CC BY
0
Modern scientific research and innovation, 2022, no. 8. Available at: URL: https://web.snauka.ru.issues/2022/08/98764 (accessed 24.05.2023).
9. Flaw detector «Peleng» («Bearing») UD2-102VD. Part I. Description and maintenance. JACK.412239.001 RE 1: User Manual. Saint-Petersburg, 2018, 80 p. (In Russian).
10. Flaw detector «Peleng» («Bearing») UD2-102VD. Part II. Intended use. JACK.412239.001 RE 2: Operation Manual. Saint-Petersburg, 2017, 68 p. (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Отока Александр Генрикович
Гомельское вагонное депо РУП «Гомельское отделение Белорусской железной дороги».
Телегина ул., д. 1а, г. Гомель, 246014, Республика Беларусь.
Магистр технических наук, инженер-технолог (руководитель подразделения неразрушающего контроля).
Тел.: +375 (232) 95-28-32.
E-mail: otokaaleksandr@gmail.com
Холодилов Олег Викторович
Белорусский государственный университет транспорта (БелГУТ).
Кирова ул., д. 34, г. Гомель, 246653, Республика Беларусь.
Доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Вагоны».
Тел.: +375 (232) 95-39-08.
E-mail: olhol@tut.by
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Отока, А. Г. Влияние температуры контактной среды на иммерсионный ультразвуковой контроль колесных пар вагонов при ремонте / А. Г. Отока, О. В. Холодилов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2023. - № 3 (55). - С. 24 - 33.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Otoka Аlexander Genrikovich
Gomel Wagon Depot of RUE «Gomel Branch of the Belarusian Railway».
1a, Telegina st., Gomel, 246014, Republic of Belarus.
Master of Sciences in Engineering, process engineer (head of the non-destructive testing unit).
Phone: +375 (232) 95-28-32.
E-mail: otokaaleksandr@gmail.com
Kholodilov Oleg Viktorovich
Belarusian State University of Transport (BelSUT).
34, Kirova st., Gomel, 246653, Republic of Belarus.
Doctor of Sciences in Engineering, professor, professor of the department «Wagons».
Phone: +375 (232) 95-39-08.
E-mail: olhol@tut.by
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Otoka A G., Kholodilov O.V. Influence of the temperature of the contact medium forimmersion ultrasonic testing wheel sets of wagon during repair. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 3 (55), pp. 24-33.
УДК 629.4.015
И. И. Галиев, М. Х. Минжасаров, Д. В. Липунов
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
АНАЛИЗ ПРИЧИН НЕИСПРАВНОСТЕЙ КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ
ЛОКОМОТИВА 2ЭС6 «СИНАРА»
Аннотация. В статье представлен анализ причин неисправностей механической части локомотивов 2ЭС6 «Синара» за 2017 - 2022 гг. Наибольшее количество отказов узлов механической части приходится на кожух зубчатой передачи (КЗП). Причины выхода из строя КЗПможно разделить на две группы: неисправности болта крепления и появление трещин. Масса КЗП локомотивов 2ЭС6 значительно выше устанавливаемых на локомотивы серии ВЛ10, в связи с чем произвести их замену без выкатки колесно-моторного блока из-под локомотива не представляется возможным, что существенно увеличивает простой локомотива как на плановом, так и на неплановом ремонте. Распределение числа выходов из строя кожухов по месяцам показывает, что в зимне-весенний период, с декабря по апрель, происходит значительное увеличение числа отказов, для остальных периодов года такие отказы носят единичный характер. Математическая модель вертикальных колебаний тягового подвижного состава, полученная на основе уравнения Лагранжа второго рода, в виде системы из четырех дифференциальных уравнений позволяет оценить нагруженность узлов
локомотива в эксплуатации в зависимости от времени года. В спектральной плотности случайных возмущений имеются коэффициенты, которые позволяют учитывать время года и состояние железнодорожного пути. Интегрирование системы дифференциальных уравнений в программе MathCAD позволяет установить, что в зимний период происходит значительное увеличение максимальных угловых ускорений галопирования ТЭД и линейных ускорений подпрыгивания колесной пары, что и является причиной увеличения числа выходов из строя КЗП в зимне-весенний период. Для определения причины существенного увеличения выходов из строя болтов крепления КЗП рассмотрено его напряженно-деформированное состояние на основе принципа Даламбера и четвертой энергетической теории фон Мизеса. Получены зависимости требуемого внутреннего диаметра резьбы болта крепления КЗП от скорости движения локомотива для различных классов прочности болтов.
Ключевые слова: тяговый подвижной состав, кожух зубчатой передачи, математическая модель, расчетная схема, динамическая нагруженность, вертикальные колебания, галопирование тягового электродвигателя, подпрыгивание колесной пары, напряженно-деформированное состояние, болты крепления.
Ilkham I. Galiev, Marat Kh. Minzhasarov, Dmitry V. Lipunov
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
THE LOCOMOTIVE 2ES6 «SINARA» GEAR HOUSING MALFUNCTIONS CAUSES ANALYSIS
Abstract. The article presents an analysis of the causes of malfunctions of the mechanical part of 2ES6 "Sinara" locomotives for 2017-2022. The largest number of failures of the mechanical components falls on the gear housing (KZP). The reasons for the failure of the KZP can be divided into two groups: malfunctions of the fastening bolt and the appearance of cracks. The mass of the KZP of 2ES6 locomotives is significantly higher than those installed on the VL10 series locomotives, and therefore it is not possible to replace them without rolling out the wheel-motor unit from under the locomotive, which significantly increases the downtime of the locomotive both on planned and unplanned repairs. The distribution of the number offailures of casings by month shows that in the winter-spring period, from December to April, there is a significant increase in the number offailures, for the rest of the year they are isolated. The mathematical model of vertical vibrations of traction rolling stock, obtained on the basis of the Lagrange equation of the second kind, in the form of a system offour differential equations, allows us to estimate the loading of locomotive units in operation depending on the time of year. There are coefficients in the spectral density of random disturbances that allow taking into account the time of year and the condition of the railway track. Integration of the system of differential equations in the MathCAD program allows us to establish that in winter there is a significant increase in the maximum angular accelerations of the TED galloping and linear accelerations of the wheelset bouncing, which is the reason for the increase in the number offailures of the KZP in the winter-spring period. To determine the cause of a significant increase in the failures of the bolts of the KZP fastening, its stress-strain state is considered on the basis of the Dalembert principle and the fourth von Mises energy theory. The dependences of the required internal diameter of the thread of the KZP fastening bolt on the speed of movement of the locomotive for different classes of bolt strength are obtained.
Keywords: traction rolling stock, gear housing, mathematical model, design scheme, dynamic loading, vertical oscillations, galloping of the traction motor, bouncing of the wheelset, stress-strain state, fastening bolts.
Механическая часть локомотивов функционирует в сложных условиях: динамическое взаимодействие с железнодорожным путем, взаимодействие с вагонами в продольном направлении, вписывание в кривые, следовательно, возникают различные усилия, которые приводят к повышенной динамической нагруженности узлов экипажной части. Надежность узлов экипажной части обеспечивает безопасность движения поездов, следовательно, к ним предъявляют повышенные требования.
Компания ОАО «РЖД» заканчивает интенсивное обновление парка тягового подвижного состава. В сервисном локомотивном депо Московка происходит замена морально устаревших локомотивов ВЛ10 на локомотивы 2ЭС6 «Синара». Эксплуатация локомотивов новых поколений выявила ряд проблем, которые требуют незамедлительного решения. Статистический анализ количества выходов из строя узлов механического оборудования электровозов 2ЭС6 «Синара» за шесть лет - с 2017 по 2022 г. - представлен на рисунках 1 и 2.
Исходя из представленного статистического материала, можно сделать вывод о том, что на протяжении шести лет - с 2017 по 2022 г. - произошло 1544 случая выхода из строя узлов экипажной части. Основными причинами отказов механического оборудования являются выход из строя следующих узлов: кожуха зубчатой передачи (КЗП) (436 случев, 28 %);
бандажей колесных пар (244 случая, 16 %); кабины управления и стеклопакетов (171 случай, 11 %); песочного оборудования (151 случай, 10%); моторно-осевого подшипника (105 случаев, 7 %); кузова, рамы кузова и путеочистителей (116 случаев, 7 %) и т. д.
Л'
200
150
100
50
0
Лу
2022
2021
.. ММ
ж#||#|||
2018
Л # Л & # А # А* л,
/*////////////
ji ¿?Р ^
ж р° А ¿Р ^ Л<Г ж Ж
* У///*/
V ¿г л
«г # J
f g
Г/ ^ ж
Ж
г .
Рисунок 1 - Выходы из строя узлов механической части электровозов 2ЭС6 за 2017 - 2022 гг.
.Бандажи -16 %
Автосцепки и_ ттопюшаюнше аппараты ■ 5 %
Песочное
ооорудоваш ю 10%
Кабины управления, с тесло пакеты -11%
Гидравлические гасители колебаний ■
3%
Кузов, рама кузова, путеочпсп 1те .и г
Рамы тележек, тормозная рьщажная передача - 4%
Подвешивание ТЭД 1%
Вибрацпя-5%
■■!■■.• . .:. ■!. ■ i: i l-: I-; i - 1 %
Буксовый уаел -2 "а
■ _Мотарно-осев*>й подшипник - 7%
Кожу?; 6ч л тон
передачи-28 "о
Рисунок 2 - Диаграмма распределения выходов из строя узлов механической части электровозов 2ЭС6 за 2017 - 2022 гг.
Наибольшее количество отказов приходится на кожух зубчатой передачи, который предназначен для защиты от воздействий внешней среды и формирует масляную ванну, используемую для смазывания. КЗП (рисунок 3) состоит из двух половин, сварен из листовой стали (толщина листов - 5 мм), крепится к остову тягового электродвигателя тремя болтами М36 [1, 2].
По выходам из строя КЗП наблюдается увеличение за 2021 -2022 гг. - 133 случая против 93 случаев в предыдущие два года. Для проведения детального анализа выходов из строя рассмотрим основные причины, которые представлены на рисунке 4: излом болта крепления (76 случаев, 57 %); отсутствие болта крепления (20 случаев, 15 %); ослабление болтов крепления (16 случаев, 13 %); трещина по сварному шву (12 случаев, 9 %); сорвана резьба болта крепления (4 случая, 3 %); трещина кронштейна крепления (3 случая, 2 %); пробой днища корпуса (2 случая, 1 %).
Причины выхода из строя КЗП можно разделить на две группы: неисправности крепления (116 случаев, 87 %) и появление трещин (15 случаев, 12
На электровозах 2ЭС6 приме-
Рисунок 3 - Кожух зубчатой передачи электровоза 2ЭС6 «Синара»: 1 - бонка подвески кожуха; 2 - втулка подвески кожуха; 3 - верхняя половина кожуха; 4 - сапун; 5 - болт сочленяющий; 6 - заправочная горловина; 7 - сливная горловина с магнитной пробкой; 8 - нижняя половина кожуха
няются кожухи в трех исполнениях, масса которых варьируется от 130 до 174 кг. При увеличении массы кожуха зубчатой передачи диаметр болтов
крепления кожухов снижен с 42 до 36 мм, что приводит к массовым случаям излома болтов М36 в бобышках крепления. При этом извлечение обломанной резьбовой части болта из бобышки в ряде случаев не представляется возможным. Сами же бобышки соединены с боковинами кожуха посредством неразъемного сварного соединения. Соответственно для восстановления работоспособности кожуха при данном виде неисправности необходимо срезание старой бобышки, изготовление и приваривание новой.
Сорпзна роъоа болта креплении 3%
Пробой днища
корпуса -
] % |
Отсутствие болта крепления -15%
Трещина по сварному шву -
Ослабление болтов
Рисунок 4 - Причины выходов из строя кожуха зубчатой передачи электровозов 2ЭС6 за 2021 - 2022 гг.
Масса КЗП локомотивов 2ЭС6 значительно выше устанавливаемых на локомотивы серии ВЛ10, в связи с чем произвести их замену без выкатки колесно-моторного блока из-под локомотива не представляется возможным (взаимозаменяемых облегченных кожухов из стеклопластика конструкцией локомотива не предусмотрено), что существенно увеличивает простой локомотива как на плановом, так и на неплановом ремонте.
Распределение числа выходов из строя кожухов по месяцам представлено на рисунке 5.
70 60 50 40 30 20 10 0
2017
/
/ 2021 \
2019 202 1- 2
2018 У
1 1 -
III
А
^ ^ Ж #
# ^ ^ с/ С #
# ^
Месяцы
Рисунок 5 - Распределение числа выходов из строя кожухов зубчатой передачи электровозов 2ЭС6 за 2017 - 2022 гг. по месяцам
Согласно статистике в зимне-весенний период, с декабря по апрель, происходит увеличение числа отказов, для остальных времен года отказы носят единичный случай. Особенностью эксплуатации электровозов в зимний период является повышение динамической нагруженности узлов механической части, которая обусловлена повышением жесткости, коэффициента вязкого трения и приведенной массы пути в два - три раза [3, 4], а также повышением жесткостей и коэффициентов вязкого трения упругодиссипативных элементов экипажной части локомотивов. Пониженные температуры окружающей среды в зимний период приводят к снижению пластичности металла и к повышению его хрупкости, что снижает надежность узлов механической части.
Для исследования динамической нагруженности узлов локомотива 2ЭС6 «Синара» в работе [5] была предложена модель колебаний в вертикальной продольной плоскости, которая позволяет учесть изменение параметров механической системы «экипаж - путь» в зависимости от времени года:
тк¿к + Рк(¿к - ¿т) + ск(¿к - ¿т) = 0;
тт¿т + Рк (¿т - ¿к) + Рб (¿т - ¿,п ) + Рпов (¿т + фд(/ + Л) - ¿к.п ) +
+с (х -1 ) + с, (х -1 ) + с (х + ф (/ + Л) -1 ) = 0;
к V т к У б V т к.п / пов \ т т д V / к.п / '
[тд/2 + / + /я((/пр +1)//пр)2](Рд -т/2м + Р^ [(/ + Л)2фд + (/ + ¿К -(/ + ^]+ (1)
+Спов [(/ + Л )2 фд + (/ + Л) ¿т - (/ + Л) ¿к.п ] = 0;
(тк.п + тд + тп ) РРк.п - тд 1 фд + Рб (¿к.п - ¿т) + Рпов (¿к.п - ¿т - (/ + Л )ф д) + Рп ¿,п + +Сб (¿к.п - ¿т) + Спов (¿к.п - ¿т - (/ + Л)фд ) + Сп¿к.п = тпРр + РпЛ + СпП.
где ¿к - обобщенная координата подпрыгивания кузова; ¿т - обобщенная координата подпрыгивания тележки; ¿к.п — обобщенная координата подпрыгивания колесной пары; ¿д -обобщенная координата подпрыгивания тягового двигателя (ТЭД); ¿п - перемещение приведенных масс пути; фд - угол поворота тягового двигателя относительно оси колесной пары; / - момент инерции кузова; /д - момент инерции тягового двигателя; / - момент инерции якоря тягового двигателя; тк - масса кузова; тТ - масса обрессоренных частей
20
ИЗВЕСТИЯ Транссиба 37
тележки; тк.п - масса колесной пары; тд - масса тягового двигателя; тп - приведенная масса пути; Ск - жесткость центральной ступени подвешивания; сб - жесткость буксовой ступени подвешивания; Спов - жесткость поводка; Сп - приведенная жесткость пути; вк - коэффициент вязкого трения центральной ступени подвешивания; вб - коэффициент вязкого трения буксовой ступени подвешивания; впов - коэффициент вязкого трения в резинометаллических элементах поводка; вп - приведенный коэффициент вязкого трения пути; п - случайная функция неровности рельса под колесной парой; I - расстояние между осями колесной пары и якоря ТЭД; d - расстояние между осью якоря и точкой подвеса ТЭД; ы? - передаточное отношение зубчатой передачи.
В уравнении, описывающем подпрыгивания колесной пары, в правой части имеем неровность пути, которая в случае описания колебаний системы в частотной области может быть аппроксимирована спектральной плотностью неровности пути, позволяющей учесть время года [6]. По регистрированным записям экспериментальных исследований определены наиболее важные характеристики спектральной плотности: дисперсия D, коэффициенты а и Р, зависящие от скорости движения V: а) для летнего времени года:
D = (0,16 + 0,035F + 0,0016 V2)96,236; ß = 170 + 5 V; б) для зимнего времени года:
D = (0,36 + 0,065V + 0,0028V2)96,236; ß = 310 + 10V.
Выражение для спектральной плотности имеет вид:
aDK a2+ß2+®2
S (®,V) =
(2)
(3)
(4)
(а2+в2 - ю2)+4а2ю2'
где D - дисперсия виброускорений колесной пары, м2/с4; К - коэффициент состояния пути; а и Р - коэффициенты, с-1; V - скорость движения, км/ч:
а =
3
(5)
Профессор А. И. Беляев установил, что коэффициент в равняется собственным частотам колебания колесной пары вместе с приведенной массой пути и его повышение с увеличением скорости движения локомотива является следствием того, что жесткость пути - функция скорости движения. Учитывая, что коэффициенты а и Р зависят от жесткости пути, их значения будут зависеть от времени года.
На основании формулы (4) в программе МаШСАС получены графики спектральной плотности ускорений колесной пары локомотива для летнего (рисунок 6) и зимнего (рисунок 7) периодов года при хорошем состоянии пути.
Г
2.0
А
1,0 Sz
ü.i
¡20 км/ч
1 1 V=90 км/ч \ --V-60 км/ч
\ ' , v=30 км/ч
1,0
0.5
/V=J20 км/ч
-- 1 , КМ/Ч t ^V=60 км/ч
у М.'Ч
1000 2000 га-
4000
tooo
2000 со-—
■1000
Рисунок 6 - Спектральные плотности ускорений колесной пары локомотива (лето)
Рисунок 7 - Спектральные плотности ускорений колесной пары локомотива (зима)
Кожух имеет консольное крепление к остову тягового электродвигателя тремя болтами М36 [1, 2]. Болтовые крепления в динамике подвижного состава рассматриваются как жесткие связи [3], следовательно, колебания остова тягового электродвигателя передаются через них на КЗП практически без изменения. Колебания остова ТЭД в системе (1) описываются галопированием ТЭД и подпрыгиванием колесной пары, на которую он опирается в случае опорно-осевого подвешивания. Таким образом, КЗП совершает плоскопараллельное движение в вертикальной продольной плоскости, для описания которого достаточно двух обобщенных координат: галопирования ТЭД и подпрыгивания колесной пары, которые определяются интегрированием системы дифференциальных уравнений (1).
При проведении расчета по системе уравнений (1) параметры, относящиеся к пути, принимаем для летнего и зимнего периодов года согласно работе [4]. Система (1) линейная и допускает аналитическое решение, которое получается по формулам Крамера. Передаточная функция определяется соотношением выходного и входного сигналов, преобразованных по Лапласу при нулевых начальных условиях. Ниже представлены графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) для галопирования тягового двигателя и подпрыгивания колесной пары (рисунки 8, 9) в зимнее и летнее время.
л Лето
к -
1 X X
ч. --- '----
Аг J
Лето Vt Зима
\ С: •—■—
—■
О 60 120 ISO с-1 300
© -
Рисунок 8 - АЧХ галопирования тягового электродвигателя
0 60 120 ISO С-1 300
СО -
Рисунок 9 - АЧХ подпрыгивания колесной пары
Для статистических исследований случайных колебаний локомотива важное значение имеет АЧХ, которая является модулем частотной передаточной функции. Она зависит от инерционных и упругодиссипативных параметров железнодорожного экипажа и пути. На графиках имеются изменения, которые зависят от параметров пути в различное время года. В дорезонансной и в резонансной зонах значительных изменений не происходит, за исключением незначительного сглаживания или смещения резонансных пиков. В зарезонансной зоне колебаний, свыше 100 с-1, происходит значительное усиление АЧХ галопирования ТЭД и подпрыгивания колесной пары, что приводит к более интенсивным колебаниям данных узлов и, как следствие, КЗП, следовательно, в зимне-весенний период происходит повышение его динамической нагруженнности.
После определения АЧХ перемещений узлов локомотива, используя спектральную плотность неровности пути, вычислим спектральную плотность вертикальных ускорений узлов, их среднеквадратические отклонения и максимальные отклонения, графики которых представлены на рисунках 10, 11. В зимний период происходит значительное увеличение максимальных угловых ускорений галопирования ТЭД и линейных ускорений подпрыгивания колесной пары, например, при скорости движения электровоза со скоростью 60 км/ч можно наблюдать трехкратное увеличение данных показателей динамических качеств, что и является причиной увеличения числа выходов КЗП из строя в зимне-весенний период (см. рисунок 5). Полученные значения ускорений представляют большой практический интерес, так как
именно они определяют значение главного вектора сил инерции и главного момента сил инерции, возникающих в КЗП при его колебаниях.
400
рал/с-
240
160
80
Зима
Лето
30
18
Зима
Лето 1
20
40
20
40
60
км/ч
100
60 —^
км/ч
100
Рисунок 10 - Максимальные ускорения галопирования тягового двигателя
Рисунок 11 - Максимальные ускорения подпрыгивания колесной пары
Для определения причины существенного увеличения выходов из строя крепления КЗП необходимо рассмотреть его напряженно-деформированное состояние. Так как нагружающие факторы носят динамический характер, то анализ проводим на основе принципа Даламбера, который имеет широкое применение при расчете конструкции и узлов, находящихся под действием динамических нагрузок [7, 8], на прочность. При этом в качестве нагружающих
факторов выступают сила тяжести КЗП G, главный вектор сил инерции Ф и главный момент сил инерции МФ, под действием которых появляются динамические реакции в точках крепления КЗП к ТЭД. После приложения к КЗП главного вектора и главного момента сил инерции можно допустить, что КЗП находится в условном «динамическом равновесии».
Расчетная схема для определения динамической нагруженности болтов представлена на рисунке 12.
Рисунок 12 - Расчетная схема для определения динамической нагруженности болтов
Крепление КЗП к ТЭД осуществляется тремя болтами М36 в точках А, В, С. Материал болтов - конструкционная легированная хромистая сталь 40Х, класс прочности применяемых болтов должен быть не ниже 8.8, для которых минимальное временное сопротивление равно 800 МПа и предел текучести - 480 МПа. Болты устанавливаются в отверстия соединяемых деталей с зазором и рассчитываются на растяжение с учетом кручения. Учитывая, что тело болта испытывает сложное напряженное состояние, можно применить четвертую энергети-
ческую теорию прочности фон Мизеса, при этом величина эквивалентного напряжения в теле болта определится по формуле [9, 10]:
а
( 4 F Л 0 2 +3 (16 F0 • d • kp ^
Н+3<
V7d3 у v 7d3 у
4 F
0
7d32 ^
1 + 48
d • k„
d
а • K ,
р кр-
(6)
3 У
где ар - напряжения растяжения, МПа; Ткр - напряжения кручения, МПа; Fo - усилие предварительной затяжки, Н; d3 - внутренний диаметр резьбы по дну впадин, мм; d - плечо силы, введенное для сохранения размерности момента, мм; kр - коэффициент резьбы.
Расчет болта затянутого болтового соединения представляет собой расчет на растяжение с увеличением на коэффициент Ккр, учитывающий напряжения кручения в теле болта при затяжке, который зависит от типа резьбы и для метрической резьбы Ккр = 1,3. По правилам статики необходимо привести все силы и моменты, действующие на КЗП, к центру тяжести треугольного контура АВС, который находится в точке О. При приведении сил тяжести и инерции, изначально приложенных к центру масс КЗП, появятся дополнительные моменты Му и Мх, следовательно,
P = G + Ф; (7)
T = Мф + My. (8)
Момент Мх будет действовать в плоскости, перпендикулярной к АВС, и его действие будет направлено на свое раскрытие; учитывая то, что плоскость контура находится на незначительном расстоянии от центра тяжести КЗП, действием этого момента пренебрегаем, ввиду его малости. Учитывая принцип независимости действующих сил, рассмотрим отдельно действие силы и момента в плоскости АВС. Сила P должна быть уравновешена силами трения, обусловленными затяжкой болтов. Делая допущение, что детали обладают достаточной жесткостью, считаем распределение нагрузки P между болтами равномерным, следовательно,
P = F + F + F
1 РА РВ РС -
(9)
где FРА, FРВ, FРС - силы трения в плоскости контура от действия силы P .
Момент Т также действует в плоскости контура и должен быть уравновешен моментами сил трения:
Т = Рта Га+ Ртв Гв + Ртс Гс, (10)
где Рта, Ртв, Ртс - силы трения в плоскости АВС от действия момента Т; га, гв, гс - плечи сил относительно центра тяжести сечения.
В общем случае при совместном действии сдвигающей силы и сдвигающего момента усилие предварительной затяжки болтов Ро может быть определено по выражению:
г \
F = K б Fo=f
F T • r
_c_ +__m
I r¡
i=1
(11)
где f - коэффициент трения, для стальных стыков при механической обработке 0,1 - 0,15; г - число болтов; Гтах - расстояние от центра соединения до центра самого отдаленного болта;
I r2
i=1
- сумма квадратов расстояний от центра соединения до центра болтов;
Кб - коэффициент безопасности по условию сдвига, при динамическом нагружении Кб принимается равным двум.
2
2
z
Диаметр тела болта, который равен внутреннему диаметру резьбы, определяем по уравнению:
dз >
4 F0 • Ккр
п
]
(12)
40
мм 31,093 28
А
В дальнейшем получаем зависимость требуемого внутреннего диаметра резьбы болта крепления КЗП от скорости движения локомотива (рисунок 13). Кривые построены для различных классов прочности болтов, а именно - 8.8, 9.8, 10.9 и 12.9. Согласно полученным графикам при скорости 62 км/ч диаметр
22
16
10
9.3 8.8
10.9 12.9
20
40
V
60 —
км/ч
100
Рисунок 13 - Зависимость внутреннего диаметра резьбы болта крепления КЗП от скорости движения локомотива
болта М36 с классом прочности 8.8, который равен 31,093 мм, может не обеспечить усилие предварительной затяжки болтов, необходимое для формирования сил и моментов сил трения в плоскости контура, что повысит вероятность сдвига по плоскости. Для болтов М36 с классами прочности 9.8 и 10.9 такими скоростями являются 73 и 95 км/ч. В полной мере обеспечивающим прочность контура по сдвигу является болт М36 с классом прочности 12.9. Следовательно, болты, применяемые для крепления КЗП, не на всех скоростях движения гарантируют отсутствие сдвига, что, как правило, приводит к ухудшению условий функционирования болтов, которые в случае возникновения сдвига должны гарантировать выполнение условий прочности на срез или смятие в теле болта.
Расчеты проведены для удовлетворительного состояния пути, в случае плохого состояния пути произойдет увеличение числа выходов из строя болтов крепления КЗП к ТЭД.
Таким образом, на основе проведенного анализа можно заключить, что необходимо принять меры для снижения динамической нагруженности болтов крепления КЗП к ТЭД, не меняя конструкции узлов, это можно сделать на основе применения болтов М36 с классом прочности не ниже 12.9.
Другими способами снижения динамической нагруженности являются такие:
1) конструктивные изменения путем замены болтов М36 на болты М42, которые применялись для крепления кожухов на локомотивах ВЛ10, или применение призонных болтов;
2) отказ от консольного крепления КЗП к ТЭД, что позволит повысить надежность его крепления.
Следует заметить, что данные мероприятия являются борьбой со следствиями, в то время как первопричиной повышенной динамической нагруженности болтов крепления являются низкие динамические качества, присущие подвешиванию тягового привода первого класса, при котором неровности пути передаются фактически без снижения на остов ТЭД, к которому прикреплен КЗП.
Список литературы
1. Брексон, В. В. Электровоз 2ЭС6 «Синара» / В. В. Брексон, Н. Б. Никифорова, А. А. Струннов. - Верхняя Пышма : ООО «Уральские локомотивы», 2015. - 328 с. - Текст : непосредственный.
2. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС6 «Синара» с коллекторными тяговыми электродвигателями : руководство по эксплуатации. В 9 частях. Часть 6. Механическое оборудование и системы вентиляции. - Верхняя Пышма: ОАО «УЗЖМ», 2008. - 97 с. -Текст : непосредственный.
3. Механическая часть тягового подвижного состава / под ред. И. В. Бирюкова. -Москва : Транспорт, 1992. - 440 с. - Текст : непосредственный.
4. Основы механики подвижного состава : учебное пособие / И. И. Галиев, В. А. Нехаев [и др.]. - Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2013. - Часть 1. - 202 с. -Текст : непосредственный.
5. Галиев, И. И. Оценка динамической нагруженности колесно-моторных блоков электровозов 2ЭС6 / И. И. Галиев, М. Х. Минжасаров, Д. В. Липунов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2022.- № 3 (51). - С. 71-79.
6. Беляев, А. И. Вероятностные характеристики стохастических колебаний колесной пары тепловоза 2ТЭ10Л / А. И. Беляев, В. К. Белов. - Текст : непосредственный // Вестник ВНИИЖТа. - 1971. - № 1. - С. 36-40.
7. Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений / под ред.
A. Ф. Смирнова. - Москва : Стройиздат, 1984. - 415 с. - Текст : непосредственный.
8. Дарков, А. В. Сопротивление материалов : учебник / А. В. Дарков, Г. С. Шпиро. -Москва : Альянс, 2014. - 622 с. - Текст : непосредственный.
9. Кузьмин, А. В. Расчеты деталей машин / А. В. Кузьмин, И. Н. Чернин, Б. С. Козинцов. - Минск : Вышэйшая школа, 1986. - 400 с. - Текст : непосредственный.
10. Прикладная механика. Расчет соединений деталей машин : учебное пособие /
B. Н. Бельков, Н. В. Захаренков [и др.]. - Омск : Омский гос. техн. ун-т, 2021. - 252 с. -Текст : непосредственный.
References
1. Brekson V.V., Nikiforova N.B., Strunnov A.A. Electrovoz 2ES6 «Sinara» [Electric locomotive 2ES6 «Sinara»]. Upper Pyshma, Ural Locomotives LLC Publ., 2015, 328 p. (In Russian).
2. Elektrovoz gruzovoi postoiannogo toka 2ES6 «Sinara» s kollektornymi tiagovymi elektrodvigateliami: rukovodstvo po ekspluatatsii. V 9 chastiakh. Chast' 6. Mekhanicheskoe oborudovanie i sistemy ventiliatsii [Electric freight locomotive DC 2ES6 "Sinara" with collector traction motors: operating manual. In 9 parts. Part 6. Mechanical equipment and ventilation systems]. Upper Pyshma, JSC «UZZHM» Publ., 2008, 97 p. (In Russian).
3. Biryukov I.V. ed., Mekhanicheskaia chast' tiagovogo podvizhnogo sostava [Mechanical part of traction rolling stock]. Moscow: Transport Publ., 1992, 440 p. (In Russian).
4. Galiev I.I., Nekhaev V.A., Nikolaev V.A. et al. Osnovy mekhaniki podvizhnogo sostava: uchebnoe posobie [Fundamentals of rolling stock mechanics: textbook]. Part 1. Огс^, Omsk State Transport University Publ., 2013, 202 p. (In Russian).
5. Galiev I.I., Minzhasarov M.Kh., Lipunov D.V. Evaluation of dynamic loading of wheel-motor units of electric locomotives 2ES6. Izvestiia Transsiba - The Journal of Transsib Railway Studies, 2022, no. 3 (51), pp. 71-79 (In Russian).
6. Belyaev A.I., Belov V.K. Probabilistic characteristics of stochastic oscillations of a 2TE10L diesel locomotive wheelset. Vestnik VNIIZhT - Russian railway science journal, 1971, no. 1, pp. 36-40 (In Russian).
7. Smirnov A.F. ed. Stroytelnaya mekhanika. Dinamika i ustoiscivost soorugenyi [Construction mechanics. Dynamics and stability of structures]. Moscow: Stroyizdat Publ., 1984, 415 p. (In Russian).
8. Darkov A.V., Shpiro G.S. Soprotivlenie materialov: uchebnik [Resistance of materials: textbook]. Moscow, Alliance Publ., 2014, 622 p. (In Russian).
9. Kuzmin A.V., Chernin I.N., Kozintsov B.S. Raschety detalei mashin [Calculations of machine parts]. Minsk: Higher School Publ., 1986, 400 p. (In Russian).
10. Belkov V.N., Zakharenkov N.V. et al. Prikladnaia mekhanika. Raschet soedinenii detalei mashin: uchebnoe posobie [Applied mechanics. Calculation of connections of machine parts: textbook]. Omsk, Omsk State Technical University Publ., 2021, 252 p. (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Галиев Ильхам Исламович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор, советник при ректорате ОмГУПСа, заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор кафедры «Теоретическая и прикладная механика».
Тел.: +7 (3812) 31-16-09.
E-mail: Prezident@omgups.ru
Минжасаров Марат Хайргельдаевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-06-55.
E-mail: mmx90@yandex.ru
Липунов Дмитрий Владимирович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Теоретическая и прикладная механика», ОмГУПС.
Тел.: +7 (908) 319-03-68.
E-mail: dima-lipunov@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Галиев, И. И. Анализ причин неисправностей кожуха зубчатой передачи локомотива 2ЭС6 «Синара»/ И. И. Галиев, М. Х. Минжасаров, Д. В. Липунов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2023. - № 3 (55). - С. 33 - 44.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Galiev Ilkham Islamovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Doctor of Sciences in Engineering, professor, advisor to the rector's office of OSTU, honored scientist of RF, professor of the department «Theoretical and applied mechanics».
Phone: +7 (3812) 31-16-09.
E-mail: Prezident@omgups.ru
Minzhasarov Marat Khajergeldajevich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Theoretical and applied mechanics», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-06-55.
E-mail: mmx90@yandex.ru
Lipunov Dmitry Vladimirovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Postgraduate student of the department «Theoretical and applied mechanics», OSTU.
Phone: +7 (908) 319-03-68.
E-mail: dima-lipunov@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Galiev I.I., Minzhasarov M.Kh., Lipunov D.V. The locomotive 2ES6 «Sinara» gear housing malfunctions causes analysis. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 3 (55), pp. 33-44 (In Russian).
УДК 004.658.2
П. А. Красильников, М. Ю. Соколов, Д. Ю. Роменский
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)), г. Москва, Российская Федерация
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ СТАНДАРТА OPENSTREETMAP ДЛЯ ЗАДАЧ, СВЯЗАННЫХ С ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Аннотация. Общая информация о железнодорожной инфраструктуре в России относится к информации ограниченного доступа в соответствии с федеральным законодательством и внутренними регламентами владельцев железнодорожной инфраструктуры. Сведения о путевом развитии, техническом оснащении и принципах работы отдельных железнодорожных линий и железнодорожного транспорта в целом могут быть получены для исследовательских, коммерческих или социальных целей только непосредственно от владельца железнодорожной инфраструктуры при его желании. В статье рассматривается проблематика использования открытых геоинформационных данных для нужд цифровизации железнодорожного транспорта и рассматриваются возможности создания экосистемы использования геоданных на железнодорожном
