автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование ремонта гидравлических гасителей колебаний пассажирских вагонов

/ /

г

Министерство путей сообщения Российской Федерации Уральская государственная академия путей сообщения

На правах рукописи

СИРИН Андрей Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕМОНТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

ДИССЕРТАЦИЯ^

на соискание ученой степени кандидата технических наук

научный руководитель доктор технических наук профессор Бачурин Н.С.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................................................................................7

1.1. Краткий обзор и анализ исследований в области эксплуатации гидравлических гасителей колебаний..................................................................7

1.2. Постановка задачи и метод ее решения......................................................12

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШТОКОВ И НАПРАВЛЯЮЩИХ ВТУЛОК ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ В ЭКСПЛУАТАЦИИ..................................................................15

2.1. Определение рабочего диапазона штока в эксплуатации.........................15

2.2. Анализ износа штоков и направляющих втулок гидравлических гасителей колебаний, поступающих в ремонт..................................................23

2.3. Выводы.........................................................................................................32

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ..................................................................................34

3.1. Разработка математической модели работы гидравлического гасителя колебаний.............................................................................................35

3.2. Оценка адекватности описания математической моделью работы реального гидравлического гасителя колебаний..............................................60

3.3. Выводы.........................................................................................................64

4. МЕТОДИКА СЕЛЕКТИВНОГО ПОДБОРА ПАРЫ ШТОК -НАПРАВЛЯЮЩАЯ ВТУЛКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ.......................................................................................................65

4.1. Оценка влияния износов элементов гидравлического гасителя колебаний на его параметр сопротивления.......................................................65

-34.2. Методика селективного подбора пары шток-направляющая....................76

4.3. Выводы.........................................................................................................85

5. РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА................86

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ...............................................................91

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.........................................93

ПРИЛОЖЕНИЕ 1..............................................................................................101

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Увеличение срока службы подвижного состава и снижение затрат на его ремонт требует решения задачи по снижению динамической нагруженности вагонов в эксплуатации, параметры которой существенно зависят от работоспособности гидравлических гасителей колебаний, установленных в рессорном подвешивании пассажирских вагонов.

Опыт эксплуатации гидравлических гасителей колебаний пассажирских вагонов показывает, что из-за конструктивных особенностей и неудовлетворительной работы системы уплотнения наблюдается интенсивное изнашивание штока и направляющей втулки. В результате увеличивается выше допустимого кольцевой зазор шток - направляющая втулка. Это приводит к снижению параметра сопротивления или полному отказу гасителей колебаний при сравнительно малой наработке. В связи с этим тратятся большие силы и средства для поддержания гидравлических гасителей колебаний в работоспособном состоянии. Поэтому имеют актуальность исследования направленные на совершенствование ремонта гидравлических гасителей колебаний.

В диссертации на основе анализа износов штоков и направляющих втулок и математического моделирования работы гидравлического гасителя колебаний предложена методика селективного подбора пары шток -направляющая втулка.

Цель работы. Научное обоснование и определение параметров размерных групп для селективного подбора пары шток - направляющая втулка гидравлических гасителей колебаний.

Научная новизна.

На основе теории энергетических аналогий и теории графов разработана уточненная математическая модель работы гидравлического гасителя колебаний пассажирских вагонов.

Изучено распределение износа штока гидравлического гасителя колебаний по его длине.

Определены параметры размерных групп для селективного подбора пар шток - направляющая втулка гидравлических гасителей колебаний пассажирских вагонов.

Практическая ценность.

Предложенная математическая модель позволяет исследовать влияние износов элементов гидравлического гасителя колебаний на его работоспособность.

Селективный подбор пары шток - направляющая втулка гидравлического гасителя колебаний повышает эффективность ремонта гасителей колебаний и увеличивает срок службы штоков и направляющих втулок.

Реализация работы.

Исследования проводились в рамках решения задачи по снижению эксплуатационных расходов на Свердловской железной дороге. Ожидаемый экономический эффект составляет 5 млн. руб. на 1000 вагонов в год в ценах 1999г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на:

научно-технической конференции УрГАПС "Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту", Екатеринбург, 1995 г;

научно-технической конференции УрГАПС "Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту", посвященной 40-летию УрГАПС, Екатеринбург, 1996 г;

научно-технической конференции УрГАПС "Железнодорожный транспорт сегодня и завтра", посвященной 120-летию Свердловской железной дороги, Екатеринбург, 1998 г;

заседаниях кафедры «Вагоны» УрГАПС, 1996 - 1999г.г.; научно - техническом совете Уральского конструкторского бюро вагоностроения ГПО «Уралвагонзавод», 1999г;

научно - техническом совете УО ВНИИЖТ, 1999г. Публикации. Основные научные результаты работы опубликованы в 4 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Материал диссертационной работы изложен на 109 страницах машинописного текста, 52 рисунка, 12 таблиц, 69 наименований использованных источников.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Краткий обзор и анализ исследований в области эксплуатации гидравлических гасителей колебаний

Повышение безопасности движения, продление срока службы и снижение затрат на внеплановый ремонт подвижного состава, требует решения комплекса задач динамики, прочности и ремонта подвижного состава. Исследованиями, проведенными МГУПС (МИИТ), ПГУПС (ЛИИЖТ), ВНИИЖТ, ВНИИВ и другими организациями, доказано, что динамические качества подвижного состава во многом зависят от конструкции и состояния рессорного подвешивания вагонов. В настоящее время в центральном рессорном подвешивании тележек пассажирских, багажных и почтовых вагонов устанавливаются гидравлические гасители колебаний. В случае возникновения неисправностей гидравлических гасителей колебаний значительно возрастает амплитуда колебаний вагона, и следовательно, увеличиваются динамические нагрузки на элементы конструкции. В результате снижается безопасность движения, уменьшается срок службы подвижного состава и увеличиваются затраты ' на его внеплановый ремонт.

Вопросам динамики, прочности и ремонта подвижного состава посвящены работы отечественных ученых: П.С. Анисимова, В.Р. Асадченко, Е.П. Блохина, Ю.П. Бороненко, М.Ф. Вериго, C.B. Вершинского, М.И. Глушко, Л.О. Грачевой, Г.Б. Дурандина, И.П. Исаева, Л.А. Кальницкого, A.A. Камаева, В.А. Камаева, Б.Г. Кеглина, М.Л. Коротенко, В.Н. Котуранова, H.H. Кудрявцева, В.А. Лазаряна,

В.В. Лукина, A.A. Львова, Л.А. Манашкина, E.H. Никольского, Л.Н. Никольского, H.A. Панькина, Н.П. Петрова, М.П. Пахомова, В.Е. Попова, Ю.С. Ромена, А.Н. Савоськина, О.М Савчука, М.М. Соколова,

A.B. Смольянинова, Т.А. Тибилова, В.Ф. Ушкалова, В.Н. Филиппова,

B.Д. Хусидова, И.И. Челнокова, Л.А. Шадура, В.Ф. Яковлева и др., а также зарубежных исследователей Картера, Коффмана, Шперлинга, Гарга и др.

Вопросам разработки, внедрения и усовершенствования гидравлических гасителей колебаний посвящены труды: И.И. Челнокова, М.М. Соколова, А.Н. Савоськина, Ю.П. Бороненко, В.И. Варавы, Б.И. Вишнякова, В.М. Гарбузова, Г.М. Левита, H.A. Шашкова, В.Н. Романова, А.Н. Мальцева, Б.С. Завта, A.A. Дербаремдикера, И.Б. Скиндера и др.

Параметры гасителей колебаний пассажирского вагона определяются из условия обеспечения устойчивого режима колебаний при критических скоростях движения. Методике определения параметра сопротивления гидравлических гасителей колебаний в зависимости от конструкции и назначения посвящены работы /1,2/. В этих работах рассмотрено влияние гидравлических гасителей колебаний на динамические характеристики пассажирского вагона, изложен способ определения работоспособности гидравлического гасителя колебаний по количеству поглощаемой им энергии. Приведены результаты исследований по выбору необходимого количества гидравлических гасителей колебаний и их расположения на вагоне.

Оценка влияния характера сопротивления гидравлического гасителя колебаний и несимметричности гашения на динамические характеристики пассажирского вагона приводится в работе /3/. Установлено, что при линейной зависимости усилия на штоке от его скорости обеспечиваются

наименьшие ускорения кузова вагона, а следовательно, наименьшие динамические нагрузки на пассажирский вагон. Отмечено, что ускорения кузова при гармоническом законе возмущения совпадают при симметричном и несимметричном гашении. Это показывает равные возможности применения симметричного и несимметричного гашения колебаний.

Результаты применения гидравлических гасителей колебаний в подвеске сочлененного трамвайного вагона опубликованы в работе /4/. Отмечено, что модернизация рессорного подвешивания сочлененных трамвайных вагонов путем введения гидравлических гасителей колебаний позволяет существенно улучшить динамические качества вагонов и повысить допустимую скорость движения.

Вопросы гидромеханики жидкостных гасителей колебаний и оценки работоспособности гидравлических гасителей колебаний рассматриваются в работах В.М. Гарбузова /5,6,7/. Автором проведены исследования по оценке влияния размеров и формы дроссельного отверстия на характер сопротивления гасителя колебаний. Установлено, что в гидравлическом гасителе колебаний может быть получена любая зависимость силы вязкого сопротивления, от линейной, при длинном щелевидном отверстии, до квадратичной, при коротком круглом отверстии. Отмечено, что щелевой дроссельный канал по сравнению с дроссельным каналом круглого сечения имеет преимущества. При такой форме отверстия легче получить ламинарный режим движения жидкости, а также улучшается отвод тепла, выделяющегося при диссипации жидкости. Это обеспечивает стабильную работу гидравлического гасителя колебаний вагонов.

необходимо обеспечить возможно большее проходное сечение клапана и более легкий рабочий диск. Составлены обобщенные схемы предохранительных клапанов гидравлических гасителей колебаний и рассмотрены вопросы истечения жидкости через дроссельный канал, а также вопросы устойчивости работы предохранительного клапана при различных режимах работы.

Разработке стендов для оценки работоспособности гидравлических гасителей колебаний путем определения параметра сопротивления гасителя колебаний по рабочей диаграмме, записанной на стенде посвящены работы /10,11,12,13/. Авторами предложены конструкции стендов для определения параметра сопротивления гидравлического гасителя колебаний.

Результаты исследования рабочих жидкостей для гидравлических гасителей колебаний опубликованы в работах /14,15/. Изучены свойства рабочих жидкостей в диапазоне температур от -50°С до +50°С. Установлено, при низких температурах резко возрастает усилие на штоке, что требует наличия и стабильной работы разгрузочного устройства. Предложено для восстановления рабочих характеристик масел, применяемых в гасителях, использовать их регенерацию. Отмечено, что восстановленные рабочие жидкости не ухудшают характеристики гидравлических гасителей колебаний.

Вопросам оценки влияния технологических факторов на работоспособность гидравлического гасителя колебаний посвящены работы H.A. Шашкова /16,17/. В результате экспериментальных исследований установлено, что наиболее распространенными причинами снижения параметра сопротивления гидравлического гасителя колебаний является увеличение зазора в паре шток - направляющая втулка и потеря рабочей жидкости в результате износа уплотнительных устройств штока. Автором

исследованы влияние уплотняющих устройств штоков гидравлических гасителей колебаний на его работоспособность, даны рекомендации по их применению.

Анализу конструктивных особенностей гидравлических гасителей колебаний центральной ступени подвешивания пассажирских вагонов и оценке их работоспособности посвящены работы /18,19,20,21/. В работах рассмотрены вопросы технического обслуживания и эксплуатации гидравлических гасителей колебаний. Описаны методы и средства ремонта, испытания и диагностики технического состояния гидравлических гасителей колебаний.

Вопросам разработки новых конструкций гидравлических гасителей колебаний посвящены работы /22,23,24/. Приведены результаты эксплуатационных испытаний перспективных конструкций гидравлических гасителей колебаний.

Исследованиям горизонтального гидравлического гасителя колебаний посвящена диссертация Г.И. Левита /25/. Разработана методика выбора параметров гасителя на стадии проектирования.

Вопросы повышения эксплуатационной надежности гидравлических гасителей колебаний путем совершенствования их конструкции рассмотрены в работах /26,27/ Предложено для герметизации штоков гидравлических гасителей колебаний использовать сильфонные уплотнения. Разработана уточненная методика расчета напряженно-деформированного состояния сильфонных уплотнений. Проведены исследования по выбору рациональных параметров сильфонных уплотнений.

В работах В.Н. Романова /28,29/ разработана уточненная расчетно-экспериментальная методика прогнозирования долговечности сильфонных уплотнений гидравлических гасителей колебаний. Результаты работы

позволили рекомендовать увеличить межремонтный цикл гидравлических гасителей колебаний.

Вопросы методики расчета и оценки эффективности автомобильных гидравлических амортизаторов освещены в работах A.A. Дербаремдикера и И.Б. Скиндера /30, 31, 32, 33, 34/. Рассмотрены вопросы влияния конструктивных параметров гидравлических гасителей колебаний на их работоспособность, предложены расчетные методы ее оценки.

Анализу методов ремонта гидравлических гасителей колебаний посвящены работы /35,36,37/. Рассмотрены основные неисправности гидравлических гасителей колебаний и методы их устранения. В результате проведенного анализа выявлены факторы, снижающие качество ремонта гидравлических гасителей колебаний в депо. Среди таких факторов называются несовершенство эксплуатируемых технических средств ремонта, отсутствие стандартного оборудования для выполнения операций по сборке -разборке гасителей колебаний. Одним из основных путей повышения качества ремонта называются: усовершенствование средств и способов ремонта и контроля гасителей колебаний.

1.2. Постановка задачи и метод ее решения

Анализ исследований, посвященных применению гидравлических гасителей, показал, что параметры динамической нагруженности вагонов во многом зависят от их работоспособности. В процессе эксплуатации гасители колебаний, работающие в тяжелых динамических режимах, усугубляющихся широким диапазоном климатических воздействий, теряют свои первоначальные свойства в результате повреждения и износа их элементов. В связи с этим увеличиваются динамические нагрузки на подвижной состав, что приводит к его повышенному износу и повреждениям и, как следствие, к дополнительным затратам на ремонт подвижного состава. Поэтому необходимо содержать гидравлические гасители колебаний в

работоспособном состоянии. Для восстановления работоспособности гасителей колебаний служит система их ремонта /38/. Ремонтный цикл включает в себя операции разборки, промывки, дефектации, ремонта или замены дефектных деталей, сборки, и испытания гидравлических гасителей колебаний.

Работоспособность гидравлического гасителя колебаний определяется его параметром сопротивления, который зависит от многих факторов. Для обеспечения требуемого параметра сопротивления гасителя колебаний ремонтный цикл содержит операции контроля. Однако, как показал анализ, исследований в области эксплуатации и ремонта гидравлических гасителей колебаний, суще