольжения.

10) Использование разработанных предложений экономически выгодно и технически целесообразно.

Публикации.

1. Черняев А. В. Создание приводов стрелочных переводов при ограниченной мощности двигателя: Неделя науки-84: Тез. докл., С-Петербург, 4-20 апр. 1994г. - СПб, 1994. - С. 18-19.

2. С у х и х Р. Д., Ч е р к я е в А. В. Рациональные компоновки приводов стрелочных переводов: Молодые ученые, аспиранты и докторанты Петербургского гос. универ. путей сообщения: Тез. и дога. 2 межвузовской конференции. - СПб, 1994. - С. 79 - 81.

3. Ч е р н я е в А. В. Наибодызий КПД винтового механизма при ведущем поступательно перемещающемся винте и ведомой поворотной гайке: Неделя науки-93: Тез. докл., С-Петербург, 5-30 апр. 1093 г.- СПб, 1993. - С. 19.

4. Ч е р н я о в А. В. Рациональные компоновки приводов стрелочных переводов / Расчет, проектирование и конструирование железнодорожных машин: Сб. науч. трудов. - СПб, 1995.- С.15 - 19.

5. Черняев А. В. Разработка ноеых электроприводов стрелочных переводов: Проблей келеэиодорсжного транспорта реиают ученые: Материалы научно-практической конференции, С-Петербург, 2-3 ноября 1094 г. - СПб, 1995. - С. 45.

6. Комбинаторный метод синтеза рациональных механизмов »е-леанодорошж навив / Р.Д. Сухих. Д. ¡0. Гостшидикш, Е.А. ?,'<онасты-ров, Д. В. Тротьасог, А.В. Черняев // Колслие учешэ докторанты и «слкрсдои: Сб. науч. трудов. - СПб, 1996. - С. 18 - 25.

V. Ч в р В я 6 Е А. В., Сухих Р. л. Повышение мщ само-торро^лгглд приЕОгда стрелочных перекэдсп: Нег.е;:л иаук;;-$5: Тез. ¿ог«., С-Шхсрйург, 0-24 апр. 1925 г. - ПЮ, 19Г5. - С. 28.

Л-с—^