автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Снижение динамических нагрузок в тяговых приводах электровозов с рамным подвешиванием тяговых двигателей и карданными муфтами

На правах рукописи

ВАХРОМЕЕВА Татьяна Олеговна

СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ^В ТЯГОВЫХ ПРИВОДАХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С РАМНЫМ ПОДВЕШИВАНИЕМ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И КАРДАННЫМИ МУФТАМИ

05.22.07 — Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 АПР 2014

Москва-2014

005547250

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» МГУПС (МИИТ) на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор,

Рыбников Евгений Константинович

Официальные оппоненты: Федяева Галина Анатольевна,

доктор технических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Брянский государственный университет путей сообщения», профессор

Синицын Григорий Александрович, кандидат технических наук ООО «Аэроэкспресс», Отдел технического развития подвижного состава, начальник

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский и

конструкторско-технологический институт подвижного состава» (ОАО «ВНИКТИ»)

Защита состоится «21 » мая 2014г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.01 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный

университет путей сообщения» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПС (МИИТ).

Автореферат разослан «<$» апреля 2014 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние годы вследствие интеграции России в международное экономическое пространство наблюдается увеличение потребности в осуществлении перевозок, в том числе и по железным дорогам.

В связи с распоряжением правительства РФ № 877-3 от 17 июня 2008 г. была утверждена «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации, до 2030 г.». В соответствии с программой «Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.» для достижения поставленной цели руководством компании были сформулированы основные задачи, среди которых можно выделить следующие: повышение скоростей движения грузовых и пассажирских поездов, увеличение нагрузки на ось, формирование тяжеловесных поездов массой более 9000 т, улучшение тяговых свойств локомотивов и снижение удельного расхода энергии на тягу поездов, повышение уровня безопасности движения поездов.

Используя особенность тяговых приводов с асинхронным двигателем -относительно малый вес тягового двигателя по сравнению с двигателями пульсирующего и постоянного тока, - можно уменьшить неподрессоренную массу за счет меньшей массы двигателя, но только на 20%. Но другая особенность асинхронного тягового двигателя - повышенная частота вращения ротора — потребовала увеличения передаточного числа редуктора, что привело к его усложнению.

В настоящее время развиваются скоростные контейнерные и контрейлерные перевозки на большие расстояния до Ютыс. км со скоростями близкими к скоростям пассажирских поездов. Для этого требуются мощные скоростные локомотивы с конструкционной скоростью не менее 140-160 км/ч, способные эксплуатироваться с разными родами тока и напряжения.

Железнодорожная промышленность уже создала ряд локомотивов: ЭП10, ЭП20, ЭП2К, ТЭП70, - отвечающих этим требованиям. Однако длительная эксплуатация локомотива ЭП10 с большими скоростями на длинных плечах выявила ряд недостатков в механической части тягового привода, угрожающих безопасности движения.

Таким образом, в связи с широким применением тяговых приводов с рамным подвешиванием тяговых двигателей повышение надежности тяговых приводов в настоящее время остается актуальной задачей.

Цель диссертационной работы. Выявление причин разрушения системы креплений к раме тележки тяговых двигателей с карданными

муфтами. Разработка предложений для повышения надежности креплений тяговых двигателей на раме тележки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ разрушений тягового привода электровоза ЭП10 в эксплуатации для разработки рабочих гипотез.

2. Разработать конечно-элементную модель подрессоренной части моторной тележки.

3. Выполнить верификацию расчетной модели и натурной тележки на основе данных испытаний электровоза.

4. Выполнить статический анализ расчетной схемы монтажа опор двигателя и моторно-редукторного блока (МРБ) по действительному распределению нагрузок.

5. Провести динамический анализ различных вариантов креплений тяговых двигателей на раме тележки с учетом упругих свойств кронштейнов и.шарниров.

6. Исследовать динамические свойства карданной муфты тягового привода с учетом гироскопических моментов.

7. Экспериментально подтвердить разработанные технические решения.

Степень разработанности. В работе проанализированы научные работы ученых, которые внесли большой вклад в исследование динамики тяговых приводов локомотивов: А.И. Беляева, И.В. Бирюкова, М.Д. Глущенко, A.C. Евстратова, В.Н. Иванова, A.A. Камаева, В.И. Киселева, B.C. Коссова, В.В. Кочергина, В.Б. Меделя, Г.С. Михальченко, А.П. Павленко, Е.К. Рыбникова, А.Н. Савоськина, Ю.Н. Соколова, A.A. Шацилло, Х.Г. Усманова.

Методы проведения исследований. Для решения поставленных задач использован метод математического моделирования механических систем и современные промышленные программные комплексы. Геометрическая модель механической части смоделирована в пакете SolidWorks, для расчетов применен пакет Patran-Nastran MSC.Software, математический пакет MathCAD. Ввиду большой размерности моделей применялся вычислительный кластер суперкомпьютерного комплекса МИИТа Т-4700.

Достоверность результатов, полученных в диссертации, обеспечивается согласованием результатов расчетов, полученных на модели, с результатами натурных испытаний электровозов на линии.

Научная новизна. В рамках диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:

1. Установлено, что компоновочные схемы и конструкции опорных элементов тяговых двигателей и моторно-редукторных блоков (МРБ) на рамах тележек локомотивов не соответствует применяемым расчетным кинематическим схемам, - в результате появляется фактическая статическая неопределенность в нагрузках опорных элементов.

2. Впервые на базе натурных экспериментов разработана расчетная конечно-элементная модель подрессоренной части моторной тележки локомотива, учитывающая упругие и диссипативные свойства элементов конструкции при расчетах опорных элементов.

3. Выявлены рациональные схемы расположения опорных элементов и конструктивных схем опор тяговых двигателей и МРБ на раме тележки; получена аналитическая зависимость координат мест расположения опор от координат центра масс двигателя и МРБ.

4. Разработаны требования к опорным элементам асинхронных тяговых двигателей на раме моторных тележек, снижающих вибронагруженность креплений.

5. Сформулировано требование к конструкции карданной тяговой муфты для рамных тяговых двигателей скоростных локомотивов, устраняющее появление вибрационных нагрузок.

Практическая ценность работы.

1. Впервые проведен совместный анализ компоновочных схем и конструкций креплений тяговых двигателей и моторных редукторных блоков на рамах моторных тележек, в результате которого установлены причины появления статической неопределимости в нагрузках опор.

2. Предложена методика оценки виброактивности конструкций креплений тяговых двигателей и МРБ на базе разработанной конечно-элементной модели подрессоренной части моторной тележки.

3. Получены расчетные формулы, позволяющие оценивать статические нагрузки на опорные элементы тяговых двигателей и МРБ в зависимости от расположения опорных кронштейнов над уровнем головки рельса с учетом фрикционного трения в шарнирных элементах.

4. Получена формула, позволяющая определить расположение опор на центральной балке тележки из условия их равномерного нагружения.

5. Даны рекомендации по модернизации опорных элементов тягового двигателя электровоза ЭП10.

6. Предложено изменение конструкции карданной тяговой муфты для тяговых приводов скоростных электровозов с рамными тяговыми двигателями.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика исследования совместных колебаний тяговых двигателей и рамы тележки на основе конечно-элементной модели большой размерности.

2. Методика исследования крутильных колебаний карданных тяговых муфт с учетом гироскопических моментов на основе конечно-элементной модели.

3. Результаты исследования схем креплений тяговых двигателей и МРБ, в результате которого были получены рациональные схемы расположения кронштейнов и соотношения между основными размерами моторно-редукторного блока и расстоянием между опорами МРБ из условия их равномерного нагружения.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на следующих конференциях: XII научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов», Москва, 2011г.; XIII научно-практическая конференция «Наука транспорту», Москва, 2012г.; XIII научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов», Москва, 2012г.; XV Российская конференция пользователей систем МБС.ЗоАлуаге, Москва, 2012г.; XIV научно-практическая конференции «Наука транспорту» 2013г., XVI Российская конференция пользователей систем М8С.8ой\уаге, Москва, 2013г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 4 тезиса докладов на конференциях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающего 94 наименования, и приложения. Работа содержит страниц основного 243 текста, включая 139 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и дана краткая характеристика работы.

В главе 1 на основе проведенного анализа неисправностей, возникающих при эксплуатации тягового подвижного состава с рамным подвешиванием тяговых двигателей, и выполненного обзора технической литературы сформулированы цели и задачи исследования.

В настоящее время на пассажирских локомотивах для снижения неподрессоренной массы и защиты элементов привода от динамических воздействий применяются в основном два типа тяговых приводов: рамные

тяговые двигатели, с расположением редуктора на оси колесной пары или на раме тележки.

Опыт эксплуатации электровозов ЭП10, имеющих тяговый привод класса II с асинхронным тяговым двигателем, и эксплуатирующихся с повышенными скоростями до 160 км/ч показал, что тяговый привод остается ненадежным узлом.

Появлялись случаи ослабления болтовых креплений двигателя к раме тележки, в тяговой муфте наблюдались неисправности, связанные с разрушением кордовых диафрагм, повышенным износом зубчатой полу муфты.

В связи с этим возникает задача о способах крепления двигателя или моторно-редукторного блока на раме тележки в условиях гибкости рамы при воздействии динамических возмущений от остаточных дисбалансов ротора или монтажных дисбалансах муфты.

На основании анализа неисправностей тягового привода электровоза ЭП10 были обозначены следующие рабочие гипотезы по определению причин неисправностей:

1. Несоответствие расчетной схемы для определения нагрузок на опоры действительному распределению нагрузок.

2. Неудачное распределение динамических параметров в системе "рама - тяговые двигатели", приводящее к возникновению резонансов при наличии периодических возмущений.

3. Тяговая карданная муфта - источник периодических возмущений в тяговом приводе.

В главе 2 проведен анализ схем и конструкций крепления тяговых двигателей и МРБ к раме тележки и выполнено исследование статических нагрузок на опорные точки тяговых двигателей и МРБ.

Для исследования влияния высоты расположения кронштейнов опор тягового двигателя от уровня головки рельса была принята расчетная схема (рис. 1), со следующими допущениями:

— расчетная схема построена по схеме балки на двух шарнирных опорах, причем шарниры неидеальные;

— рассматривается плоская схема, так как обычно центр масс двигателя находится на продольной оси симметрии рамы тележки. Опоры на центральной балке располагают симметрично относительно этой оси, а третья опора располагается на оси симметрии;

горизонтальные составляющие реакций в шарнирах зависят от величины коэффициента трения ц и величины вертикальной составляющей реакции;

1=11

Fz2

Рх2

расположение опор по высоте определяется величинами Ь, и Ь2, измеряемыми от оси координат X, проходящей через центр масс двигателя.

Из уравнений

статического равновесия для данной схемы выведены выражения для ^ и :

Рисунок 1 - Расчетная схема для определения сил реакций в опорных точках подвешивания тягового двигателя

Р., =<?-

и

1-я

(К-иЛ

1'.+/, }

I,

Л+/,

1

1-м

(1)

Результаты выполненного исследования показывают следующее:

— при расположении кронштейнов тягового двигателя и их опор на высоте центра масс двигателя трение в опорах не влияет на величины реакций;

- при жестком креплении опор тягового двигателя к кронштейнам рамы тележки, как у электровоза ЭП10, изменением высоты расположения кронштейнов тягового двигателя над уровнем головки рельса можно снизить реакцию на правой опоре на 10-20% при соответствующем увеличении реакции на левой опоре на 5-10%;

— независимость от

величины трения в шарнирах достигается при значениях 1^=0 и Наилучшим неидеальных вариант при

1 при Ц=1

к1при Ц=0Д —

Ь2=0 (рис.2), вариантом при шарнирах будет Ь,=Ю и 112=0;

высота расположения кронштейнов на корпусе тягового двигателя не влияет на величины реакции в опорах, если опоры на средней балке выполнены по Рисунок 2 - Изменение коэффициентов к, и к2 в схеме Цилиндрической пары, а на зависимости от изменения [ц и Ь2 для концевой по схеме скользящей

коэффициентов трения 1 и 0,1 кинематической пары.

Основная задача при расположении опор моторно-редукторных блоков

(МРБ) на раме тележки - создание равномерной нагрузки на опоры от веса МРБ. Необходимость этого вызвана требованиями технологичности конструкции и уменьшением резонансных форм колебаний МРБ, особенно при применении резинометаллических шарниров в опорах.

Невозможно распределить нагрузки от веса МРБ на все три опоры равномерно (рис.3). Эта задача решается только при расположении опоры С за габаритами тележки, что неприемлемо. Поэтому решена частная задача -выбрать размеры с0 и й так, чтобы нагрузки на опоры В и С были равными.

Расположение центра масс, размеры Ь, с1 обычно зависят от конструкции двигателя и редуктора, и варьироваться не могут.

Изменяться могут только размеры с и с1 в ограниченных пределах, допускаемых

конструкцией моторной

тележки.

преобразования алгебраических для реакций в в, с получена выражение для вычисления расстояния между опорами:

КЕ

4т

После системы уравнений опорах А, * следующее

Рисунок 3 - Обобщенная расчетная схема компоновки МРБ на раме тележки

¿ = 2

■и>

ь

Со

у

(2)

По выведенному выражению построены зависимости расстоянии между опорами МРБ на средней балке рамы тележки для прототипов МРБ электровозов ЭП20 и ЭП2К (рис.4).

<И(с1,0.473,0.473) ^ 1(0.525,0.473,0.473) 1 ^2(0.231,0,0.713)

, *

2.'

ш-

-

<М(0.525.е.0.473) ^1(0.525.0.473,0.473) 0 ^1(0.231,0,0.713)

0.075 0.15 0.225 0.3 0.375 0.45 0.525 с1,0.525.0.231, с!

0.15 0.225 0.3 0.375 0.45 0.525 0.6 с,0.473,0,с

а)

б)

Рисунок 4 - Зависимость расстояний между опорами МРБ на средней балке от с/ (а) и с (б): 1 -ЭП2К; 2 - ЭП20

Параметры с! для электровозов ЭП20 и ЭП2К попадают в допустимый по габаритам диапазон 0,79-1,09 м.

Выполненный сравнительный анализ существующих конструкций и схем крепления к раме тележки рамных тяговых двигателей и моторно-редукторных блоков (МРБ) локомотивов показал, что конструкции опорных элементов тяговых двигателей электровозов ЭП10 не выполняют функции цилиндрических кинематических пар в соответствии с принятыми в проектных расчетах схемами. В действительности расчетные схемы, составленные для примененных конструкций, являются статически неопределимыми со многими неизвестными.

Глава 3 посвящена разработке методики исследования колебаний тяговых приводов и их динамических свойств с учетом упругих деформаций рамы тележки.

Построение математической модели осуществлялось при условии получения собственных частот и форм колебаний системы рама тележки в сборе с тяговыми приводами.

Из анализа результатов ходовых испытаний электровозов ЭП10 известно, механические колебания элементов тележки с тяговым приводом происходят в диапазоне частот от 5 до 100 Гц, т.е. в диапазоне собственных частот этой системы. Исходя из этого, частотный диапазон возмущений определяется этой частотной полосой.

Для построения расчетной модели применен метод конечных элементов (МКЭ).

Конечно-элементная модель получается из геометрической путем нанесения объемной сетки конечных элементов с ребром десятиузлового конечного элемента 0,01 - 0,025 м. Тип конечного элемента по обозначениям программы М8С ИаБ^ап - ТЕТЮ.

Геометрическая расчетная модель (рис.5) состоит из рамы тележки электровоза ЭП10 с рессорным подвешиванием, тяговыми двигателями и тормозными цилиндрами на концах рамы, которые необходимо учитывать, так как они могут влиять на величины собственных частот и характер форм колебаний рамы.

Кронштейны подвешивания тяговых двигателей к раме тележки смоделированы подробно.

Влияние неучтенных элементов задано через граничные условия.

Рисунок 5 - Расчетная геометрическая модель исследуемой системы «рама тележки - тяговые двигатели»

Для того чтобы однозначно решить, каким способом задавать граничные условия рамы, были проведены сравнительны?

расчеты пяти возможных вариантов расчетной модели, которые показали, что для отражения свойств реальной системы необходимо подробно моделировать пружины буксового рессорного подвешивания.

Закрепление модели осуществляется по плоскости контакта пружин с крыльями букс по всем шести степеням свободы.

Отработка модели происходит на основе анализа вычисленных нормальных форм колебаний модели по уравнению:

(М-^-ИНфМ (3)

и расчет собственных частот по уравнению

(Н-®Члфо; (4)

где {ф} - собственные частоты и формы колебаний;

[м] - матрица масс элементов;

[к] - матрица коэффициентов жесткости элементов.

В качестве численного метода нахождения собственных значений используется метод Лагранжа.

Для верификации разработанной модели «рама — тяговые двигатели» были использованы экспериментальные данные по моделируемой системе, полученные в ходе испытаний электровозов ЭП10, проводимых совместно ВЭлНИИ и МИИТом. Основной критерий - это совпадение собственных частот и форм колебаний, полученных при эксперименте на реальной тележке.

Экспериментальные и расчетные значения частот отличаются не более чем на 6% (таблица 1), что позволяет заключить о том, что построенная конечно-элементная модель не противоречит экспериментальным данным и ее можно применять в качестве расчетной.

Таблица 1 - Сравнение значений расчетных и экспериментальных частот

Экспериментальные значения 49,0 52,24 58,4 66,4

Расчетные значения 46,0 50,4 57,2 63,0

% отличие 6,1 3,5 2,05 5,0

На втором этапе выполняются исследования поведения динамической системы «рама тележки - тяговые приводы» при вынужденных колебаниях.

В качестве возмущения принимались воздействия, создаваемые вращающимися частями ротора двигателя и тяговой муфты в виде силы с единичной амплитудой 1Н.

Математическая формулировка уравнений движения системы в матричной форме имеет вид:

[Л/]- [Щ)}+М- М+ М- {*(/)}= />(«)• е'" (5)

Матрица демпфирования [В] в расчетной системе Nastran представляется в виде суммы матриц:

[В]=[В']+[В2]

[В1] - матрица демпфирования элементов;

[В ] - прямой ввод матрицы и передаточных функций.

Степень демпфирования определялась экспериментально при возбуждении ударными воздействиями на конструкцию интересующей формы колебаний. В результате, по колебаниям тягового двигателя определен относительный коэффициент демпфирования, равный 0,06.

В работе был применен модальный метод исследования динамики конструкций, который основан на вычислении физических координат x(t) или частотных характеристик по собственным частотам и соответствующим им формам колебаний.

В настоящем исследовании был применен метод модальных форм в частотной области, при котором можно задавать демпфирование по каждой форме колебаний. Выражение реакции системы по одной из форм (модальные частотные характеристики) имеет вид:

fc-M}=--Si--г. (6)

—т, -со +i-b, •aJrk¡ W

Демпфирование Ъ, в этом выражении для i-ой формы колебаний задается как: b, -Ь„, Ь„ = 2 • mt ■ е>,

где £ - относительный коэффициент демпфирования,

К - критическое значение коэффициента демпфирования,

со, - резонансная частота или частота i-ой формы колебаний,

иг, - модальная масса ¡-ой формы, к,. — модальная жесткость.

Реакция сложной динамической системы вычисляется как сумма модальных частных характеристик по n-формам колебаний.

Для отработки гипотезы о том, что тяговая муфта может являться источником возмущений для тягового двигателя, разработана математическая модель тяговой муфты для исследования крутильных колебаний (рис.6).

Инерционные, упруго-диссипативные и

геометрические характеристики расчетной модели карданной муфты приведены в

соответствие реальным

значениям.

При исследовании систем с вращающимися массами, их можно рассматривать как роторы на вращающихся балках с круглым

переходят к обыкновенным дифференциальным уравнениям с добавлением в них гироскопических членов.

Дифференциальные уравнения колебаний роторных объектов с учетом гироскопических членов имеют вид:

Mi/(')) + M(i/(0)+И(КО) + (N(t)) (7)

где [К] - матрица жесткости ротора;

[В] — матрица демпфирования ротора;

[М] — матрица масс ротора;

(N(t)) - вектор нелинейных сил и гироскопических моментов; эти силы и моменты являются функциями или скорости от предыдущего шага по времени;

(P(t)) - вектор приложенных нагрузок (осевые силы, дисбаланс и т.д.).

Матрицы масс, жесткости и демпфирования учитывают влияние гироскопических эффектов, возникающих от вращения исследуемого ротора.

На первом этапе верификации расчетной модели карданной муфты выполнена оценка жесткостей, полученных на построенной модели, с жесткостями реальной муфты. Из сравнения следует, что все расчетные жесткости лежат в указанных пределах.

Применение метода конечных элементов позволило провести динамический анализ тяговых муфт как ротора на жестких опорах.

Рисунок 6 - Модель муфты тягового привода электровоза ЭП10

поперечным сечением. При этом

Для вычисления частот, соответствующих прямой и обратной прецессии, на созданной ЗВ модели тяговой муфты проведен комплексный расчет собственных значений при разной угловой скорости вращения ротора П Критические скорости определяются, исходя из того, какие собственные значения совпадают со скоростью вращения ротора. Для этого на диаграмме строится прямая, соответствующая со = £1 (рис. 7).

1 форма обратная прецессия

1 форма прямая прецессия

2 форма обратная

прямая

прецессия

3 форма

обратная

прецессия

3 форма

прямая

Частота'вращения ротора, Гц

100 150 200 250 300

Рисунок 7 - Диаграмма Кэмпбелла Частоту 140 Гц можно считать гармонической, поскольку на спектре вертикальных ускорений двигателя в режиме тяги при скорости движения 100-120 км/ч (рис. 8) также выражены частоты 84,4 Гц и 112Гц, которые являются третьей и четвертой гармониками частоты 28,1 Гц соответственно. „Цвшж

Рисунок 8 - Спектр вертикальных ускорений двигателя для режима тяги при скорости движения 100-120 км/ч в режиме тяги

Совпадение критических частот, рассчитанных по модели, с частотами, полученными на испытаниях, является верификацией расчетной модели карданной муфты.

Глава 4 посвящена исследованию динамических свойств системы «тяговые двигатели — рама тележки».

Ходовые испытания электровозов ЭП10, проведенные ВЭлНИИ с участием МИИТа, показали резонансный характер колебаний тяговых двигателей, что подтверждает анализ разрушений элементов креплений тяговых двигателей, т.е. существуют периодические или случайные широкополосные возмущения, вводящие динамическую систему «тяговые двигатели — рама тележки» в резонанс.

В качестве возмущающих факторов выступают неровности рельсового пути, неисправности асинхронного тягового двигателя и тяговой муфты.

Для оценки резонансных скоростей движения электровоза, полученные при обработке экспериментальных спектров значения резонансных частот отмечены в виде отдельных значков, которые соответствуют различным режимам движения электровоза на испытаниях (рис. 9).

X в«з>т1ас1ыс<г

| В сергда ттга

А пйтиречи *»гвег

— -йок

-50Гц

Рисунок 9 - Диаграмма частот возмущений тягового двигателя и тяговой

муфты

Асинхронные двигатели в силу особенностей своей конструкции и физических явлений являются источниками вибраций и шума. В процессе эксплуатации могут возникать вибрации с комбинационными частотами,

зависящими от частоты вращения ротора и питающего напряжения или тока, поэтому на диаграмме нанесен график частоты питающего тока.

Из анализа диаграммы следует, что при скоростях 100—120 км/ч, наиболее ходовых для рассматриваемого электровоза, практически независимо от режима движения возникают резонансные колебания на частотах в диапазонах 29-39 Гц и 47-56 Гц. Все эти режимы хорошо согласуются с основными периодическими источниками возмущений, связанных с вращением ротора тягового двигателя и тяговой муфты.

Источниками периодических возмущений, связанных с частотами вращения ротора тягового двигателя могут быть дисбалансы ротора или процессы, происходящие в сложной динамической системе тяговой муфты.

Экспериментальные значения частот вращения карданной муфты, полученные из обработки спектров вибраций корпуса тягового двигателя, хорошо совпадают с

расчетными зависимостями (рис.10).

Для исследования возможных причин возникновения периодических возмущений и их гармоник от карданной муфты был смоделирован режим раскрутки тяговой муфты с использованием ее разработанной модели.

Процесс раскрутки муфты на модели происходил от 0 Гц до 200 рад/с в течение 9 секунд, что соответствует испытаниям муфты на стенде.

В результате расчета получены ускорения, возникающие в узлах модели (рис. 11), в зависимости от времени, а, следовательно, от скорости вращения муфты.

На 6-ой секунде, что соответствует скорости 115 км/ч, начинает развиваться явление резонанса, а на частоте вращения 200 рад/с, что соответствует скорости 125 км/ч, происходит значительная деформация резинокордного элемента, которая приводит к потере устойчивости резинокордных пластин муфты.

МЬ

Рисунок 10 - Зависимости частот возмущений от частот вращения карданной муфты расчетные (линии) и полученные экспериментально (точки)

О 1.5 3,0 0.5 6,0 7,5 9:0

Время, с

1 - узел расположен на торсионном валу, 2 - узел на резинокордной

пластине

3 - узел расположен на металлической части резинокордной полумуфты Рисунок 11 - Ускорения в узлах модели

Известно, что электровоз ЭП10 развивает в эксплуатации скорости 140-160 км/ч, а, исходя из расчета (рис. 11), на этих скоростях движения муфта работает в резонансном режиме. На основании выполненного исследования динамических свойств муфты сделаны следующие выводы:

- тяговая муфта, работая в режиме резонанса, вызывает периодические возмущения в тяговом приводе из-за изменения формы резинокордных пластин;

- при постоянной эксплуатации электровоза со скоростями 90 — 160 км/ч муфта испытывает значительные напряжения, которые вызывают нагружение мест креплений резинокордных пластин с металлическими обоймами муфты («выпучивание корда»).

Для улучшения динамических свойств тяговой муфты предлагается заменить резинокордиые пластины металлическими.

Критические частоты модернизированной муфты (рис. 12) также лежат в области высоких частот: 124 Гц, 160 Гц. Причем частота 124 Гц совпадает с критической частотой существующей муфты, - это объясняется тем, что замена резинокордных пластин на металлические не внесла конструктивных изменений в схему муфты. Данная частота может соответствовать вращению с прогибом торсионного вала.

Кроме того, ни одна из указанных частот модернизированной муфты не связана с оборотной.

400 350 Г 300

| 250 »

■

3 200

Диаграмма Кэмпбелла

50

Частота вращения ротора, Гц

100 150 200 250 300

- 1 ферма обратная прецессия

1 форма пря мая прецессия

■ 1 форма обратная працассия

2 форма прямая прецессия

3 форма обратная прецессия 3 форма пря мая прецессия

• гп

Рисунок 12 - Диаграмма Кэмпбелла для модернизированной карданной муфты с металлическими пластинами

Предметом второй задачи данного исследования было рассмотрение взаимодействия тяговых двигателей и рамы тележки по выявлению резонансных частот в области эксплуатационных скоростей движения электровоза при разных конструкциях креплений тяговых двигателей на раме тележки.

Для того чтобы оценить взаимное влияние каждой из частот динамической системы «рама тележки - тяговые двигатели», были выполнены расчеты собственных частот и форм колебаний отдельно рамы и одного двигателя и их совместные частоты и формы.

Расчеты частот и форм колебаний тягового двигателя электровоза ЭП10 на кронштейнах рамы без учета самой рамы показали, что первая собственная частота тягового двигателя на кронштейнах равна 75 Гц.

С учетом рамы первая собственная частота колебаний системы «рама -тяговые двигатели» составляет 31 Гц и последующие частоты 46 Гц, 50 Гц и 57 Гц, при которых проявляются совместные формы колебания двигателей и рамы. Рама тележки оказывает значительное влияние на колебания двигателей, определяя значения резонансных частот колебаний двигателей и формы колебаний системы «рама - тяговые двигатели». Эти колебания сопровождаются значительной деформацией большого кронштейна в месте крепления его к концевой балке, т.е. где его торсионная жесткость наименьшая.

На частоте 50,38 Гц, близкой к частоте 50,2 Гц, полученной при поездных испытаниях на большом кронштейне двигателя ЭП10, колебания

тягового двигателя сопровождаются сложными крутильно-изгибными деформациями большого кронштейна (рис. 13).

Основываясь на результатах анализа схем крепления тяговых двигателей, была предложена конструкция кронштейна с увеличенной жесткостью и креплением большого кронштейна к раме тележки с помощью цилиндрического шарнира с

поступательной степенью свободы вдоль оси X. Таким образом, колебания рамы и колебания тяговых двигателей были развязаны при изгибных колебаниях Рисунок 13 - Форма колебания концевых балок. Кроме того, при таком тягового двигателя электровоза варианте крепления устраняется ЭП10 на раме тележки на частоте статическая неопределимость крепления 50,38 Гц тягового двигателя.

В связи со значительной деформацией большого кронштейна были рассчитаны жесткости кронштейнов электровозов ЭП1 и ЭШО методом МКЭ, результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Жесткости кронштейнов крепления существующей и предлагаемой конструкций

Коэфф. ^^^жесткости Электровоз Стх Сгу Сюге

Размерность 10б Н/м 106 Н/м Нм/рад

ЭШО 185,0 325,6 74,36

ЭП1 625,0 186,5 119,0

Предлагаемый вариант 670 1360 3700

Как видно из сравнения жесткости кронштейна электровоза ЭП1, торсионная жесткость почти в 2 раза больше, а поперечная изгибная в 2 раза меньше. Такое распределение жесткостей вызывает меньшую деформацию в месте закрепления кронштейна на концевой балке и не создает ослабления болтового соединения в этом месте.

Для оценки частотных характеристик подвешивания тяговых двигателей к раме тележки по различным схемам были рассчитаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) (рис. 14) ускорений в местах крепления тяговых двигателей при единичном возмущении корпуса тягового двигателя, которое имитировало возмущения от дисбалансов ротора и муфты.

На АЧХ электровоза ЭП1 (рис. 14, б) отсутствуют резонансные подъемы характеристик на частотах 47 и 50 Гц, которые для электровоза ЭП10 в ряде случаев и явились причиной ослабления болтовых креплений и приводили к падению тяговых двигателей на ось колесной пары.

Тяговые двигатели электровозов ЭП10 и ЭП1 имеют одинаковые схемы подвешивания, но разные массы двигателей и разные гибкости больших кронштейнов. Эти различия приводят к благоприятному перераспределению резонансных частот.

Как видно из АЧХ на электровозе ЭП10 при схеме крепления двигателя, как на электровозе ЧС7 (рис. 14, в), отсутствует резонансный пик на частоте 50 Гц. В тяговом приводе этого электровоза применяется карданная передача с классическими шарнирами Гука, у которой практически отсутствуют неуравновешенные массы и «расцентровка» валов двигателя и редуктора, приводящие к возникновению возмущений. При такой схеме на электровозах ЧС7 практически не происходило ослаблений креплений тяговых двигателей.

Как видно из сравнения АЧХ ускорений вариантов креплений двигателей ЭП10 со скользящей опорой на концевой балке и креплений с помощью резинометаллических шарниров (РМШ), резонансные частоты в области 47 Гц, 50 Гц, 62 Гц отсутствуют (рис. 14, г, д). Таким образом, поставленная цель была достигнута.

Таким образом, по результатам исследования предложены следующие варианты модернизации системы крепления рамных тяговых двигателей электровоза ЭП10:

1) устранение статической неопределимости в системе подвешивания тягового двигателя к раме тележки за счет введения цилиндрического шарнира крепления тягового двигателя к концевой балке рамы тележки;

2) замена жестких опор тяговых двигателей и МРБ на опоры с резинометаллическими шарнирами;

3) замена резинокордных дисков в карданной муфте металлическими.

^ Ргвцивпсу.Н*

Рисунок 14 - Сравнение АЧХ ЭП10(а) и ЭП1(б) со штатными креплениями опор двигателей, ЭП10 с креплением двигателя по схеме электровоза ЧС7 (в), ЭП10 со скользящей опорой на концевой балке (г), ЭП10 крепление с

помощью РМШ (д)

Экспериментальное подтверждение наиболее эффективного по модернизации подвешивания тяговых двигателей с помощью РМШ подробно рассмотрено в главе 5.

Для экспериментального подтверждения виброзащитного эффекта крепления рамных тяговых двигателей или моторно-редукторных блоков (МРБ) локомотивов были использованы результаты испытаний, которые были проведены на экспериментальном электропоезде ЭД6 с асинхронными тяговыми двигателями.

Тележка электропоезда ЭДб по геометрическим, инерционным и жесткостным параметрам рассматривается как динамически подобная система моторной тележке электровоза ЭП10, поэтому и результаты ее испытаний в отношении подвешивания МРБ можно распространить на тележку электровоза ЭП10.

Жесткость шарниров была принята такой, чтобы виброзащитный эффект осуществлялся в диапазоне частот свыше 27 - 30 Гц (рис. 15).

двигателя (б)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика исследования колебаний тяговых двигателей и рамы тележки на основе конечно-элементной модели большой размерности.

2. Разработана математическая модель тяговой муфты для исследования крутильных колебаний и определения критических частот с учетом гироскопических моментов.

3. Установлено, что опорные элементы тяговых двигателей электровозов ЭП10 и ЭП1 функции цилиндрических шарниров выполнять не могут, а опорный узел на концевой балке рамы тележки не имеет ни одной

степени свободы. В этом заключается одна из возможных причин ослабления болтов креплений тяговых двигателей электровозов ЭП10.

4. Установлено, что рациональной схемой крепления тяговых двигателей к раме тележки является схема с двумя цилиндрическими шарнирами на средней балке тележки и одной поступательной кинематической парой на концевой балке рамы тележки.

5. Полученное соотношение между основными размерами несимметричного МРБ позволяет вычислить расстояние между двумя опорами МРБ на средней балке рамы тележки из условия их равномерного нагружения.

6. Исследование влияния гибкости конструкции рамы на нагрузки в опорных узлах МРБ показало, что формы колебаний системы «рама тележки

- тяговый привод», определяющиеся жесткостью рамы, возникают на частотах 42 - 47 Гц и 50 - 51 Гц.

7. Предложено заменить жёсткое крепление тяговых двигателей к раме тележки на упругое с помощью резинометаллических шарниров (РМШ), что позволит снизить силы реакций в опорах при деформациях рамы тележки.

8. Экспериментально определено, что основным источником возмущения для колебаний тягового двигателя в системе «тяговый двигатель

— рама тележки» являются воздействия от вращающихся частей привода: ротора и тяговой муфты, причем прецессионное вращение карданной тяговой муфты оказывает дополнительное динамическое воздействие на ротор.

9. Карданная муфта, примененная на электровозах ЭП1 и ЭП10 может быть использована при работе на скоростях до 80 км/ч. При скоростях свыше 100 км/ч развивается резонансный режим, который вызывает вибрации, оказывающие динамическое воздействие на крепления тягового двигателя к раме тележки.

10. Предложено модернизировать карданную муфту путем замены резинокордных пластин металлическими, чтобы устранить деформации резинокордных пластин в местах их креплений.

Основные положения диссертации опубликованы в работах Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Вахромеева, Т.О. Разработка математической модели тяговой муфты для исследования крутильных колебаний [Текст] / Т.О. Вахромеева // Инновации и инвестиции. - 2013. - №5. - С.183.

2. Вахромеева, Т.О. Конечно-элементная модель системы «рама тележки - тяговый привод» для динамических расчетов тягового привода локомотива [Текст] / Т.О. Вахромеева // Российский научный журнал. -2013. -№6. - С.290.

Публикации в прочих изданиях:

1. Мочалова, Т.О. Исследование динамики тягового привода локомотива [Текст] / Т.О. Мочалова // Безопасность движения поездов: Труды XII научно-практической конференции. - М: МИИТ, 2011. - 4.5 - с.24.

2. Мочалова, Т.О. Динамические нагрузки в тяговом приводе [Текст] / Т.О. Мочалова // Безопасность движения поездов: Труды XI научно-практической конференции. - М: МИИТ, 20Щ. - 4.5 - с.23.

3. Рыбников, Е.К. Кинематические характеристики рамного подвешивания тягового двигателя локомотива [Текст] / Е.К. Рыбников, Т.О. Мочалова И Безопасность движения поездов: Труды XIV научно-практической конференции. - М: МИИТ, 2013. - Ч.З. - с.13.

4. Рыбников, Е.К. Причины разрушения креплений тяговых двигателей в тележках электровозов ЭП10 [Текст] / Е.К. Рыбников, Т.О. Мочалова // Безопасность движения поездов: Труды XIII научно-практической конференции. - М: МИИТ, 2012. - 4.5 - с.25.

Вахромеева Татьяна Олеговна

СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ТЯГОВЫХ ПРИВОДАХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С РАМНЫМ ПОДВЕШИВАНИЕМ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И КАРДАННЫМИ МУФТАМИ

Специальность: 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов

и электрификация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печатьЗаказ Формат 60x90/16 Тираж 80 экз.

Усл. печ. л. -

127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, УПЦ ГИ МИИТ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения»

МГУПС (МИИТ)

На правах рукописи

04201457292

Вахромеева Татьяна Олеговна

СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ТЯГОВЫХ ПРИВОДАХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С РАМНЫМ ПОДВЕШИВАНИЕМ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И КАРДАННЫМИ МУФТАМИ

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Рыбников Евгений Константинович

Москва - 2014

Содержание

Стр.

Введение................................................................................ 4

1 Анализ работ по тяговым приводам подвижного состава и возникающим в них нагрузкам..................................................... 7

1.1 Научные работы по исследованию динамических свойств тяговых приводов экипажей...................................................... 7

1.2 Неисправности, возникающие при эксплуатации тягового подвижного состава с рамным подвешиванием тяговых двигателей...... 17

1.3 Научно-практические работы по исследованию вибраций асинхронных электрических двигателей......................................... 36

1.4 Постановка цели и задач исследования............................... 48

2 Исследование схем подвешивания двигателей и моторно-редукторных блоков (МРБ) к раме тележки..................................... 53

2.1 Анализ схем конструкций крепления тяговых двигателей и

МРБ к раме тележки................................................................ 53

2.2 Анализ распределения статических нагрузок на опорные

точки МРБ тяговых приводов....................................................... 62

2.3 Рациональные схемы подвешивания МРБ к раме тележки...... 85

3 Методика исследования колебаний тяговых приводов и их динамических свойств с учетом упругих деформаций рамы тележки..... 89

3.1 Основные положения методики решения динамических задач сложных механических систем с распределенными параметрами......... 89

3.2 Разработка математической модели динамической системы «тяговые двигатели - рама тележки»............................................. 96

3.3 Разработка математической модели тяговой муфты для исследования крутильных колебаний............................................. 112

4 Исследование динамических свойств системы «тяговые двигатели -

рама тележки»......................................................................... 129

4.1 Возмущающие факторы, действующие на динамическую

систему «тяговые двигатели - рама тележки»............................... 129

4.2 Динамические свойства тяговых муфт электровозов ЭП1 и

ЭП1.................................................................................... 141

4.3 Улучшение динамических свойств мембранных муфт......... 144

4.4 Влияние гибкости конструкции рамы тележки на деформации опорных узлов рамных тяговых двигателей..................................... 150

4.5 Сравнение амплитудно-частотных характеристик различных

схем подвешивания рамных тяговых двигателей.............................. 176

5 Экспериментальная проверка некоторых технических решений......... 187

5.1 Подвешивание МРБ к раме тележки с помощью резинометаллических блоков....................................................... 187

5.2 Обоснование возможности использования результатов испытаний моторной тележки электропоезда ЭД6 для подтверждения разработанных^гехнических решений............................................ 190

5.3 Методика испытаний вагона электропоезда ЭД6-00104 на экспериментальном кольце ВНИИЖТ........................................... 191

5.4 Оценка виброзащитного эффекта от применения резинометаллических шарниров в опорах моторно-редукторных блоков (МРБ).................................................................................... 196

5.5 Результаты обработки экспериментальных записей ускорений вибраций рамы тележки, кузова и моторно-редукторного блока при

испытаниях на кольце ВНИИЖТа................................................. 204

Заключение............................................................................. 222

Список литературы................................................................... 224

Приложение............................................................................ 234

Введение

В последние годы вследствие интеграции России в международное экономическое пространство наблюдается увеличение потребности в осуществлении перевозок, в том числе и по железным дорогам. Чтобы удовлетворить возрастающий спрос, а также поднять привлекательность создаваемых транспортных коридоров, включая транзитные, проходящие по территории страны, необходимо повышать производительность перевозочного процесса, осуществляемого по железнодорожной сети, учитывая при этом необходимый уровень экономической эффективности отрасли в целом.

В связи с распоряжением правительства РФ № 877-3 от 17 июня 2008 г. была утверждена «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г.». В соответствии с программой «Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.» для достижения поставленной цели руководством компании были сформулированы основные задачи, среди которых можно выделить следующие: повышение скоростей движения грузовых и пассажирских поездов, увеличение нагрузки на ось, формирование тяжеловесных поездов массой более 9000 т, улучшение тяговых свойств локомотивов и снижение удельного расхода энергии на тягу поездов, повышение уровня безопасности движения поездов.

Условия жесткой конкуренции с другими видами транспорта при доставке пассажиров и грузов заставляют железнодорожный транспорт увеличивать скорости и интенсивность движения поездов на участках обращения, повышать нагрузку на ось и скорость движения для грузовых поездов.

Все эти мероприятия увеличивают динамическое воздействие на железнодорожный путь, что ведет к его постепенному старению и разрушению (деградации). Потребуется разработка и создание скоростных

локомотивов большой мощности и малым воздействием на железнодорожный путь.

Динамическое воздействие на путь зависит от величины массы неподрессоренных частей локомотива, и уменьшение неподрессоренной массы ходовых частей локомотивов было и остается основным направлением совершенствования ходовых частей.

Увеличение неподрессоренной массы ходовых частей локомотивов происходит за счет применения элементов тягового привода, непосредственно опирающихся на ось колесной пары.

При сравнительно малых скоростях движения локомотивов широкое распространение получил тяговый привод с полуподрессоренным тяговым двигателем в силу простоты конструктивной схемы.

Применение асинхронного электропривода для скоростных локомотивов несколько обнадежила конструкторов, стремящихся сохранить схему тягового привода с осевым двигателем и снизить массу двигателя по сравнению с двигателями постоянного тока той же мощности.

Используя особенность тяговых приводов с асинхронным двигателем — относительно малый вес тягового двигателя по сравнению с двигателями пульсирующего и постоянного тока - можно уменьшить неподрессоренную массу за счет меньшей массы двигателя, но только на 20%. Но другая особенность асинхронного тягового двигателя - повышенная частота вращения ротора - потребовала увеличения передаточного числа редуктора, что привело к его усложнению.

В ряде стран для сохранения инфраструктуры железных дорог, в частности, снижения затрат на поддержание технического состояния рельсового пути, стимулирования производства и эксплуатации локомотивов с малым воздействием на путь применяют, так называемую, тарификацию допуска подвижного состава на путь. Суть тарификации проста — перевозчики, использующие локомотивы с повышенным воздействием на путь, оплачивают использование рельсового пути по повышенным тарифам.

В настоящее время развиваются скоростные контейнерные и контрейлерные перевозки на большие расстояния до Ютыс. км со скоростями близкими к скоростям пассажирских поездов. Для этого требуются мощные скоростные локомотивы с конструкционной скоростью не менее 140-160 км/ч способные эксплуатироваться с разными родами тока и напряжения.

Железнодорожная промышленность уже создала ряд локомотивов, ЭП10, ЭП20, ЭП2К, ТЭП70, отвечающих этим требованиям. Однако длительная эксплуатация локомотива ЭП10 с большими скоростями на длинных плечах выявила ряд недостатков в механической части тягового привода, угрожающих безопасности движения.

Таким образом, в связи с широким применением тяговых приводов с рамным подвешиванием тяговых двигателей повышение надежности тяговых приводов в настоящее время остается актуальной задачей.

1 Анализ работ по тяговым приводам подвижного состава и возникающим в них нагрузкам

1.1 Научные работы по исследованию динамических свойств тяговых приводов экипажей

Тяговый привод и тяговые передачи, как системы, определяющие тяговые свойства локомотивов, всегда были объектом многочисленных исследований, направленных на улучшение их тяговых свойств, характеристик их взаимодействия с рельсовым путем, внутренних свойств, как сложной динамической системы. Необходимость в таких работах поддерживалась ростом скоростей движения на железных дорогах, прогрессивными разработками в конструкциях тяговых двигателей и тяговых передач.

На первых локомотивах__с электрическим тяговым приводом

использовался тяговый двигатель постоянного тока с опорами на ось колесной пары и раму тележки. Такая схема привода применялась на трамвайных вагонах и удовлетворяла требованиям надежности и конструктивной простоты. По конструкторской традиции с преемственностью конструкции эта схема была перенесена на локомотивы, у которых скорости в эксплуатации превышали в 2-3 раза трамвайные. Появление ряда неисправностей тяговых двигателей и передач привело к необходимости исследования динамических свойств тяговых приводов с целью повышения их надежности и снижения воздействия на путь. Практически все рассмотренные ниже работы, начиная с первых работ по динамике тягового привода профессора В.Б. Меделя, были направлены на сохранение простой схемы тягового привода с опорой на ось колесной пары путем конструктивного влияния на параметры элементов тягового привода и, таким образом, снижения больших динамических нагрузок и воздействия на путь, главным образом, за счет совершенствования динамической связи тягового двигателя с рамой тележки.

В работе профессора В.Б. Меделя [30] исследования динамики тягового привода проводились с учетом колебания корпуса тягового двигателя и якоря с упругим венцом большого зубчатого колеса при движении по синусоидальной неровности, проведено исследования влияния нелинейных характеристик упругих связей в приводе.

В работах, выполненных под руководством проф. В.Н. Иванова [17, 19] рассмотрены различные аспекты динамики тяговой передачи привода с опорно-осевым двигателем. В частности, рассмотрено влияние удара в зубчатом зацеплении на динамические усилия в передаче [16], влияние зазора и нелинейной характеристики связи якоря и венца большого зубчатого колеса [20] на процессы в системе «якорь - упругий венец». Аналитический метод исследования, принятый в этих работах, основан на решении двух дифференциальных уравнений второго порядка. В работе [18] изложен вероятностный метод расчета параметров тяговой передачи при условии отсутствия удара в зубчатом зацеплении. В данной работе впервые, правда, в упрощенной постановке, применен вероятностный метод анализа динамики тягового привода.

Не останавливаясь подробно на анализе конкретных работ, отметим, что проф. В.Б. Мед ел ем [29] исследована динамика опорно-осевого тягового привода электровозов с двусторонней передачей при движении экипажа по изолированным и непрерывным неровностям пути. Автор пришел к выводу, что действие геометрических неровностей носит импульсный характер.

Проф. В.Н. Иванов исследовал динамику опорно-осевого тягового привода тепловозов с жесткой и упругой тяговыми передачами (классов I и II), рассмотрел виброударные режимы работы зубчатой передачи, выявил особенности динамики изношенной передачи. Его работы являются методической основой исследования внутренней динамики тяговых передач локомотивов.

Проф. С.М. Куценко [27] вместе со своими учениками внес серьезный вклад в исследование динамики опорно-центрового тягового привода. Под

его руководством изготовлены и испытаны на стенде первые опытные образцы этих приводов, совместно с ВТЗ была подготовлена к выпуску секция тепловоза 2ТЭ10Л для эксплуатационной проверки привода.

Проф. В.А. Щепетильниковым [58] разработана теория определения оптимального расположения точки подвеса электродвигателя к раме тележки. Им выполнены фундаментальные исследования по балансировке вращающихся деталей тяговых приводов, а также разработаны нормы допустимых дисбалансов.

Проф. М.Я. Суздальцевым [49] исследована динамика трансмиссий тяговых приводов. В частности, подробно выполнен анализ кинематики и динамики передаточного механизма системы «Жакмен», определены собственные частоты колебаний в многомассовой системе, на основе выполненных исследований сделаны конкретные предложения по рациональному выбору параметров шарнирно-рычажных механизмов.

Проф. М.П. Пахомов [38] исследовал динамику тяговых приводов электровозов в климатических условиях железных дорог Урала и Западной Сибири, подробно выполнил анализ воздействия необрессоренных масс привода на путь в зоне стыка, определил характер и величину неравномерного износа бандажей локомотивов, большое внимание уделено исследованию эксплуатационной надежности экипажных частей локомотивов и др.

Проф. A.A. Камаевым [22] сделан крупный вклад в науку в области физического моделирования механических систем подвижного состава. Им разработана методика идентификации объектов и подбора оптимальных параметров по результатам динамических испытаний их моделей.

Проф. Д.Э. Карминский и проф. Т.А. Тибилов [52] исследовали автоколебательные режимы работы тяговых приводов, ими на основе теории устойчивости разработана методика рационального подбора их параметров.

Доктор техн. наук А.И. Беляев [4] при исследовании динамики тяговых приводов локомотивов разработал методику, одновременно и совместно

использующую результаты натурных испытаний и аналитические методы, назвав ее комбинированной. Главное преимущество данной методики заключается в использовании, по возможности, всей информации о вероятностных характеристиках системы, полученных при различных видах исследований, более точной оценки этих характеристик при возможно меньшем числе экспериментов с тяговым приводом и его моделью. Полученные при этом результаты являются основой для оптимизации параметров привода-образца, а также для синтеза новых оптимальных систем тяговых приводов.

Проф. B.C. Коссов рассматривает в своей работе [24] пространственную динамику экипажа локомотива и взаимодействие элементов экипажной части и пути при движении локомотива в кривых. В работе учтены процессы, происходящие в месте контакта колеса с рельсом, и предложены способы эффективной борьбы с износом.

На зарубежных локомотивах с электрическим тяговым приводом с целью снижения воздействия на рельсовый путь уже в 1958 - 60 годы стало активно применяться рамное подвешивание тяговых двигателей и редукторов. Появилось множество конструктивных решений тяговых передач, и каждая вновь появляющаяся схема вносила какие-то новые улучшения в конструкции.

В работе [55] была принята попытка упорядочить появившиеся в то время схемы тяговых приводов по конструктивным признакам, предложив четыре основные группы рамных тяговых приводов. Автор уделил внимание описанию способов крепления тяговых двигателей на раме тележки при опорно-осевом и рамном подвешивании тяговых двигателей, но рекомендаций по предпочтительным креплениям двигателей не было дано. Работа была в основном посвящена расчету геометрии и прочности зубьев тяговых зубчатых передач и выбору параметров геометрии зацепления.

Проектирование и выпуск отечественными заводами железнодорожной промышленности моторвагонного подвижного состава и локомотивов с

конструкционной скоростью 130 и 140 км/ч способствовало ряду экспериментальных и теоретических исследований примененных приводов и передач.

В работе [13] приведены широкие экспериментальные исследования тягового привода электропоезда серии ЭР1 с рамным подвешиванием тягового двигателя и редуктора. В этой работе значительное место было уделено динамике и прочности тяговой передачи. В частности, определены нагрузки на элементы крепления к раме тележки тягового двигателя, предложена конструкция крепления тягового редуктора к раме тележки, которая до сих пор применяется на всех отечественных электропоездах.

В дальнейшем появились работы, связанные с исследованием различных аспектов этой схемы тягового привода.

В работах [42, 43] рассматривается взаимное вли�