автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение работоспособности тяговых зубчатых передач тепловозов

На правах рукописи

эстлинг

Александр Александрович ; .. УДК 621.424.3.621.833

' ^ 04

- .....•>

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТЯГОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ТЕПЛОВОЗОВ

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автор еферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор МАШНЕВ Михаил Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЧЕРНЯКОВ Анатолий Андреевич;

кандидат технических наук, доцент АЛЕКСЕЕВ Александр Александрович

Ведущее предприятие — Октябрьская железная дорога.

Защита состоится «Р/.» . «¿¿^^/г-ттгЛ. . 1995 года в /$~ЛО. часов на заседании диссертационного совета Д 114.03.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., дом 9,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан » . . 199Б года.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

Б. В. РУДАКОВ

ОЕ^ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕЙ*. Тяговая зубчатая передача является одним из наиболее нагрухйнных элементов тягового привода тепловоза. Постепенное увеличение масс поездов й скоростей движения, увеличение нагрузки от колес на рельсы , ограниченный габарит передачи, привели к тому, что зубчатая передача работает на пределе своих возможностей.

Обеспечение надежной работы локоютивов во многом определяется надежность» и долговечность« работы тяговых зубчатых передач (ТЗП) и тяговых электродвигателей (ТЭД). На их долю приходится значительная часть отказов тепловозов. Это обуславливает значительные дополнительные затраты на внеплановые ремонты тепловозов, больиие простои в ремонте и перебои в движении поездов.

Проблема повышения работоспособности ТЗП нашла свое отражение в коштексных программах Главного управления по ремонту подвижного состава и производства запасных частей (ЦТВР) МПС по повышенна надежности работа локомотивов и была включена в планы научно-исследовательских работ ЛИКЯТа (ПГУПС).

ЦЕЛЬ РАБОТУ. Повышение работоспособности ТЗП грузовых тепловозов и снижение динамической иагруяенности колесно-моторного блока (КШЗ) путей периодического восстановления параметров качества зацепления передачи во время ремонта тепловозов. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи :

- установить основные критерии оценки качества работы ТЗП ;

- исследовать состояние ТЗП в эксплуатации и определить зависимость величины износа и погрешности профилей зубьез ТЗП от пробега тепловоза ;

- оценить зависимость параметроо (сачества зацепления, опредсляю-:цях динамическую нагруяенность и скорость износа зубьев ТЗП от погрешностей профилей зубьев и бокового зазора передачи ;

- обосновать допустимые значения бокового зазора в зацеплении и погрепностей профилей'зубьев при выходе тепловоза из ремонта ;

- для восстановления величины бокового зазера - разработать .технология изготовления шестерен с утолщенными зубьями ;

- провести стендовый (прочностные и динамические) и эксплуатационные (динамические и ресурсные ) испытания колес с восстановленными профилями зубьев и шестерен с утолщенными зубьями ;

- определить техчико - экономическую эффективность периодического восстановления профилей зубьев и применения шестерен с утоптанными зубьями .

НАУЧНАЯ НОВИЗНА: нз основание выложи ¡них экспериментоль-т-теоретических исследозпний разработок^ теоретические положения, которые коано квалифицировать как научно-обоснованные технические и ремонтно-эксплуатациоьже решенгя по увеличен;;» ресурса тяговых зубчатых передач. Внедрение предложенных решении обеспечивает репение важной прикладкой залами для ¡гелезнодорошого транспорта - повышение работоспособности тягового привода н безопасности движения поездоэ. При этом получены следующие результаты:

1. Разработан новый метод расчета линии зацепления и параметров качества зацепления зубчатой передачи с изношенными (несопря-женныш) профилями зубьев.

2. Определено влияние погрешностей профилей зубьев и иеисоса-вого расстояния передачи на параметры, характеризующие качество зацепления и динамическую нагрукеккость передачи.

3. Экспериментально подтверждено влияние погрешзстей профилей зубьев и бокового зазора на динашческузэ кагруаенкость КМ5 и' скорость поноса зубьев.

4. Рассчитаны и обоснованы допустимые ремонтные значения бокового зазора при выходе тяговой передачи теплозоза из ремонта;

5. Разработан новый метод повышения ресурса зубчатых колес -применение ведущих колес с утолщенными зубьями в паре с колесами с восстановленными профилями.зубьев.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в использэсаник разработанных методов и средств решения научных, практических, производственных и экономических задач изготовления, эксплуатации и ремонта колес и шестерен ТЗП тепловозов для повышения их долговечности путем усовершенствования процессов восстановления работоспособности ГЗП при ремонте:

1. На основе предложенного нового истода расчета параметров качества зацепления изношенной зубчатой передачи теоретически и экспериментально определена заоисимость динамической нагруаеннос-ти и скорости износа зубьев тягового привода от погрешностей профилей зубьез и бокового зазора в передаче ;

2. Предложены рекомендации по допустимым значениям бокового зазора при выходе тепловоза из ремонта ;

3. Разработана и внедрена технология изготовления ведущих зубчатых колес с утолщенными зубьями.

4. Проведенные натурные стендовые и эксплуатационные испытания подтвердили эффективность и работоспособность восстановления работоспособности ТЗП предложенным методом.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ : разработан новый ютод расчета параметров качества зацепления изь'лзенной зубчатой передачи, состоящей из колеса и кестерни разной степени износа. Результаты экспериментальных исследований использованы при расчете и обосновании допустимых значений погрекиости профиля зубьез н бокового зазора при выходе тепловоза из ремонта .

Разработанная технология изготовления шестерен с утолщенными зубьями была применена на.локомотиворемонтном заводе в г.Даугав-пилсе. Ведущие зубчатые колеса с утолщенными зубьями и ведомые зубчатые колеса с восстановленными профилями зубьев внедрены на Октябрьской железной дороге.

ВКЛАД АЗТОРА. реферируемая диссертация обобщает результаты научно - исследовательских работ по повьшенип работоспособности тяговых зубчатых передач тепловозов, выполненных в ЛИИЖТе (ПГУПС) при непосредственном участии автора . Результаты совместных разработок с указанием вклада каждого участника изложены в отчетах и печатных работах. В каждом конкретном случае в диссертации даны соответствующие ссылки на источники информации.

ДОСТОВЕРНОСТЬ основных научных положений подтверждена результатами эксплуатационных испытаний, натурными экспериментами и данными статистической обработки. Эксперименты выполнялись с

применение.; слец^лшзй контрольно - измерительной аплсрагура. огвечаагой тробезаеюш стандартов. Обоснован'ясго мучка« поло-дс,\ ин л ?дт терилена публикацией оснознкх роьулугтев рг.Сг.ть? в .¿нтраллых изданиях и риступлсич>л»: на &сессягчы< и Российски* ьа,чио-';схн!.чгсчи): ко^сренцк-х к семинарах.

.. И" * РЙ5ЭТН. Со.гзнып потококкг, релоты дс: оказались, •..'¿¿оддось и п.з/./ч«/>« к а : згеед&.ллх техньчссшго со-

вета /;:угаш1к"сс1:сг0 локоглотисорспонтного а^Г'.да (1934-1980 гг.); пл Всоси..оно;"; на;':нз-текн;;чссюл конференции ''Создание и техы:~ чоскоо обслуаисание локомотивов больеш »«узости* (г. Боро^ишв -град, 1935 г.); на ссмл-.арй сокциг зубчатых пзре-дач и рс^укторост-росния ЦП НТО йзипрск "ЛозЕИйнг. сб.эаСотка закаленных зубчатых колее" (г. ;.'.зс;:ва, 1937 г.); ка сосодания по повысению надлдаости зубчатых передач• типлэвозо^. пр.. лунном под руньеодггдо:« Гласного технического управления МпнТя;;Мгз ео Ьссссезнсм научно-исследовательском теплогезчш институте (8КИГШ ( г. Коломна, Моск. обл., 1989 г.); на Республиканской научно - технической конференция " Созсркенстсовзнйо матедоп расчета , ютструирозания и зубообра-ООГКЬ цилиндрических и комических зубчг.тых, ьпирэидних. гипоидных и червкч'иш передач (г. Ижевск. 1939 г.); ¡;а Всесоэзнои сшннаре " ПОЕЬЦЙЙИЗ ЯЗНОСОСТОЙШС7И !! КаГруЖИ В&ВДЯШ ЗгОЛаБСНТЮК зубчатых передач объектив тяжелого, ьдергетического , транспортного, строительного , лсшигрз&доюаюги н химйч-с.язго мгкиностроешш (г. Пионтесвк.а, Иоа:. обл. 1550 г.); из заевдьнкйя к.фяры "Технология мотал;::):" и сопизсплзс ь^ссд^лых Кзхзкическгго фс-к/льтетг и научно-технических ю!:.}зрсникг:; учоы!;; /ЬК.ГГа н ПГУГС (С,»;:ст-П£тс;р6/Уг, 1&27-10Э5 г.).

По тсиа диссертгцж опубткэдано 8 початнш работ, испрссы подробно озве;сгки с о отчет.-« по изучно-ассяс--дсззтвл'-ским робота:, мротйстрирегаг-гьсл- па Ш2Щ.

С5Ш1 П (ГП'УШ«4Л РДБОШ. Дякпрлцкя ессточт из Евсдгт«!,

5 гл;.о об^Ил сыз^ов. содержит: 125 сгр'змгч ^.^кзпиеного текста, а га»;.-»ц. СЗ Окблигрй;;;!. £,«;/; мгх-цой ЗГС н^-гашм,

И 3 ¡¡РИЛЗЖ2Ч1Ш.

Б ираой ""aie в«гюл*.••;» глсл::- (хс/сяю'сккй гй игиссу н .«и-нгкшсе ТЕП î-tiîc; " эло.. л •>'.-,• :тво?эт, к/пссн&дездегя ш:-

¿уо позроч;;ен:-ч зубч&тиг ноля тягсеого почюяа, рассмотрен1: зоз-1!ут« ПОБЫЗОНИЛ ,Ч.т'Огеч.ЧЧС.'И ТЛГЭЗН* -ïyc«av!«£ 1'РрО;;Э.Ч, с4о^.!/№'Г.-гйны спгапныо и^лчн ¿ксссргациоачой ргооты, вэт^каэт^иа ;:з постгклош ¡оЛ гроОски.

На грузе;-."* чдг«,зт[,"Л'Л1»< телллзогах '¡wr. £оль::чо pa'vr,, ocrp-i-."Cimo получило опоено осевсс п~л ^аива^ие, котгрое несмотря на ряд тч!Н1иякзл'№-« ¡{едосг^тксв i и>"ы;?я нео^госсорсн.-."л мчсса .. ¡"сстпсггь полг-осхн, ояг'естэроиг.ссть пгрс-ра':;'. ) сбла;"ст чеос"к\:ч-ньш гостоикстзгча - г.ькСг-па кшетрукии», сссркл и режнта, ком-

iCo:iCî;)y;cui:oii-^G недс.ггс-.т:; епорно-сс-чиго гздвеиипагч ^ делл-ст -'"дост^тсч.у i рагогчслоссбчосгь Г/П гругсачх осгюп: '¿игл печре^ди - ^егдекр« chkui-4 UOH.CC зуГ-^ос, -."-■¡cicbie сколи, мз.га>"ч, ус;тглсстнко гоЕрчс-сГчил y^ciivc,

Тсчрчтичочкиз 1' cxcnopKKivnтгльию ;>сслгг;:5тгя лччелччп вччкчеч с;::тя?.;, ч^-ткас. ч:'Я чуГл-ч? ч пои; .гснкг p.'.î:.oT'>wr.C'TC;-ночтч 'i^n с-р^ч11"'. г$ pi^Oi'a'; у»?!»•*. Ki.iîTa, Г-ШС'ЯГа, uHi.ii;. Л'1Г-»Тп и ;;г>гил Б. Чсч, н ч,чучч> -льс;си>: ¡-¡гСгнгутоВ.

ИЧСЧЧЧСЧ1ЧС1 Г'Г- '•' :,.- lit, ЧТО ЧРЯЧ'.ЛЧТО^Пгл •: ЧЧС-

ыс.^ют tî-гоуого привода iî - ч-чс.чч ког;ь ого ?уСчдт:>ч ne

cùyrr.iW^nz гчз'-чпельнки ростом y ¡-чночпчне порода-1:: СНЕ :«;:;: и zr.y ¡¡.оч-ч« £ч::гч:чсс;-ч-!% vwwu'.. к-оадейстз^г'-пч на при&одз, чр-'з; скй» г. паачегч: ?.:ч г~г?\ч-гчч передали Д-шлмн-есклч ¡:агрр «гнность тчгсьочо ,-.г>«эла к чч&рссть иччоса зуб'.ез гчеч-чг/^ч:чч поя^стает ги ; учо vii.v::. <Г;;;:-л мгмечл ч

ЯСГрСЕНССТЧ ПрСлЧЛ;. Ч/ЙЪЧВ.

Х-.я егчеглу лчру^-сх тепловозов погг.тччче ра£о?с"псссбностя гчччечл прчогд ц^иооесч'з^чо иЛ^чйть теллслогичсс^ими мотсла-( yjiyv.ïî' УА i.'-V-VCTM M i-&pC-L'T->, liEî'-HC'HKe ВИДа И pC!:-:.i:.iл ТСГ"--У:рг5ст'-Л1, ,чз1^«е"ио сила п рс-^ма частоя-у': oôr,-Ccn<H ¡:олас) к Р'":тнтно -- rxcrnyiT^ii^Ot-rfVii': ¡'етг:^а»г; 1;..:î".¡г.'Щ, в .-.пс» « на. по -рога зксп.туат<а;ич v. решите тсагцпьпзо?.).

OTCt-na гпевны« налразлениеч rarii-cf; г^оати ,;ьтеегсл о":р:;дс-г-оггэдл.асстл к целесообразности сг.аасния омической ¡'лгру-»е-кносги и OKCpect-.ч иг,носа зубьээ ч^сти'-'мс ипно:1 л;>ой г.с.-е.г,>.•-"••. путйУ пС'р!;о/,,г-| С;с?го согсг.оне^ггиш ге.'ггначаЛ'-яс'х ri-;p,j!C;?psr к;.-43Cîia (цч'сг;-. ¡err.n;"; 3yui,:-BC.i часлоп, <-< -

:«;нальногс бэ!:о[;ого зтора пут.йм плистаГ" г:?! и--'

гон тс тсас^ориз ,погс№"< kov^j с взс.-.'ачсг.леьяым э^&г..-г>сат,-.«ч проф!,г,ол зубьев и'.сггряг'Чй, Mr.iccу:;.:ч утола-мк^о гулъг'..

Вторая глава работы посвящена результатам исследовании износа и повреждений зубьев колес тягового привода тепловозов. Для получения данных по повреидениям зубчатых колес в эксплуатации в процессе работы над диссертацией постоянно проводился сбор статистической информации о браковке колес и костерен на локомотиворо-монтном заводе и в депо за период с 1980 по 1993 год. Для получения статистических данных по износу профилей зубьев в процессе эксплуатации выполнялось снятие слепкоз и обмеры изношенных профилей зубьев. По результам замеров расчитаны профили изношенных зубьев колес и шестерен различной степени износа.

Анализ полученных результатов показал, что износ профилей зубьев происходит неравномерно как по длине зуба,так и по высоте. Наибольший износ зубьев наблюдается со стороны ТЭД, по высоте - в зоне постоянной хорды и делительной окружности. При это.'.: вследствие различной геометрии зацепления зубьев вестерен и колес характер их износа различен.

При большой величине износа зубьев на ноже образуется зона нулевой и даже отрицательной кривизны, а на головке кривизна профиля значительно больше исходной . Погрешность профилей зубьев вместо допустимых при изготовлении 0.08 км достигает в процессе эксплуатации значений 0,3-0,5 мм.

На рис.1 представлен характер изменения профиля зуба в процессе эксплуатации, полученный аппроксимацией полиномом 5 степени с помощь» программы аппроксимации - интерполяции : ДБу- Р5(Ну) = Ао + А! - Ну1 + Аг-Н/ + А3-Ц,3 + А4-н/ + Аэ'Н/ : где ДБу - Бду-Бу - утонение зуба по хорда на высоте Ну ;

Бау, Бу - толщина нового и изнйиенного зуба на высоте Ну ;

¿О

/г

о £

Рис.1. Профили зубьев и эпюры износа зубьев

ведомых зубчатых колес и ведугдих шестерен

В третьей глапо представлен новый метод расчета линии зацепления и параметров качества зацепления изношенной передачи, разработанный автором.

В работах ученых МИИТа. ВНИИХГа, БНИТИ, ЛИШТа разработана дша-мичеекке модели ТЗП для расчета динамической нагруненности КМБ. В болыгинстве работ амплитуда внутренней возмущающей силы принимается равной либо сумме абсолютных величин наибольших погрешностей профиля зубьев колеса и шестерни или равной большей из них, а закон изменения возмущающей силы принимается синусоидальным - то есть колебания считаются гармоническими. В то же время в ряде работ отмечено, что возмущающая сила в изношенной неприрабо-танной передаче имеет ударный характер, а но гармонический.

Задачей настоящего исследования является определение зависимости амплитуды возмущающей силы и закона ее изменения от погрешностей ' профиля зубьев зубчатого колеса и шестерни, изношенных в процессе эксплуатации. Практическая задача исследования - определение предельно допустимой погрешности профиля зубьев, при которой они должны быть подвергнута восстановлению.

Для решения поставленных задач автором разработан новый метод расчета линии зацепления дзух несопряженных профилей зубьев, заданных аналитически или массивом замеров толщины зубьев по высоте.

Установлено, что для упрощения кинематических расчетов, связанных с вращением зубчатого колеса и шестерни, функцию, отоб-ратакдда профиль зуба, необходимо задавать в полярных координатах с началами координат в центрах вращения колеса и шестерни, а в ка-качестве функции, отсбраиающсй изношенный профиль зуба, выбирать зависимость ?У=Г(!\) половины угловой толщины зуба ?у от радиуса зубчатого колеса или шестерни (далее-радиуса) в л»бой точке Ну.

Попытки представления нового эвольвентного профиля зубьев математическим выражением в виде экспоненты, степенного полинома или полинома Чебьшева показали, что при этом не обеспечивается требуемое значение второй производной функции . что существенно влияет на точность расчетов точки контакта и радиуса кривизны профиля . Поэтому профиль нового эвольвентного зуба и частично мгновенного зуба ( рис.2 ) в данной работе представляется в виде функции (2), состоящей их двух слагаемых :

% у

?эу - половика угловой толапкц зуба, кыэяцого новый эеольезнтньй профиль, на радиусе йу ; - угловой износ профиля зуба на радиусе Ну . Параметры и Д?у задается для каздой точки выражениями (3) и Ш:----

(3)

•эу

О . й 'эо Ч)у

где

6зу • /(йу/!?,)2-! - агс1с(/(Пу/1>0)г-1) ^30 " ^зк + ^зч •

- агс1е «».б-^/Ша-Н,,)) ;

В,,, - /ш-«,/!}„)г-5 - агс^Б /(Р3..

где

еил

Яэ, - /(0, м-^/ч^-ц,.)2)";

- половина углооой та-щини эсольвонтного профиля зуба на радиусе основной окрунности Н0 :

- полярный угол эвольвенты (инаопзта) в точках йу и Нч; Я, - радиус рассматриваемой точки !,'/;

йс - радиус основной скру:шости эвольвенты;

- радиус скруиюстк взршии зуба;

Н„ - высота измерения толдика ьуба. по чертезу (точка Мч); £-)Ч - ииникгльная толщина зуба, указанная на чертеае ; Кзч - радиус эвольвентного зуба в точке измерения Н, ;

- палоэина угловой толщины нового зуба в точке И.,.

¿гу - Р5(Ку)/^;

(4)

где Р5(К,) » ¿0 + Л,-К,/ 1 А^-к/ + Аз'К/ + А^К,,15 ;

Ку . 1-(Кл-К„)/п - функция, принятая для приведения диапазона изменения Ру к диапазону (-1;+!) ; А, - коэффициенты полинома, ргсчитг^хз па прогрглаг алпрп;-сс;>пации.

Предложенный метод расчета точки контакта двух произвольных профилей основан на следующем положении: для заданного угла попорота ведущей шестерни угол пасс рота ведомого колеса , соответствующей предположения, что точка контакта находится на рзлиу-се !?1у (рис.3.), однозначно определяется вкрахсякон (С) :

и угла поворота ведомого колеса

¡ .-fey - arctg (ух,) + % НцГ] (5)

где Ху - - Rlv • cos (?lv + ?1у): _

Yv « Rly • sin (fi4 *-%v); R?v » .

здесь X, , Уу - координаты X и Y точки пересечения профилэй Ру; RiV'R2v " РЗДиуси соответственно шестерки н колеса в точке Ру: Tiyfj V ~ углы поворота соответственно аестерни и колоса; ?гч - половина угловой толщины зубьев в точке Ру; W - меяосевое расстояние зубчатой передачи с учетом зазоров з моторно-осевых подшипниках и отаатг.л валов ;

Для каждого угла поворота ведущей иестерни <р1у выполняется расчет углов для всех точек профиля зуба шестерни Я1у начиная с радиуса вершин ¡?1а до радиуса впадин й1Г с шагом 0,1 им.

Профили зубьев шестерни и колеса будут находится в состоянии контакта без пересечения (интерференции) соседних участков профилей при наибольшем значении угла поворота зубчатого колеса <р2вах из всех расчитанных значений углов <Ргу. Радиусы шестерни и колеса, соответствующие этому значению угла <^иах , и принимаются за радиусы точки контакта профилей - Г?1К и ^к-

На основе расчета для каждой точки контакта определены: координаты точки контакта Хк и Ук, погреаность угла поворота колеса Лфг, скорости скольжения и углы профиля в каждой точке контакта.

По полученным данным для каздого варианта комплектации построены действительная линия зацепления; диаграша прерывистой кинематической погрешности передачи диаграмма мгновенного передаточного числа передачи г н; и расчитаны кинематическая погрешность зубцовой частоты РГггог и скорость, удара в момент пересопряжения зубьев - параметра, характеризующие плавность работы передачи и ее динамическую нагруаенность:

На рис.4 представлен пример результатов расчета для различных вариантов комплектации тяговой передачи при ремонте после пробега 0, 7 млн, км :

Анализ диаграмм показывает, что разъединение приработанной передачи и комплектация ТЗП из колеса и шестерни с разницей погрешностей профилей зубьев более 0,2 т приводит к значительному возрастаний динамической нагруаенности передачи.

С использованием разработанного метода были расчитаны значения и построены номограммы зависимости параметров, характеризующих качество зацепления передачи от сочетания величины износа и погрешностей профилей зубьев колеса и шестерни.

Выполненные расчеты показывают невозможность полного восстановления параметров качества зацепления без восстановления эволь-вентного профиля зубьев вследстие изменения межосевого расстояния после ремонта.

При невозможности восстановления звольвентного профиля зубьев колес при ремонте номограмма дает возможность выполнить наиболее рациональную комплектацию зубчатых пар в условиях завода и депо.

Рис.4. Параметры характеризующие качество зацепления передачи: реальные линии зацепления (1). диаграммы прерывистой кинематической погрешности Рг(2) и мгновенного передаточного числа Ц,гк(3): линия ММ - идеальной эвольвентной передачи;

АВ - приработанной передачи;

СОЕ - колесо после пробега 0,7 млн. ил с новой шестерней;

РСШ - шестерня с пробегом 0,7 млн. км с новым колесом.

- ! 1 -

В чатпертой главе приведен анализ приысняелих в настоящее время н предлагаемых в даннной работе вариантов комплектации ТЗЛ при ремонте (табл. 1 ) и приведены расчеты оптимальных градаций восстановления эвольвентного профиля зубьев колес и технология изготовления пестерей с утолщенными зубьями.

При ремонте ТЗП частично изношенное зубчатое колесо может быть укомплектовано частично изношенной приработанной шестерней (вариант 1) или новой шестерней (вариант 2). При погрешности профиля зубьев колеса более 0,2 № необходимо выполнять восстановление эвольвентного профиля зубьев колеса путем срезания неровностей профиля зубьев лезвийным методом до получения более тонкого эвольвентного зуба (вариант 3). Изменение утонения зубьев колеса и погрешности профиля зубьев без восстановления и с восстановлением профиля показаны-на рис.5.

Для снижения динамической нагрухенкости и увеличения ресурса ведуцих шестерен в паре с учетом предлагаемого периодического восстановления эвольвентного профиля зубьев колес при капитальном ремонте тепловозов рационально комплектовать эти колеса с шестернями, имеющими утолщенные зубья (вариант 4).

и погрешности профиля зубьев (4) от пробега тепловоза :

0 - без восстановления эвольвентного профиля ;

1 - после первого восстановления ;

2 - после второго восстановления .

Таблица 1.

Барискть ко'тлекта>.;и1! тягсзьи передач после ремонта.

В таблице 2 представлены градационные размера на утонение зубьев колес при восстачовлениа эзольвентного профиля зубьев ио время проведения заводского ремонта тепловоза и соответствующие и у рекомендуемые градационкьхе размеры утолщения зубьев костерен. На рис.7 показано , что применение шестерен с утолщенными зубьями умекьпает бсгсовой зазор передачи 0 процессе эксплуатации в среднем в 1,5-2 раза.

Таблица 2.

Рис. б. Профиля зубьев шестерен: сепийно.1 (0) и с утолщенней зубьями 2 и 4 градаций

,3, чи

Утолщение зубьев ведуцей шестерни Величина утонения зубьео ведомого колеса , од

Номер градации Величина утолце-ния , мм

0 0 0 -0,5

1 + 0,6 -0, В -1,1

2 + 1.2 -1.2 -1.7

3 + 1,8 -1.8 -2,3

4 + 2.4 -2,4 -3,0

V

5'

К

■1.

о'

'1

/

¿1

1/

'2.'0' 1 'Ь.'КУкм

Рис. 7. Изменение бокового зазора ТЗП о процессе эксплуатации : О - для новой передачи : 1,2,3,4 - после ремонта тяговой передачи соответственно по 1,2,3,4 варианту ют-ллсктации. (табл. 2)

Для получения утолщенного профглл зубьеа с сохранением профиля опадпны при нарезании зубьев была применена стандартная червячная фреза с модифицированным профилем, предложении ШСТТом. Лоработка Фрезы была проведена во ВНИИинструмент (г.Москва).

На Даугавпилссксм локомотиворемонтнои заводе было изготовлено две опытных партии иестерен с утолщенный) зубьями.

Предложенные технология , режимы цементации и термической обработки кестерен обеспечили увеличение глубины упрочненного слоя на величину утолщения профиля зуба. Сравнительные усталостные испытания показали , что шестерни с утолщенными зубьями имеют предел усталостной прочности не ниже серийных кестерен.

В пятой глава приведены результаты экспериментальных стендовых и эксплуатационных исследований натурных тяговых приводов с различной величиной износа и погрешостей профиля зубьев ¡«злес и шестерен, а такае передач с восстановленными колесами и шестернями с утолщенными зубьями. Стендовые динамические испытания проводились на динамическом стенде БНИТИ (г.Коломна). Сравнительная оценка динамической нагруженности элементов КМ5 проводилась по величине динамического,момента на валу якоря и по величине вертикального ускорения остова ТЭД над ось» якоря. Параметры зубчатых колес, подвергавшихся испытаниям, были подобраны так, чтобы можно было исследовать как влияние циклической погрешности передач;-!, так и влияние увеличения бокового зазора.

Анализ результатов стендовых испытаний показывает: при отсутствии внесшей возбуждающей силы (колебаний стенда) динамическая нагруяенкость тягового привода в основном определяется циклической погрегиостью передачи (динамический момент в передаче с погрешностью профиля 0,4 ил в 3 раза вкие, чем в новой). В передаче с малой погрешностью профиля зубьез (0,03 мм) увеличение бокового зазора до максимального значения 5,6 мм с приводит к увеличению динамического момента в 2-2, 5 раза.

При наличии внешней вибрации стенда, имитирующей воздействие от пути, величина динамического момента для всех исследуемых ва-

риалтоа рк-к© возраста'; г, на исох ретах работ обнарухкэгзгся ии5рсударный характер процесса сопряжения зубьев - то есть зубчатая породича работает с стрыво:| рабочих поверхностей зубьев и с последук-цим их соударением.

Анализ осцилогргх-..,', стендовых шпгтаний К!.Ш показал, что при малых амплитудах кслебзн'ш иэмененке крутяцеги межнта близко к гармоническому с частотой, равной зубцовой частого. При увеличении амплитуды колебаний пеяи' -"¡¡¿тс/: частоты колебаний, кратные зубцосой частоте, что с^гдзтельспзсп* о сиброударком характере сопряжения зубьег-.

Оценка сравнительных кстанЯ пгкагмьает. что при натачай г.нешней возбуадагирй силы д-пнздк'юекгя нагругенность передач:«, зависит как от циклической погрек юстл . т.гс и от вепнчины бокового зазора передачи. 3 случае Сошш>'; а!-лли7уд;л колобамий при бскороя зазоре до 2 ¡.г, е<уичйнз. отрьва кежгт пргзытзть величину С-сагозопз зазора, яри ыси происходит пронег/7с>ч;:оз соудгронж нерабочих поверхностей зубьоы, что значцу&яько сжхает амплитуду кол&бимй и реличину динамического ыюонта. Яр;, большом бокогоь« г?аоро промежуточного соударения ко происходит и амплитуда колсбамчй и ¿¡а-нзиический ыоь'нт ни салу значительно возрастает.

Применение шестерен с ута/а&ныии зуйьгми и югл'кк-.чишя кх восстагпвлснними зуочтгччи колссам.) сни?;гэт лйлзкнчоскуь нзг;у • дсежоегь как сх-Юг' ;<убчаго>1 передачи , ток и других оломентоа ш лесно-иогорпого блсии, что показано* тео;.С'ппсспш иег.лода.-га-чгн:-: и нат/рнши егшдззм.?;-: .тг:..:- .V,,,.;:.

Для ОЦСНЮ; г£$еКГИ5>»СТИ ВОССТеЛО ШЗННй эгсгисенпкго Профиля зубьев колос у. лрдоокяыя весгеран с утелг.ж-.г^.'.и ауСьямН 4 тепловоза со время заводского ремонта С:-иш оборудованы передачами с различными величина.;« утонен.¡я зубьев колес и соответствующего утодарнип зубьев опытных вас?£рен. В процессе эксплуатации э тих тепловозов зкпо/индг.сь периодические осмотры и обмеры толщины зубьев колес и '■¡»егерей. На двух тепловозах был;; проаедоны динамические эксплуатационные испытания с замера: вер-

i H.-i.jjibHux ускорений 0CT0.-1 тзд. Дн,.\л и полученных спектров мощности показк0?.ст, что осковн-л энергия кап',: бани-1 сосредоточена в зоне зуСцоРой частоты. На многих режимах раСота наблюдаются пики на частотах, кратких зубпозой чистоте, что сзидстельствует о виб-роудариси xcr-актере работа перелечи. Срггиительга-Л анализ амплитуда ускорений прчоода, С!:сь*пгектссаниого из изношенного колеса с nor рстмсстьэ профиля 0,25 им, га-еет аз-ллитуду ускорений в 3.5 рака больпуя, чеч передача с эосстаководпотч профилем аубьев. Пря-»гичннс гостсрен с утолщенными зубьяич iwec-o серийных даго возможность снизить ускорение остова 7ЭД в 1.5 раза.

Длг. сравнения динамической нагрукечности передач различной коятяоктгциа в рсОотс введсю понятна юэ4фа|нента динамического иэконтз передачи Кн, , разного orr.a-sevMo величин динагнчеекчх моюнтса исспздусчоП !t|, - -1я"" • я8" •; и новой передачи на данной реяснме работы. -'я я и. но«.

Изменение динамической кэгруаскнестя тяговых передач в процессе эксплуатация при различных вариантах ремонта показано на рис. 8.

¡4,

1

3

2

i

Рас. 3. Изчененио динамической натруасшестн тягсьых передач в процессе эксплуатации при различи гх вариантах осман та: 0 - для новой передачи ; 1,2.3,4 - после роисита тяговой передачи соответственно по 1,2,3,4 раригнту комплектации.

Расчет ресурса зубчатых колес (ряс. 5) и шестерен (рис. (р по износу зубьев показывает, что выполнение периодического восстановления эвольвентного профиля зубьев при ремонте и установка шестерен с утолщенными зубьями, дает возможность увеличить ресурс колес по из!»су в 1,6-1,8 раза, а ресурс шестерен - в 1,3 раза дль шестерен 2 градации и б 1.6 раза для шестерен 3-4 градаций и бо столько ¡ге раз сократить потребность МПС в Смене колес и шестерен.

Одновременно происходит снижение динамической нагрукенкости элементов колесно-моторного блока в среднем в 1,4 раза, что значительно снижает вероятность появления усталостных трещин на ТЗП и количество отказов ТЭД.

¿Б,, мм

-1

-3

0 12 3 4 / / .

- )/ ¥ 2 V /

/// « У

: о А 7 ' / у

У

р з' / ■

г!'| 1 ' '1п Г.1 1 1< 1«,

Рис.9 Зависимость утонения зубьев шестерен от пробега тепловоза: О - для серийных шестерен : 1,2,3,4 - для шестерен с утолщенными зубьями соответственно 1-2-3-4 градаций

ooíjbhs ишоди и гекошимри

5. Основным видом разрушения теговьи зубчатых передач грузи, чх тепловозов является износ зубъез. При заводском ремонте сменяемость составляет 30-90» для иэстерен и 50-60S для колес.

2. Показгнэ, что износ зубьев ргчюс происходит с нарушением их исходного (гивольвснтнйго) профк '. Это обуславливает ухудшение пзргмстрсз качества зачсплеичя.

3. Разработан метя расчета пара^строз кг.честв? за.(0пл?нил зубчатых передач с различней величиной погрешности прсфитя зубьез: ярвдлэгоно выполнять расчет в полпрных координатах вида '?V=F(RV) и задавать про;иль иэкешшого зуба в виде разница углозой толщ'нч нового "зольвентного зуба, задаваемого ¿¿-.злнтичэски, углооого износа зуб., гэдааавмаго з виде = ) _ (R>}

полинома пятой степени идч сплайна. ' ^ - * Выполненные расчета показывают, что комплектация тягозых передач без учета сочетания погрешностей профилей зубьев !солес и шестерен приводит к значительному ухудпрккэ параметров качества зацепления.

Стеклозго и эксплуатацгянныз исследования колесно-моторнн;; блоков теядгеоэо» пот зерд-mi, что с увеличением ипдоония профилей зубьев и бомоссго зазора передачи динамический нагрузки на элементы тегового привода увеличиваются в 3...5 раз.

4. Построены номограмм зависимости параметров качества зацепления передачи о? величчни износа и погрешностей профиля зубьев колес и пестере!', дгааде зозмояоеть выполнять рациона"ънуа комплектации зубчать-:-? передач при прозоденки ремонта в условиях депо.

5. Пре.члохсно применение шетереи с утолценнгм;« зубьями для комплектации паи восстановленных зубчатых колес с цель» обеспечения номинального бокового зазора передачи после родздта.

6. разработаны градаимонние размеры и технология нарезания шестерен с утолщенными зубьями, обеспечивающая требуете увеличение толщины зубьев с сохранением профиля впадины и предложен режим термической обработки, обеспечтоаотий тресусмсе увеличение глубины упрочненного слоя. Изготовлена и установлена на теплово&ы партия кестерен с утолщенными зубьями.

7. Рекомендации диссертационной работы использована на Октябрьской яелззной дороге при дзповском ремонте тепловозов.

Опытная эксплуатация по'сгзкваэт, что приисикмс дсстерек с утолщенными зубьями обеспечивает снияенио динамической н?.гру-жснкости элементов тягового привоза до уровня новой перед чч:', дзет возможность повысить ресурс элементов зубчатых передач на 30-50".

8. Экономический эффект от внедрения костерен с утолщенными зубьями на программу локомотивного завода 910 секций тепловозов составляет 105 тыс.рублей в год (в ценах 1985 года).

Основное содержание диссертационной работы опубликовано о следующих работах:

1. Маши ев М. И., Билинчук К. Л., Зстлинг A.A. Методы повышения работоспособности и долговечности тяговых зубчатых передач тепловозов. Вестник Каздшостроемия. П 3, 1992 , 32-35 с.

2. Мащнев М. И.. Билинчук Н.Л., РябозА.И., Зстлинг A.A. Влияние искажения профиля зубьев тяговых передач на вибронагру-ненность колесно - моторных блоков тепловозов. - В сб.: Конструкционно - технологическое обеспеченно надеяности подвижного состава. Межвузовский сборник. Л.: ЛИЮТ, 1985, с. 3-9.

3. МашыевИ.М.. Билинчук Н.Л., Зстлинг A.A. Эксплуатационная оценка эффективности восстановления звольвентного профиля зубьев колос тягового редуктора тепловозов. В с5: Создание и техническое обслуживание локомотивов большой мощности.Тез.докл. Есесоаз. науч. -тех. конф. г. Всросшловград, НТО, 1035, с. 91.

4.Машнев М. И., Билинчук Н.Л.,Рябов А.И. .Хмелева Ю. А.,Зстлинг A.A. Повышение ресурса ведуацих шестерен тяговых передач тепловозов.

В сб: Совершенствование штодо^ расчета, конструирования и зубо-обработки цилиндрических и конических зубчатых и червячных передач. Тез. докл. респ. науч.-тех. конф. Ижевск, Удмур. НТО. 1989, с. 6-7.

5. Зстлинг A.A. Особенности измерения износа и погрешности профиля зубьев новых и изношенных зубчатых колс-с тяговых ЗЛ локомотивов. Веб: Тез. докл. 55 науч.-тех. конф. ПГУПС с участием студентов, аспирантов и ученых. С-Пб., ПГУПС. 19S5, 39 с.

6. Зстлинг A.A. Расчет влияния погрешности профиля зубьев изношенных зубчатых колес на плавность работы зубчатой передачи, мотивов. Веб: Тез. докл. 55 науч.-тех. конф. ПГУПС с участием студентов, аспирантов и ученых. С-Пб., ПГУПС, 1995, 39 с.

7. Зстлинг A.A. Экспериментальная оценка динамической наг-рукенности изноиэншх тяге сих зубчатых передач различной комплектации. В сб: Тез. докл. 55 науч.-тех. конф. ПГУПС с участием студентов, аспирантов и ученых. С-Пб., ПГУПС, 1S95, 39 с.

8. Зстлинг A.A. Оценка эффективности восстановления профилей зубьез и применения вестерен с утолщенными зубьями при решите ЗП локоштивов. В сб; Тез. докл. 55 науч.-тех. конф. ПГУПС с участием студентов,аспирантоз и учених. С-Пб.. ПГУПС, 1995, 39 с.

подписано к печати 17.1С.£5 г. ioo:ai 6С';;84 I/I6 Буяига аг.п. Печать о-;серная Усл.п.л. 1,25 _ Ьздоз V? ¿X)__'___________

;;г;-:1С ISG03I С-Г'Ож'ере'^р? ".оскозок::;; пр.,9