Совершенствование технологической готовности производства при ремонте электровозов новых серий

Пономарев, Евгений Владимирович

Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование технологической готовности производства при ремонте электровозов новых серий

кандидата технических наук: Пономарев, Евгений Владимирович
город: Омск
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.22.07

Диссертация по транспорту на тему «Совершенствование технологической готовности производства при ремонте электровозов новых серий»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологической готовности производства при ремонте электровозов новых серий"

На правах рукописи

0050037»!

ПОНОМАРЕВ Евгений Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ГОТОВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПРИ РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРОВОЗОВ НОВЫХ СЕРИЙ

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-8 ДЕК 2011

ОМСК 2011

005003781

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент ШАНТАРЕНКО Сергей Георгиевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор . ЧЕТВЕРГОВ Виталий Алексеевич;

кандидат технических наук СТРЕК Ярослав Михайлович.

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС)».

Защита диссертации состоится 28 декабря 2011 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))» по адресу: 64404б, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГУПСа.

Автореферат разослан 25 ноября 2011г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-16-27, e-mail: nich@omgups.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Повышение пропускной и провозной способности железных дорог, увеличение производительности труда и снижение себестоимости перевозок во многом обусловлены надежностью тягового подвижного состава (ТПС) и эффективностью его использования.

Анализ основных показателей технического состояния локомотивного парка сети магистральных железных дорог показывает, что остаются высокими количество отказов, процент неисправных электровозов и число неплановых ремонтов. Основными причинами такого положения являются неудовлетворительное качество текущих ремонтов и технического обслуживания, недостаточный уровень механизации трудоемких процессов ремонта. Основную часть электровозного парка составляют машины старых серий с большими сроками эксплуатации, что требует дополнительных затрат для восстановления их работоспособности и ресурса. Количество поступающих на сеть железных дорог электровозов новых серий не улучшает общую ситуацию по старению локомотивного парка. Более того, новые электровозы часто имеют худшие показатели технического состояния по сравнению с аналогичными электровозами старых серий, особенно в начальный период их использования.

Таким образом, одной из актуальных задач на железнодорожном транспорте является улучшение технического состояния электровозов в эксплуатации за счет совершенствования и повышения качества технического обслуживания и ремонта посредством применения в ремонтных локомотивных депо прогрессивных технологий и современных средств технологического оснащения, т. с. путем совершенствования

технологической готовности производства.

Задачи повышения эффективности и качества технического обслуживания и ремонта локомотивов отражены в распоряжении президента ОАО «РЖД» от 17.01.2005 №3р «О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов», в поручении первого вице-президента ОАО «РЖД» от 26.08.2010 № П-ВМ-120 «Об оптимизации структуры и повышении эффективности локомотиворемоптного комплекса» и в других руководящих документах железнодорожной отрасли.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-технических работ Омского государственного университета путей сообщения (темы НИР № г.р. 01.9.70002371 и 01201151856). В нее вошли результаты исследований, которые выполнялись в соответствии с протоколом совещания у старшего вице-президента ОАО «РЖД» Гапановича В. А. от 03.03.2008 № ВГ-105пр и договором с

ОАО «РЖД» от 24.06.2008 № Д-1449ДРТ-18/08.

Целью диссертационной работы является разработка методов и средств совершенствования технологической готовности ремонтного производства для обеспечения работоспособности и ресурса колесио-моторпых блоков электровозов новых серий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: предложить математические модели для оценки влияния технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора ко-лесно-моторного блока при прохождении электровозом рельсового стыка;

разработать математические модели для оценки динамических сил в системе тягового привода третьего класса, действующих на опоры полого вала, в зависимости от эксплуатационных и технологических параметров;

выполнить качественный и количественный анализ влияния технологических параметров на работоспособность колесно-моторных блоков электровозов новых серий;

усовершенствовать комплект нестандартного технологического оборудования для ремонта колссно-моторпых блоков электровозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей;

разработать нестандартное оборудование для технологического оснащения позиции разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса.

Методы исследования. При решении поставленных задач проведены теоретические и экспериментальные исследования на основе методов математической статистики и математического моделирования. Эксперименты проводились на натурных образцах нестандартного оборудования и иа колесно-моторных блоках электровозов в условиях ремонтного локомотивного депо.

Паучнан новизна работы заключается в следующем:

получены математические модели, позволяющие оценить влияние технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колеси о-моторного блока с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя, возникающие от импульсного воздействия при прохождении электровозом рельсового стыка;

разработаны математические модели для расчета гироскопических сил, обусловленных неровностями верхнего строения пути, и суммарной динамической силы, возникающей при рассогласовании соосности полого вала и оси колесной пары, действующих па опоры полого вала в системе тягового привода третьего класса при рабочих скоростях движения электровоза;

выполнен качественный и количественный анализ влияния технологических параметров па работоспособность колесно-моторных блоков электровозов новых серий, результаты которого применены при усовершенствовании и разработке нестандартного технологического оборудования для технологического оснащения ремонтных локомотивных депо.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы подтверждена экспериментальными исследованиями, практической реализацией и основана иа доказанных и корректно использованных положениях и постулатах физики твердого тела, математического моделирования. Адекватность математических

моделей подтверждена достаточно высокой степенью согласования результатов расчетов с экспериментальными данными и практическими результатами (расхождение

составляет не более 10 %).

Практическая ценность работы. Полученные математические модели позволяют оценить влияние технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колесно-моторного блока (КМБ) с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя (ТЭД), возникающие от импульсного воздействия при прохождении электровозом рельсового стыка, и выполнить расчет гироскопических сил, обусловленных неровностями верхнего строения пути, и суммарной динамической силы, возникающей при рассогласовании соосности полого вала и оси колесной пары, действующих па опоры полого вала в системе тягового привода третьего класса при рабочих скоростях движения электровоза.

Использование в технологическом процессе ремонта электровозов разработанных технологии и усовершенствованного комплекта нестандартного оборудования технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей позволяет механизировать трудоемкие операции при ремонте КМБ, повысить качество выполнения ремонтных операций, сократить время простоя электровоза в ремонте.

Разработанная технологическая позиция разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса позволяет механизировать трудоемкие операции, увеличить производительность труда при ремонте КМБ, повысить качество выполнения ремонтных операций и обеспечить технологическое оснащение локомотивных депо, производящих ремонт таких электровозов.

Реализация результатов работы. Усовершенствованный комплект нестандартного оборудования технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков и техническая документация внедрены в технологические процессы непланового, текущего ТР-3 и среднего СР ремонтов электровозов в ремонтном локомотивном депо Московка Западно-Сибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава -структурного подразделения Дирекции по ремонту тягового подвижного состава -филиала ОАО «РЖД». Разработанные технические и технологические решения по нестандартному оборудованию технологической позиции разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса приняты к использованию в ремонтном локомотивном депо Барабинск Западно-Сибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава.

Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Проблемы развития железнодорожного транспорта» (Красноярск, 2010);, на международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010); на научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности на транспорте» (Омск, 2010); на всерос-

синской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (Омск, 2011).

Публикации- По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, из которых три статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 102 наименований, трех приложений и содержит 155 страниц текста, включая 44 рисунка и 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

15о введении обоснована актуальность темы исследования, характеризуются научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первый раздел посвящен качественному анализу технического состояния электровозов новых серий с опорно-осевым подвешивание тяговых электродвигателей и тяговым приводом третьего класса, отказов механического оборудования, неисправностей колеспо-моторных блоков и обзору технологических процессов ремонта.

Исследования надежности работы тягового подвижного состава магистральных железных дорог, систем его технического обслуживания и ремонта проводились научными коллективами ВНИИЖТа, ВНИКТИ, МИИТа, РГУПСа, ДВГУПСа, ИрГУП-Са, СамГУПСа, ПГУПСа, ОмГУПСа и др. Значительный вклад в решение названных проблем внесли известные ученые В. Д. Авилов, В. А. Аксенов, 10. А. Бахвалов, И. В. Бирюков, А. И. Володин, А. А. Воробьев, И. И. Галиев, 3. Г. Гиоев, А. Д. Глушенко, А. В. Горский, В. Г. Григоренко, А. А. Зарифьян, И. П. Исаев, М. Ф. Карасев, В. И. Киселев, А. С. Космодамианский, В. С. Коссов, В. Д. Кузьмич, А. С. Курбасов, В. А. Кучумов, А. С. Нсстрахов, Б. Д. Никифоров, А. Т. Осяев, А. П. Павленко, В. С. 11авлович, М. П. Пахомов, А. В. Плакс, Н. А. Ротанов, Е. К. Рыбников, А. Н. Са-воськин, Т."А. Т'ибилов, В. 11. Феоктистов, Н. А. Фуфрянский, В. В. Харламов, В. А. Четвергов, В. Г. Щербаков и др.

Анализ отказов электровозов в эксплуатации и причин неплановых ремонтов свидетельствует о том, что значительная их часть (25 - 30 %) приходится на неисправности колеспо-моторных блоков. Поступающие на дороги новые электровозы не улучшают общую ситуацию по эксплуатационной надежности колесно-моторных блоков. Одной из основных причин такого положения является неудовлетворительное качество текущих ремонтов.

На основе анализа технического состояния электровозного парка сформулированы цель и задачи исследования.

15о втором разделе приведены результаты математического моделирования, позволившие оцепить влияние технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колесно-моторного блока с опорно-

осевым подвешиванием тягового электродвигателя, возникающие от импульсного воздействия при прохождении электровозом рельсового стыка.

Зубчатые передачи тяговых приводов первого класса, особенно у грузовых магистральных электровозов, работают в крайне тяжелых условиях. В области зацепления ведущей шестерни и ведомого зубчатого колеса действуют контактные силы, которые формируются в основном за счет крутящего момента и от импульсного воздействия при прохождении стыковых неровностей рельсов.

Во время движения электровоза по стыковым неровностям через колесную пару передается импульс. При этом в области контакта зубьев шестерни и зубчатого колеса возникают динамические силы (рис.1).

I Fid/

та \ I

hi \|| Jm Хг

О?

Х'_ Г Д й _(р1

о,

Рис. 1. Кинематическая схема контактного взаимодействия зубьев шестерни и зубчатого колеса тягового редуктора колесно-моторного блока электровоза: 0Ь02- соответственно центры тяжести тягового электродвигателя и колесной пары; тклъ дагэд -масса колесной пары и ТЭД; Е(5) - контактная сила; 7Клъ Лэд- моменты инерции колесной пары и тягового электродвигателя; 5 - сближение зубьев шестерни и зубчатого колеса; хь х2, (обобщенные координаты) соответственно смещения центров тяжести ТЭД и колесной пары относительно положения статического равновесия и их повороты относительно продольных осей вращения.

Контактная сила в зубчатом зацеплении представлена в виде зависимости от величины сближения двух цилиндрических поверхностей:

< г (О

Е, Е2

где Е и м - модуль упругости и коэффициент Пуассона материала зубьев; 1К - суммарная длина площадки контакта зубьев шестерни и зубчатого колеса редуктора.

Динамика контактного взаимодействия зубьев шестерни и зубчатого колеса описывается системой дифференциальных уравнений с начальными условиями г=0;

х, = х2 = ¥>1 = Р2=0; *2 = У в: =<Р. 2=°:

'т,здх, + = 0;

= 0;

та,хг+Р(8) = 0;

Величина сближения <5 выражена через обобщенные координаты:

8 = хг - х, + К2ср2 - Р)

Система уравнений (2) приведена к одному дифференциальному уравнению с начальными условиями I = 0; <5 = 0; 8 -Уц\

8 + ю\8 = 0, (4)

п1,

где СО' --

Е, Е2

1 1 Л] Щ -+-+ —?_ + —

'/(.Л т1ЭД К.П ^ ТЭЦ

С учетом начальных условий из уравнения (4) получено выражение для расчета величины сближения:

а, N К13 ■

г,<с)0 ^

При ' - сближение и контактная сила достигнут максимальных значений:

р = я1'< и,

+ (7)

Наибольшие контактные напряжения в области контакта зубьев в тяговом редукторе

— "'ПХ

здесь Ьк - ширина площадки контакта,

Ък = 2^

„ .I-,«2 I-//2.

_Е, (9)

где р] и р2 - приведенные радиусы кривизны зубьев соответственно шестерни и зубчатого колеса в точке их контакта.

На работу зубчатой передачи может существенно повлиять качество сборки ко-лсспо-моторнглх блоков. В случае свеса ведущих шестерен относительно ведомых колес зубчатой передачи, перекоса осей ТЭД и колесной пары или иных нарушений в сопряжении зубчатой передачи, когда зубья будут контактировать только частью своей рабочей поверхности, удельные давления на поверхности контакта увеличиваются. Выполненные расчеты показали, что, например, при скорости электровоза 80 км/ч контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора возрастают в 1,9 раза.

По кривой усталости (рис. 2) предел выносливости для материала зубчатых колес а_| = 370 МПа = 37,7 кгс/мм2 при числе циклов нагружения Ипр. Число ЫПр

соответствует перелому кривой усталости и определяется по средней твердости поверхностей зубьев Ыпр = 26,43-106.

Количество циклов Ырдсч соответствует количеству ударов (числу рельсовых

стыков) за период межремонтного пробега электровоза до текущего ремонта ТР-3. При длине рельса 25 м ЫРЛсч = 24-10'. При скорости 80 км/ч во время прохождения электровозом рельсового зазора величиной 18 мм контактные напряжения в зубчатом зацеплении дос» гоми 1чпр д[ тигают 39 кгс/мм2, что Количество нагружений до разрушения больше предела выпосли-

Рис. 2. Кривая усталости материала вости для материала зуб-

зубчатого колеса чатых колее, а при коли-

честве циклов нагружения, соответствующем Н-лсч. высока вероятность появления остаточных деформаций, трещин и даже хрупкого разрушения зубьев тягового редуктора.

Работоспособность колесно-моторных блоков электровозов во многом определяется качеством выполнения технологических операций при их ремонте.

В третьем разделе приведены результаты математического моделирования,

позволяющие выполнят), расчеты Рама тележки динамических сил, действующих на

опоры полого вала в системе тяго-Колесная пара вого привода третьего класса при рабочих скоростях движения электровоза.

На рис. 3 представлена кинематическая схема крепления полого вала, где А и В - точки крепления полого вала к колесу и к опоре подшипников; С и £> - точки крепления

Кронштейн

Полый вал

□

Рис. 3. Кинематическая схема крепления полого вала

кронштейна к опоре подшипников и к раме тележки.

Во время движения электровоза появляется рассогласование соосности полого вала и оси колесной пары: тяги эластичных муфт получают линейные и угловые перемещения за счет относительных перемещений тележки и колесной пары.

Центр тяжести колесной пары совершает вертикальные перемещения по гармоническому закону (рис. 4):

т/ = Нн sin cot,

.. 7жи где II,¡ - высота неровности пути; со =-, и - скорость движения локомотива; Лн - длина неровности пути.

' Относительные перемещения центра тяжести колеса и центра тяжести тележки S-Z-V представ- Рис- 4- Кинематическая схема ляются дифференциальным уравнением: «одноосного локомотива»

S + 2n8 + a>ld = Нсо2 sin<wí, (И)

где Z - отклонения центра тяжести тележки относительно положения статического

равновесия; m' 0 т' т - масса обрессоренных частей локомотива на одно колесо; Ж - жесткость пружины рессор буксовой ступени подвешивания; /? - коэффициент демпфирования буксовой ступени подвешивания.

Вынужденные колебания механической системы изменяются по закону:

о =-—--—--—--sm( at-u/),

(а] — <ц ) +4п й)

2 па)

где у/ - arctg—^-- _ фаза колебаний.

й)0 -со

При 8 « Ьв можно принять ср = — (рис. 5), где ■

1Й Iв

1п-длина полого вала. Рис- 5' Угол п°в°Р°та полого вала

Тогда поворот полого вала относительно центра тяжести в горизонтальной плоскости совершается по закону:

Н,У -г

-а>2)2 +4/,2со{

Для малых углов поворота <р гироскопический момент таГИР=Ьо хсов=Мкпх соц, где ¿о ~ Ло = Jcok.ii ~ главный момент количества движения гироскопа; J - момент инерции относительно оси вращения.

Так как полый вал совершает вращательные движения с угловой скоростью

о„

равной угловой скорости колесной пары сокп=——, а его ось вращается вокруг своего цен тра тяжести с угловой скоростью

Неу3

9 = ®«=—гг , ,., . ,=т> (14)

Lj(£yo2-«2)2+4«V '

то на опоры полого вала будут действовать гироскопические силы (рис. 6):

1л СОк.п /

—{3

Д/гир

СО в

\тп

N =■

гиг

Зсокп -о/пш

7й

/77 о ГИР 'Ыю Рис. 6 Расчетная схема сил, действующих на опоры полого вала

Выполненные расчеты показали (рис. 7), что гироскопические силы возрастают с ростом скорости движения и при увеличении высоты и уменьшении длины неровности верхнего строения пути.

Действие гироскопических сил неблагоприятно сказывается на работе колесно-моторного блока, так как эти силы имеют циклический характер.

— - - = 3,7 м, 1ш = 2 мм;

— - - Ьм = 2,24 м, 1ш = 2 мм; —•— 1.П = 1,75 м, 1ш ■= 1,7 мм;

--Ьм = 1,6м, 1ш = 2,4мм;

—■— Ьп = 1 м, 1ш = 2,5 мм;

-Ьп =" 0,9 м, 1ш = 5 мм;

—Ьп = 0,5 м, 1п| = 1,4 мм.

20 40 60 80 100 120 140 км/ч 160

Рис. 7. Зависимости Л^ир от скорости движения электровоза при разных значениях длины и высоты неровностей

Д1

Д2

Валик центровочный

Рис. 8. Контроль центровки полого вала

Рис. 9. Расчетная схема рассогласования соосности полого вала и оси колесной пары

Центровка полого вала относительно оси колесной пары определяется контролем размеров Д\,Дг и Еи Е2 в двух диаметрально противоположных отверстиях колеса с использованием центровочного валика (рис. 8). После окончательной сборки, центровки и регулировки допускаются разности размеров АХ =| Д\ - Дг\ и А2 =\Е\ - Е2\ не более 2 мм, причем Ех должно быть меньше Е2-

При передаче вращения от тягового электродвигателя на колесную пару в местах крепления полого вала к опоре подшипников и к колесу возникают крутящие моменты М = Жт «¿й и радиальные силы Л = Жуп, а (рис. 9), где Жугл - угловая жесткость сайлентблоков.

Суммарная сила действующая на опоры вала (рис.10), Р = {(Ы^+ИсовуУ^ту}, где у

. Ах ■ arctg—. Дг

р = + Лету)2 +Я1 соб2 у.

Аг

Ах

А/«

1ак какБт/ =

Рис. 10. Схемы расчета сил, действующих на опоры вала Лх Дг

л/а?

+ Лх

и сое у =

4А?

+ Ах

то

^ = л (Кгнг+К-

Ах

=)2+Л2

Дг2

(17)

\щГ+Ах2' Аг2+Ах2 Расчеты суммарной силы при различных соотношениях АХ и А2 показали, что с увеличением их значений суммарная сила существенно возрастает. Если при АХ = О и А2 = 1 мм ^ =5,5 кН, то при АХ= 3 мм к АХ = 3 мм Р= 23,2 кН.

Таким образом при рассогласовании соосности полого вала и оси колесной пары значение суммарной силы возрастает, что отрицательно сказывается на работе резиновых элементов, тяг и цапф опор полого вала и может привести к их деформации.

В четвертом разделе представлены технологические и технические разработки по совершенствованию и созданию нестандартного оборудования для оснащения технологических процессов и повышения качества ремонта колесно-моторных блоков электровозов.

Приведенные выше результаты исследований подтверждают необходимость совершенствования производственных процессов, повышения уровня механизации и качества выполнения технологических операций для снижения негативного влияния условий эксплуатации на работоспособность и ресурс КМБ. При ремонте устанавливаются особые требования но точности сопряжения, контролю параметров отклонений и взаимного расположения сборочных единиц, деталей и узлов для обеспечения качества функционирования колесно-моторных блоков, что во многом определяется применением в ремонтных локомотивных депо прогрессивных технологий и современного оборудования.

В целях технологического оснащения и повышения качества ремонта усовершенствован комплект нестандартного оборудования и техническая документация для неплановых, текущих объема ТР-3 и средних СР ремонтов КМБ с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей.

При проектировании технологической позиции ремонта КМБ для обеспечения гарантированного съема шестерни с вала якоря ТЭД выполнены расчеты усилия распрессовки и давления масла в гидросистеме. Экспериментальным методом отработаны режимы движения технологической тележки для гарантированного съема и посадки колесной пары и моторно-осевых подшипников. Автоматизирован процесс подачи КМБ в рабочие зоны технологической позиции для повышения точности позиционирования его деталей и узлов и обеспечения качества выполнения технологических операций. На технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей (рис. 11) выполняются разборка и сборка КМБ.

Рис. 11. Технологическая позиция ремонта колесно-моторного блока: 1 - стационарная стойка портального типа; 2 - гайковерт; 3 - съемник букс моторно-осевых подшипников; 4 - вертикальные направляющие; 5 - траверса гайковерта; 6 - гидроцилиндр;

7 - подвеска с направляющими; 8 - захваты букс моторно-осевых подшипников;

9 - гидравлические домкраты; 10 - колесная пара; 11 - рельсовой путь;

12 - накопитель; 13 - технологическая тележка; 14 - колесно-моторный блок;

15 - гидроцилиндр; 16 - гидросъемник малых шестерен

Применение усовершенствованного технологического оборудования позволяет механизировать и повысить качество выполнения ремонтных операций, сократить время простоя в ремонте, высвободить часть ремонтного персонала в депо. Данное оборудование в 2009 г. заняло первое место по уровню механизации и производительности выполнения ремонтных операций в объявленном старшим вице-президентом ОАО «РЖД» В. А. Гапановичем конкурсе по разработке, изготовлению и внедрению нестандартного оборудования технологического участка выкатки, разборки и сборки колесно-моторных блоков локомотивов и рекомендовано приемочной комиссией ОАО «РЖД» для технологического оснащения ремонта КМБ электровозов ВЛ10, ВЛ80, ВЛ85, а также новых серий 2ЭС5К и 2ЭС4К. Позиция внедрена и эксплуатируется в ремонтном локомотивном депо Московка Западно-Сибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава (рис. 12). На технические разработки по

данной позиции получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на полезную модель.

Рис. 12. Технологическая позиция ремонт колесно-моторных блоков в ТЧр Московка

Для обеспечения технологического оснащения и повышения качества ремонта новых электровозов с тяговым приводом третьего класса разработано нестандартное оборудование технологической позиции разборки-сборки колесно-моторных блоков (рис. 13).

—^—^-л,

„

\г. \15_ __

Рис. 13. Технологическая позиция разборки-сборки колесно-моторного блока: 1 - подвижная портальная металлоконструкция; 2 - платформы; 3 - две П-образные балки; 4 - консольная балка; 5 - электрическая таль; 6 - пневматический гайковерт; 7 - пневматический съемник; 8 - гидравлические домкраты; 9 - колесная пара; 10 - рельсовой путь; 11 - накопитель; 12 - технологическая тележка; 13 - стенд-кантователь; 14 - колесно-моторный блок; 15 - приводной гидроцилиндр; 16 - фиксирующие упоры; 17 - тяга; 18 - кронштейн

На позиции выполняются разборка и сборка КМБ с центровкой полого вша относительно оси колесной пары и прокруткой КМБ после сборки.

Разработанные технические и технологические решения по нестандартному

оборудованию технологической позиции разборки-сборки КМБ электровоза ЭП2К приняты к использованию в ремонтном локомотивном депо Барабинск ЗападноСибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава.

Применение технологической позиции ремонта КМБ электровозов с тяговым приводом третьего класса позволяет механизировать и повысить качество выполнения ремонтных операций, и обеспечить технологическое оснащение локомотивных депо, производящих ремонт электровозов ЭП2К.

В пятом разделе проведена оценка экономической эффективности применения разработанного нестандартного оборудования для ремонта колесно-моторных блоков электровозов. Расчетный экономический эффект от внедрения технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя на годовую программу текущего ремонта ТР-3 120 электровозов составляет 590 тыс. р. со сроком окупаемости 5,69 года. Внедрение технологической позиции разборки-сборки КМБ электровозов ЭП2К с тяговым приводом третьего класса при программе ремонта 50 электровозов обеспечит годовой экономический эффект в размере 484 тыс. р. Срок окупаемости составит 5,76 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований выполнены научно обоснованные технические и технологические разработки, направленные на совершенствование технологической готовности производства при ремонте электровозов новых серий. Разработанные технологические процессы и нестандартное оборудование для ремонта КМБ позволяют механизировать выполнение технологических операций и повысить их качество, сократить время простоя, в ремонте и оптимизировать процесс ремонта. Таким образом, за счет совершенствования технологии ремонта обеспечиваются работоспособность и ресурс колесно-моторных блоков электровозов новых серий.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы

состоят в следующем

1. Получены математические модели, позволяющие оцепить влияние технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колесно-моторного блока с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя, возникающие от импульсного воздействия при прохождении электровозом рельсового стыка.

2. Разработаны математические модели для расчета гироскопических сил, обусловленных неровностями верхнего строения пути, и суммарной динамической силы, возникающей при рассогласовании соосности полого вала и оси колесной пары, действующих на опоры полого вала в системе тягового привода третьего класса при рабочих скоростях движения электровоза.

3. Выполнен качественный и количественный анализ влияния технологических параметров на работоспособность колесно-моторных блоков электровозов новых серий. Установлено, что контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колсспо-моторного блока с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя, возникающие при прохождении электровозом рельсового стыка, в основном определяются качеством выполнения сборочных операций при ремонте КМБ. В системе тягового привода третьего класса действующие на опоры полого вала гироскопические силы возрастают с ростом скорости движения и при увеличении высоты и уменьшении длины неровности верхнего строения пути, при рассогласовании соосности полого вала и оси колесной пары суммарная динамическая сила увеличивается пропорционально рассогласованию. При рассогласовании в 3 мм сила возрастает в пять раз. Результаты анализа использованы при усовершенствовании и разработке нестандартного технологического оборудования для технологического оснащения ремонтных локомотивных депо.

4. Усовершенствован комплект нестандартного оборудования технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей, применение которого позволяет механизировать трудоемкие операции при ремонте КМБ, повысить качество выполнения ремонтных операций, сократи ть время простоя в ремонте. На технические решения по нестандартному оборудованию получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на полезную модель. Комиссия ОАО «РЖД», проводившая приемочные испытания, рекомендовала данное оборудование для применения при ремонте новых электровозов серий 2ЭС4К и 2ЭС5К.

5. Разработана техническая документация для производственного процесса разборки-сборки колесно-моторных блоков при неплановых, текущем ТР-3 и среднем ремонтах, позволяющая обеспечивать соблюдение нормативных сроков ремонтных операций и выпуск из ремонта электровозов согласно программному заданию, оптимизировать технологический процесс ремонта.

6. Усовершенствованный комплект нестандартного оборудования технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков и техническая документация внедрены в технологические процессы неплановых, текущего ТР-3 и среднего СР ремонтов электровозов в ремонтном локомотивном депо Московка Западно-Сибирской дирекции но ремон ту тягового подвижного состава - структурного подразделения Дирекции но ремон ту тягового подвижного состава - филиала ОАО «РЖД». Расчетный годовой экономический эффект от внедрения этих разработок составляет 590 тыс. р. при программе ремонта 960 КМБ в год.

7. Разработано нестандартное оборудование технологической позиции разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса, применение которого позволяет механизировать выполнение ремонтных опе-

раций и повысить их качество, обеспечить технологическое оснащение локомотивных депо, производящих ремонт новых электровозов ЭП2К.

8. Разработанные технические и технологические решения по нестандартному оборудованию технологической позиции разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса приняты к использованию в ремонтном локомотивном депо Барабинск Западно-Сибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава. Расчетный экономический эффект от использования этой разработки составляет 484 тыс. р. в год.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Термодинамические процессы в тяговом электродвигателе / С. Г. Шапта-ренко, Е. В. Пономарев и др. // Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения: Науч.-техн. журнал / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2011. № 1. С. 67-72.

2. Пономарев Е. В. Конструктивные особенности электровозов новых серий и проблемы организации их ремонта / Е. В. П о н о м ар е в, Д. 10. Б е л а н, А. А. Л а п -тев // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. молодых ученых и аспирантов университета / Омский гос. ун-т путей сообщения.

Омск, 2009. Вып. 10. С. 81 - 94.

3. Инновационные разработки для ремонта колесно-моторных блоков электровозов / С. Г. Шантаренко, Е. В. Пономарев и др. // Локомотив-информ. 2010. №11. С. 43-45.

4. Пономарев Е. В. Анализ неисправностей механического оборудования электровоза ЭП 1 / Е. В. Пономарев, Д. Н. Кравченко // Проблемы развития железнодорожного транспорта: Материалы науч.-практ. конф. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Красноярск, 2010. С. 136 - 140.

5. Пономарев Е. В. Анализ конструкции и технического состояния механической части электровозов ЭП2К в эксплуатации / Е. В. Пономарев, В. Ф. Кузнецов, С. Л. Бабин // Инновации для транспорта: Сб. науч. ст. с международным участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. Ч. 2. С. 172 - 176.

6. Технологическое оснащение предприятий для ремонта колесно-моторных блоков электровозов / С. Г. Шантаренко, Е. В. Пономарев и др. // Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности на транспорте: Материалы научно-практической конференции / Омский гос. ун-т путей сообщения.

Омск, 2010, С. 49-58.

7. Влияние конструктивных особенностей подвески тягового электродвигателя

на эксплуатационную надежность моторно-осевых подшипников / В. Ф. Кузнецов, Е.В.Пономарев и др. // Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2011. № 1. С. 67 - 72.

8. К у з н с ц о в В. Ф. Контактные напряжения в зубчатых колесах тягового редуктора колеспо-моториого блока электровоза/В. Ф. Кузнецов, С. Г. Шантаренко, Е. В. 11 о и о м ар е в // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. №3. С. 24-28.

9. Пономарев Е. В. Анализ работы колесно-моторного блока электровоза Э112К / Е. В. Пономарев // Инновационные проекты и новые технологии для транспортного комплекса: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 78 - 82.

10. Кузнецов В. Ф. Динамическое взаимодействие упругих тел / В. Ф. Кузнецов, С.Г. Шантаренко, Е.В.Пономарев // Повышение динамических качеств подвижного состава и поезда: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. уп-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 78 - 82.

11. Пономарев Е. В. Анализ технического состояния электровозов серш ЭП2К/Е. В. П о п о м ар е в // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: Материалы всерос. науч.-техн. конф. с международным участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 313-317.

Типография ОмГУПСа. 2011. Тираж 100 экз. Заказ 836 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

Текст работы Пономарев, Евгений Владимирович, диссертация по теме Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

61 12-5/1374

ПОНОМАРЕВ Евгений Владимирович

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ГОТОВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПРИ РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРОВОЗОВ НОВЫХ СЕРИЙ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент

С. Г. Шантаренко

Омск 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 5

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОВОЗОВ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОЛЕСНО-МОТОРНЫХ БЛОКОВ............. 10

1.1. Износ и повреждения деталей и узлов тягового подвижного состава.. 10

1.2. Анализ технического состояния электровозов серий 2ЭС5К, ЗЭС5К.. 13

1.3. Влияние конструктивных решений на работоспособность колесно-моторных блоков........................................................................ 16

1.4. Техническое состояние электровозов серии ЭП2К......................... 18

1.5. Организация технического обслуживания и ремонта электровозов серии ЭП2К.............................................................................. 24

1.5.1. Виды и периодичность технических обслуживаний и ремонтов..... 24

1.5.2. Основные требования к техническому состоянию электровозов.... 26

1.6. Постановка задач диссертационной работы................................ 26

2. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОЛЕСНО-МОТОРНЫХ БЛОКОВ НОВЫХ ГРУЗОВЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ С ОПОРНО-ОСЕВЫМ ПОДВЕШИВАНИЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ................ 29

2.1. Особенности конструкции электровозов серии 2ЭС5К, ЗЭС5К........ 31

2.2. Контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колесно-моторного блока электровозов 2ЭС5К, ЗЭС5К....................... 32

2.2.1. Контактные напряжения в зубчатой передаче, формирующиеся за счет крутящего момента на валу якоря тягового электродвигателя.......... 34

2.2.2. Математическое моделирование контактных напряжений в зубчатом зацеплении тягового редуктора, возникающих от импульсного воздействия при прохождении рельсового стыка................................ 39

2.3. Выводы.............................................................................. 48

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОЛЕСО-МОТОРНЫХ БЛОКОВ С

ТЯГОВЫМ ПРИВОДОМ ТРЕТЬЕГО КЛАССА.................................... 49

3 Л. Конструктивные особенности электровозов серии ЭП2К................ 51

3.2. Исследование динамических сил, действующих на опоры полого вала, в системе тягового привода третьего класса............................... 57

3.2.1. Гироскопические силы в системе тягового привода электровоза серии ЭП2К.............................................................................. 57

3.2.2. Влияние рассогласования соосности полого вала и оси колесной пары на работоспособность колесно-моторного блока.......................... 63

3.3. Выводы.............................................................................. 67

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ РЕМОНТА ЭЛЕКТРОВОЗОВ НОВЫХ СЕРИЙ........................................................................ 68

4.1. Технологическая документация для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов............................................. 68

4.2. Технологическое оснащение ремонтного производства.................. 70

4.3. Совершенствование технологического оборудования для ремонта колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя......................................................................... 72

4.3.1. Расчет усилий спрессовки шестерни с вала якоря тягового двигателя................................................................................. 72

4.3.2. Нестандартное оборудование технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков электровозов с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя....................................... 74

4.4. Разработка нестандартного оборудования для разборки-сборки колесно-моторных блоков с тяговым приводом третьего класса............ 83

4.4.1. Технологическая позиция разборки-сборки колесно-моторного блока локомотива....................................................................... 84

4.4.2. Порядок разборки и сборки колесно-моторного блока на позиции... 87

4.5. Выводы.............................................................................. 88

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ..................................................................90

5.1. Расчет экономического эффекта от внедрения технологической позиции ремонта колесно-моторных блоков электровозов с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя......................................................91

5.2. Расчет экономической эффективности внедрения оборудования для разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса..............................................................................95

5.3. Выводы............................................................................................................................................................97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................................................98

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................101

Приложение 1......................................................................................................................................................111

Приложение 2......................................................................................................................................................123

Приложение 3......................................................................................................................................................128

ВВЕДЕНИЕ

Задачи повышения эффективности и качества технического обслуживания и ремонта локомотивов отражены в распоряжении президента ОАО «РЖД» от 17.01.2005 № Зр «О системе технического обслуживания и

ремонта локомотивов», в поручении первого вице-президента ОАО «РЖД» от 26.08.2010 № П-ВМ-120 «Об оптимизации структуры и повышении эффективности локомотиворемонтного комплекса» и в других руководящих документах железнодорожной отрасли.

Целью диссертационной работы является разработка методов и средств совершенствования технологической готовности ремонтного производства для обеспечения работоспособности и ресурса колесно-моторных блоков электровозов новых серий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: предложить математические модели для оценки влияния технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колесно-моторного блока при прохождении электровозом рельсового стыка;

усовершенствовать комплект нестандартного технологического оборудования для ремонта колесно-моторных блоков электровозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей;

разработать нестандартное оборудование для технологического

оснащения позиции разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса.

Методы исследования. При решении поставленных задач проведены теоретические и экспериментальные исследования на основе методов математической статистики и математического моделирования. Эксперименты проводились на натурных образцах нестандартного оборудования и на колесно-моторных блоках электровозов в условиях ремонтного локомотивного депо.

Научная новизна работы заключается в следующем: получены математические модели, позволяющие оценить влияние технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колесно-моторного блока с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя, возникающие от импульсного воздействия при прохождении электровозом рельсового стыка;

разработаны математические модели для расчета гироскопических сил, обусловленных неровностями верхнего строения пути, и суммарной динамической силы, возникающей при рассогласовании соосности полого вала и оси колесной пары, действующих на опоры полого вала в системе тягового привода третьего класса при рабочих скоростях движения электровоза;

выполнен качественный и количественный анализ влияния технологических параметров на работоспособность колесно-моторных блоков электровозов новых серий, результаты которого применены при усовершенствовании и разработке нестандартного технологического оборудования для технологического оснащения ремонтных локомотивных депо.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы подтверждена экспериментальными исследованиями, практической реализацией и основана на доказанных и корректно использованных положениях и постулатах физики твердого тела, математического

моделирования. Адекватность математических моделей подтверждена достаточно высокой степенью согласования результатов расчетов с экспериментальными данными и практическими результатами (расхождение составляет не более 10 %).

Практическая ценность работы. Полученные математические модели позволяют оценить влияние технологических параметров на контактные напряжения в зубчатом зацеплении тягового редуктора колесно-моторного блока (КМБ) с опорно-осевым подвешиванием тягового электродвигателя (ТЭД), возникающие от импульсного воздействия при прохождении электровозом рельсового стыка, и выполнить расчет гироскопических сил, обусловленных неровностями верхнего строения пути, и суммарной динамической силы, возникающей при рассогласовании соосности полого вала и оси колесной пары, действующих на опоры полого вала в системе тягового привода третьего класса при рабочих скоростях движения электровоза.

Реализация результатов работы. Усовершенствованный комплект нестандартного оборудования технологической позиции ремонта колесно-

моторных блоков и техническая документация внедрены в технологические процессы непланового, текущего ТР-3 и среднего СР ремонтов электровозов в ремонтном локомотивном депо Московка Западно-Сибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава — структурного подразделения Дирекции по ремонту тягового подвижного состава - филиала ОАО «РЖД». Разработанные технические и технологические решения по нестандартному оборудованию технологической позиции разборки-сборки колесно-моторных блоков электровозов с тяговым приводом третьего класса приняты к использованию в ремонтном локомотивном депо Барабинск ЗападноСибирской дирекции по ремонту тягового подвижного состава.

Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Проблемы развития железнодорожного транспорта» (Красноярск, 2010); на международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010); на научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии ь образовании, промышленности на транспорте» (Омск, 2010); на всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» (Омск, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, из которых три статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОВОЗОВ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОЛЕСНО-МОТОРНЫХ БЛОКОВ

Рост интенсивности эксплуатации подвижного состава с одновременным повышением требований к безопасности движения поездов и техническому состоянию локомотивного парка предъявляют особые требования к организации и качеству технического обслуживания и ремонта электровозов.

Электровозы работают в специфических условиях, которые оказывают решающее влияние на характер износов и повреждений механического и оборудования. В эксплуатации на тяговый подвижной состав (ТПС) оказывают отрицательное воздействие динамические, статические нагрузки и вибрация. Динамические и статические нагрузки вызывают большие механические напряжения в элементах колесно-моторных блоков, рессорного подвешивания, рамах тележек, буксах, рамах кузовов, автосцепных устройствах и других деталях механической части.

Вибрация элементов тягового подвижного состава ускоряет процесс износа и увеличивает вероятность возникновения неисправностей. Тяжелые условия работы усугубляются в зимнее время, когда из-за увеличения жесткости рельсового пути динамическое ускорение колесных пар от ударов на стыках достигает 150 м/с2.

Специфические условия работы тягового подвижного состава предъявляют повышенные требования к его надежности. Обеспечение надежной работы локомотивов является важнейшей задачей локомотивного хозяйства [1,2].

1.1. Износ и повреждения деталей и узлов тягового подвижного состава

Износ деталей в процессе эксплуатации - процесс естественный. Сложные условия работы ТПС вызывают ускоренное появление у его деталей

износов различного вида, которые приводят к изменению геометрических параметров деталей, увеличению зазоров, появлению местных вырывов металла, изменению его поверхностной или внутренней структуры. Наиболее характерны износ от сил трения (механический), а также термический, электроэрозионный и коррозионный износы. Отдельные детали могут одновременно подвергаться нескольким видам износа.

Износ деталей и узлов может быть снижен конструкторскими, технологическими и эксплуатационными методами [3].

Конструкторские методы снижения износов имеют два основных направления. Первое из них - замена быстроизнашивающихся узлов или деталей узлами или деталями иной конструкции, обеспечивающей их работу с меньшим и�

Похожие работы

Транспорт
05.22.00