CC BY
22
УДК 629.021
Конструирование пневмомеханического кантователя для ремонта боковых рам грузовых вагонов
О. И. Зайнитдинов, Б. А. Абдуллаев
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Российская Федерация 190031, Санкт-Петербург Московский пр., 9
Для цитирования: Зайнитдинов О. И., Абдуллаев Б. А. Конструирование пневмомеханического кантователя для ремонта боковых рам грузовых вагонов // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 2. - С. 252-262. 001: 10.20295/1815-588Х-2020-2-252-262
Аннотация
Цель: Проектирование унифицированного и экономичного пневмомеханического кантователя типа ПМК1 (кантователь с пневмомеханическим приводом) для удобства работы ремонтной бригады и полуавтоматизации технологического процесса ремонта боковых рам тележечного цеха. Методы: Конструирование пневмомеханического кантователя ПКМ1 осуществлялось методом конструктивной преемственности. Процесс конструирования пневмомеханического кантователя ПКМ1 выполнялся в течение нескольких этапов: изучение сферы применения и недостатки существующих аналогов; выбор и конструирование чертежей механизма, согласно ГОСТ; предварительный расчет затратов аналогичного механизма с электроприводом. Результаты: Представлены чертежи и рассмотрены детали пневмомеханического кантователя и их технические характеристики. Приведен краткий расчет ручного привода механизма. Проанализированы преимущества и недостатки применения кантователя с пневмомеханическим приводом в тележечным цехе вагоноремонтного предприятия. Практическая значимость: Представленная унифицированная конструкция пневмомеханического кантователя позволит производить плановые ремонтные работы деповского (ДР), капитального (КР), капитально-восстановительного (КВР) и другие виды технические обслуживание боковых рам грузовых вагонов без использования электроэнергии.
Ключевые слова: Кантователь, пневмомотор, двухступенчатый червячный редуктор, цепная передача, основания, захваты.
Введение
Современные условия развития экономики требуют повышения эффективности производства вагоноремонтных предприятий, освоения новых технологий, поиска резервов снижения затрат и обеспечения качества выполняемых работ. Постоянное обновление техники и технологий делает инновационный процесс основным условием производства качественной продукции и повышения производительности, а также эффективности производства предприятия. Существенное влияние на качество работы желез-
нодорожного транспорта оказывает состояние вагонного хозяйства, которое сейчас находится в достаточно сложном положении. Основная проблема - старение вагонного парка, ухудшение его технического состояния, отсутствие возможности закупок новых вагонов и запасных частей в необходимых количествах и недостаточно эффективно работающая вагоноремонтная база [1, 2].
В настоящее время техническая оснащенность некоторых депо вагоноремонтных предприятий, построенных в 1933-1940 гг., устарела и нуждается в обновлении. Одним из путей
решения этой проблемы является перевод вагоноремонтных предприятий на современные высокоэффективные ресурсосберегающие технологии [3].
Из-за устарелой ремонтной механизации вагоноремонтных цехов, а точнее тележечно-го цеха ремонт боковой рамы и надрессорной балки осуществляется не по нормативным документам и не отвечает технологическому процессу. Основная причина проблемы - нехватка достаточных финансовых средств и возможностей для обновления технической базы. В связи с этим качество отремонтированных боковых рам и надрессорной балки не соответствует техническим нормам приема, что сильно влияет на срок службы и техническую безопасность подвижного состава [4, 5].
Пробег отремонтированных тележек таким способом не превышает 120 тыс. км., что уменьшает пробег на 40 тыс. км, согласно ГОСТ 9246-2004, отремонтированных по РД 32 ЦВ 052-2009 [6].
Проектирование центрового двухстоечного кантователя типа ПМК1 выполнялось по ГОСТ 30295-96. Данный кантователь предназначен для подъема и поворота боковой рамы тележки грузового вагона на 380 ° с целью осмотра и ремонта рамы [7].
Основание и корпус кантователя с приводом
Все чертежи выполнены с помощью конструкторской программы версии КОМПАС-3Б/ У16.1.
Основание кантователя (рис. 1) состоит из Н-образного швеллера (рис. 2), удерживающего всю сварную конструкцию и нагрузки, передаваемые от кантователя во время работы. Приведем геометрические параметры швеллера профиля 20У, согласно ГОСТ 8240-97 [8]:
Высота, к, мм.............200
Ширина, Ь, мм.............76
Толщина стенки, 5, мм.......5,2
Радиус внутреннего
закругления, Я, мм..........5,5
Площадь сечения, Г, см2. . . . 23,4
Как видно на кинематической схеме кантователя с силовым редуктором (рис. 3), кантователь состоит из двух вертикальных продольных пустотельных сварных колонок: левая сварной конструкции, на которой установлены трехрядная цепная передача и четыре шариковые радиально-упорные однорядные подшипники типа 36000, согласно ГОСТ 831-75 [9], правая колонка из сварной конструкции, на которой размещены два шариковых радиально-упорных однорядных подшипника типа 36000, согласно ГОСТ 831-75. В корпусе кантователя общее количество подшипников равно 6 шт. Приведем параметры подшипника типа 36311:
Диаметр внутреннего
кольца, с1, мм.................. 55
Диаметр наружного кольца,
В, мм.........................120
Номинальная ширина, В, мм..... 29
Монтажная фаска, г, мм.........3,0
Масса подшипника, кг.........1,550
При ремонте и осмотре боковая рама помещается на кантователь с помощью подъемного механизма в перевернутом виде (нижний пояс находится наверху), медленно опускается на захваты и фиксируется с помощью крепежей (рис. 3).
Схема крепления боковины захватами приведена на рис. 4.
Пневмомеханический привод
Пневмомеханический привод кантователя ПМК1 приводится в действие с помощью струи сжатого воздуха давлением 0,8 МПа (8 кгс/см2), идущей от компрессорной станции депо. В качестве силового механизма применяется двухступенчатый червячный редуктор типа Ч2-125, имеющий крутящий момент, равный 950 Нм.
Рис 1. Основные размеры швеллера (мм)
Рис. 2. Н-образный швеллер основания кантователя
ТАБЛИЦА 1. Выбор и технические характеристики пневмомеханического привода
Пневмомотор типа 16AM-FCW-28 Редуктор типа Ч2-ГОСТ 29067-91 125, 10]
Мощность пневмомо-тора, кВт Номинальный крутящий момент, Нм Расход воздуха, м 3/мин Скорость холостого хода, об/мин Передаточное число Крутящий момент, Нм Радиальная нагрузка, Н
7 34 7,9 1500 100 950 8000
ТАБЛИЦА 2. Выбор и технические характеристики трехрядной цепной передачи,
ГОСТ 13568-97 [11]
Шаг цепи, t, мм Длина ролика, b1, мм, не менее Диаметр валика, d2, мм Диаметр ролика, d1, мм Межосевое расстояние, A, мм Высота пластины, h, не более Расстояние между внутренними пластинами, Ь, не более Разрушающая нагрузка, кН, не менее Масса 1 м цепи, кг
19,05 12,70 5,96 11,91 22,78 18,08 17,75 96,0 4,3
Общий вид пневмомеханического привода иллюстрирует рис. 5. Основные технические характеристики приведены в табл. 1.
Вращательный момент, выходящий из червячного редуктора, передается через вал (см.
рис. 3) на трехрядную цепную передачу, которая непосредственно вращает боковую раму. Технические характеристики трехрядной цепи модели 3 ПР-19,05-96 приведены в табл. 2.
Преимущества и недостатки кантователя
Основные преимущества кантователя ПМК1:
- его конструкция проста и надежна;
- установка рамы на кантователь легкая, надежный захват за челюсти рамы - в радиусе Я 55 мм;
- минимальный тонкий захват позволяет полноценно обследовать и проводить ремонт буксового проема рамы;
- кантователь при отсутствии пневмомотора может приводиться в действие с помощью ручного Z-образного рычага;
- электрический ток и все приборы, связанные с ним, отсутствуют;
Независимость от электрической сети делает кантователь экономичным, что и является главным его преимуществом.
К недостаткам данного кантователя ПКМ1 относятся низкая плавность хода, короткие рывки при работе, что характерно пневмоприводу.
Расчет расхода электроэнергии аналогичного кантователя с электроприводом
Определим расход электрического тока, который тратит электродвигатель мощностью в среднем 8 кВт, за одну 8-часовую смену:
Р х t = 8 X 8 = 64 кВт,
э. д р.в
где Рэд - мощность электродвигателя, кВт; в -рабочая время за смену, ч.
Тогда расход электрического тока, затраченный электродвигателем за один месяц (20 рабочих дней = 160 ч) составит
8 х 160 = 1280 кВт.
Согласно вышеприведенному расчету, потребляемость электрического тока электродвигателем за один год (например, в 2020 г. 250 рд = 2000 ч) будет равна
8 х 2000 = 16,000 кВт.
Исходя из приведенных выше расходов электроэнергии, можно посчитать общую стоимость расхода за один год (2020 г., 1 кВт = 4 руб.):
4 х 16,000 = 64,000 тыс. руб.
Итак, на кантователь с электроприводом мощностью 8 кВт за потребление электроэнергии в среднем за год выделяется 64,000 тыс. руб.
Расчет требуемого усилия для вращения кантователя вручную
Расчет требуемого усилия для вращения редуктора вручную Z-образным рычагом (рис. 6) выполнялось согласно ГОСТ 21753-76 «Система человек-машина. Рычаги управления» [12]. Нужное усилие для вращения одной рукой редуктора Z-образным рычагом Гр не должно превышать 22 кгс (215 Н). Вычислим максимально допустимый момент на валу рычага:
М = F X L ,
р p р>
где М - максимально допустимый момент; Гр -требуемое усилие; Ьр - длина рычага (0,30 м).
Рычаг для вращения редуктора состоит из металлического стержня из двух втулок, к нижней втулке крепится рукоятка с резиновым покрытием и с другого конца стержня - шпоночная втулка для крепления рычага к входному валу редуктора с помощью болта марки М14.
Подставив значения, получим
М = 215-0,30 = 64,5 Н/м.
р
Согласно проведенным расчетам, максимальное усилие (пиковая нагрузка) на рычаге Мтах возникает в начале вращения рычага и составляет примерно 300 Н/м.
Сравним полученные результаты:
М
М >-тах^,
р и
300±0,65 мм
i 1 ■
!
г I
тг
U
Рис. 6. Общий вид рычага для вращения редуктора
где Ммах - максимальное усилие; и - передаточное число редуктора, равное 100. Отсюда
300
64,5 > = 3,0.
100
Как видно, максимальное усилие соответствует требованиям ГОСТ 21753-76, а также имеет коэффициент запаса, равный 20, который гарантирует непрерывную работу даже при отсутствии пневмопривода и неблагоприятных условиях производства.
Заключение
Приведены кинематические схемы и чертежи проектируемого пневмомеханического кантователя. Унификация сконструированного данного кантователя является отличием от существующих аналогов крепления боковой рамы захватами в радиусе Я 55 мм. Представлены расчеты требуемого усилия для вращения редуктора вручную Z-образным рычагом при отсутствии пневмомотора и определено потребление электроэнергии кантователем с электрическим приводом.
В целях экономии финансовых средств вагоноремонтного депо, а именно тележечного цеха, при ремонте и осмотре боковых рам грузовых вагонов предлагается использовать кантователь унифицированного типа ПМК1, который работает на неисчерпаемом запасе сжатого воздуха из сети воздухопровода вагоноремонтного предприятия.
Библиографический список
1. Бороненко Ю. П. Специализация универсальных и универсализация специализированных грузовых вагонов - эффективное направление повышения производительности / Ю. П. Бороненко // Подвижной состав XXI века : идеи, требования, проекты : сб. науч. статей. - СПб. : ПГУПС, 2009. - С. 5-16.
2. Ясенко Е. П. Основы проектирования и эксплуатации технологического оборудования : учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. / Е. П. Ясенко, Л. А. Парфенова. - Братск : БрГУ, 2005. - 140 с.
3. Кармацкий В. Ф. Оборудование вагоноремонтных предприятий : учебник для специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» и специализации «Вагоны» / В. Ф. Кармацкий, Д. В. Волков. - Екатеринбург : УрГУПС, 2014. - 186 с.
4. Болотин М. М. Автоматизированные рабочие места и экспертные системы вагоноремонтного производства : в 2 кн. / М. М. Болотин. - М. : МИИТ, 1996. - 109 с.
5. Любушин Н. П. Анализ финансово-экономической деятельности предприятия : учеб. пособие для вузов / Н. П. Любушин, В. Б. Лещева, В. Г. Дьякова ; под ред. Н. П. Любушина. - М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2008. - 471 с.
6. ГОСТ 9246-2004. Тележки двухосные грузовых вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия. - М. : Гос. науч. ис-след. ин-т вагоностроения, 2005. - 11 с.
7. ГОСТ 30295-96. Межгосударственный стандарт. Кантователи сварочные. Типы, основные параметры и размеры. - Разработан МТК 72 Украинским конструкторско-технологическим институтом сварочного производства (УкрИСП). - 2000. - 8 с.
8. ГОСТ 8240-97. Швеллеры стальные горячекатаные. - Киев : Укр. гос. науч.-исслед. ин-т металлов, 2002. - 14 с.
9. ГОСТ 831-75. Подшипники шариковые ра-диально-упорные однорядные. - Утв. Постановлением Государственного комитета стандартов Совета
Министров СССР от 28 ноября 1975 г. № 3740. - М.: Изд-во стандартов, 1977. - 15 с.
10. ГОСТ 29067-91. Редукторы и мотор-редукторы. - Утв. Постановлением Государственного комитета стандартизации и метрологии СССР 3 июля 1991 г. № 1206. - М. : Изд-во стандартов, 1991. - 19 с.
11. ГОСТ 13568-97. Цепи приводные роликовые и втулочные. - Утв. Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации РФ 25 апреля 1997 г. № 11-97. - М. : Изд-во стандартов, 1997. - 27 с.
12. ГОСТ 21753-76. Система человек-машина. Рычаги управления. - Утв. Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 27 апреля 1976 г. № 952. - М. : Изд-во стандартов, 1977. - 6 с.
Дата поступления: 04.03.2020 г. Решение о публикации: 11.03.2020 г.
Контактная информация:
ЗАЙНИТДИНОВ Олмос Ирикович - аспирант; zaynitdinovo@mail.ru
АБДУЛЛАЕВ Бахром Актамович - аспирант; baxrom86@yandex.ru
Designing a pneumatic mechanical tilter for repair of freight wagon bogie side frames
O. I. Zaynitdinov, B. A. Abdullayev
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Zaynitdinov O. I., Abdullayev B.A. Designing a pneumatic mechanical tilter for repair of freight wagon bogie side frames. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol.17, iss. 2, pp. 252-262. DOI: 10.20295/1815-588X-2020-2-252-262
Summary
Objective: To engineer a standardized and cost efficient pneumatic mechanical tilter of PMK1 type (tilter with pneumatic mechanical drive) for the convenience of the repair team and semi-automation of the side frame repairing process in the bogie workshop. Methods: The PMK1 pneumatic mechanical tilter has been designed using the method of succession in designing. The PMK1 tilter was designed in several stages: study of the scope of application and disadvantages of existing analogues; selection and design
of mechanism drawings according to GOST; preliminary calculation of the costs of a similar mechanism with electric drive. Results: Drawings have been presented and parts of the pneumatic mechanical tilter and their technical characteristics have been considered. A brief calculation of the mechanism manual drive has been provided. The study analyzes the advantages and disadvantages of using a tilter with a pneumatic mechanical drive in the bogie workshop of a car repair facility. Practical importance: The presented standardized design of the pneumatic mechanical tilter will enable scheduled repairs of depot (DR), general (GR), capital recovery (CRR), and other types of maintenance of the freight car side frames without the use of electricity.
Keywords: Tilter, pneumatic motor, double-stage worm gearbox, chain transmission, bases, grippers.
References
1. Boronenko Yu. P. Spetsializatsiya universal'nykh i universalizatsiya spetsializirovannykh gruzovykh vagonov - effektivnoye napravleniya povysheniya proizvoditel'nosti [Specialization of the standardized and standardization of the specialized freight cars- effective approach to increase the performance]. Podvi-zhnoy sostavXXI veka: idei, trebovaniya, proyekty. Sb. nauch. statey [Rolling stock of the 21st century: ideas, requirements,projects. Scientific articles]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2009, pp. 5-16. (In Russian)
2. Yasenko E. P. & Parfenova L.A. Osnovy proyektiro-vaniya i ekspluatatsii tekhnologicheskogo oborudovaniya. Ucheb. posobiye. 2-e izd., pererab. [Fundamentals of the design and operation of process equipment. Textbook. Ed. 2, revised]. Bratsk, BrSU [Bratsk State University] Publ., 2005, 140 p. (In Russian)
3. Karmatskiy V. F. & Volkov D. V. Oborudovaniye vagonoremontnykh predpriyatiy [Equipment for wagon repair facilities]. Textbook for specialty 23.05.03 "Railways rolling stock" and specialization "Wagons". Yekaterinburg, UrGUPS Publ., 2014, 186 p. (In Russian)
4. Bolotin M. M. Avtomatizirovannyye rabochiye mes-ta i ekspertnyye sistemy vagonoremontnogo proizvodstva. V 2 kn. [Automated workplaces and expert systems for wagon repair facility. 2 books]. Moscow, MIIT Publ., 1996, 109 p. (In Russian)
5. Lyubushin N. P., Leshcheva V. B. & D'yakova V. G. Analiz finansovo-ekonomicheskoy deyatel'nostipred-priyatiya. Ucheb. posobiye dlya vuzov [Analysis of the financial and economic activities of an enterprise. Text-
book for universities]. Edited by N. P. Lyubushin. Moscow, UNITY-DANA Publ., 2008, 471 p. (In Russian)
6. GOST 9246-2004. Telezhki dvukhosnyye gruzovykh vagonov magistral'nykh zheleznykh dorog kolei 1520 mm. Tekhnicheskiye usloviya [Four-wheel bogies of freight cars for 1520 mm gauge mainline railways. Specifications]. Moscow, State Scientific Research Institute of Carriage Building Publ., 2005, 11 p. (In Russian)
7. GOST30295-96. Mezhgosudarstvennyy standart. Kantovateli svarochnyye. Tipy, osnovnyye parametry i razmery [Interstate standard. Welding positioners. Types, basic parameters and dimensions]. Developed by Interstate Technical Committee 72; Ukrainian Design and Technology Institute of Welding Production (UkrISP). Kiev, 2000, 8 p. (In Russian)
8. GOST 8240-97. Shvellery stal'nyye goryacheka-tanyye [Hot-rolledsteel channels]. Kiev, Ukrainian State Scientific Research Institute of Metals Publ., 2002, 14 p. (In Russian)
9. GOST831-75. Podshipniki sharikovyye radial'no-upornyye odnoryadnyye [Single-row angular ball bearings]. Approved by Resolution N 3740 of the State Committee of Standards of the USSR Council of Ministers dated November 28, 1975. Moscow, Izdatel'stvo standar-tov [Publishing House of Standards] Publ., 1977, 15 p. (In Russian)
10. GOST 29067-91. Reduktory i motor-reduktory [Reducers and motor-reducers]. Approved by Resolution N 1206 of the USSR State Committee for Standardization and Metrology dated July 03, 1991. Moscow, Izdatel'stvo standartov [Publishing House of Standards] Publ., 1991, 19 p. (In Russian)
11. GOST 13568-97. Tsepi privodnyye rolikovyye i vtulochnyye [Driving roller and bush chains]. Approved
by Resolution N 11-97 of the Russian Interstate Council on Standardization, Metrology and Certification dated April 25, 1997. Moscow, Izdatel'stvo standartov [Publishing House of Standards] Publ., 1997, 27 p. (In Russian)
12. GOST21753-76. Sistema chelovek-mashina. Ry-chagi upravleniya [Man-machine system. Control levers]. Approved by Resolution N 952 of the State Committee of Standards of the USSR Council of Ministers dated April
27, 1976. Moscow, Izdatel'stvo standartov [Publishing House of Standards] Publ., 1977, 6 p. (In Russian)
Received: March 04, 2020 Accepted: March 11, 2020
Author's information:
Olmos I. ZAYNITDINOV - Postgraduate Student; zaynitdinovo@mail.ru
Bakhrom A. ABDULLAEV - Postgraduate Student; baxrom86@yandex.ru
