CC BY
26
износа в моторном масле является признаком окончания приработки деталей на отдельных этапах обкатки дизеля.
Ключевые слова: тепловозный дизель, система смазки, моторное масло, посторонние примеси, концентрация, обкатка, спектральный анализ масла.
The article discusses the process of changing the concentration of impurities in the wear of the friction surfaces of diesel locomotive diesel engines in engine oil. The general equation for the change in the concentration and wear impurities in oil during the operation of a diesel locomotive is given, which is based on the material balance of impurities in the oil system. It was found that when cleaning and renewing the oil, the level of impurity concentration in it does not depend on their initial concentration, on the amount of oil in the system and on the duration of engine operation,
but depends only on the intensity of the intake and removal of impurities.
With long-term operation of the oil in a diesel locomotive, constant cleaning intensity and constant consumption, the wear rate of the friction surfaces of the diesel is characterized only by the concentration of wear products in the oil.
It has been established that the reduced running-in of diesel engines after factory repair ensures a satisfactory condition of the rubbing parts. At the same time, the quality of a diesel engine running-in should be assessed by a complex indicator based on the concentration of impurities in the engine oil. The stabilization of the concentration of wear products in the engine oil is a sign of the end of the running-in of parts at certain stages of the diesel engine running-in.
Keywords: diesel locomotive, lubrication system, engine oil, impurities, concentration, breaking-in, spectral analysis of oil.
УДК 629.463
ЗАРИПОВ Р.Ю., докторант PhD, преподаватель (Торайгыров Университет) Методика оценки ресурса вагонов-цистерн
Zaripov R.Yu, PhD student
Methodology for assessing the resource of tank wagons
Введение
В последние годы парк специализированных вагонов-цистерн Казахстана постоянно сокращается, в результате чего возникает дефицит вагонов для транспортировки специальных грузов даже в условиях снижения объемов перевозок. Все больше вагонов-цистерн выходит из эксплуатации вследствие отказов и окончания нормативного срока службы.
Одним из способов решения проблемы нехватки вагонов в условиях существующей экономической
ситуации является проведение
комплекса работ по продлению срока их безопасной эксплуатации. Исходя из опыта прошлых лет, данные мероприятия оказывают существенный экономический эффект, который, по сравнению с покупкой нового подвижного состава, может достигать 40%.
Анализ последних исследований и публикаций
Исследованиям в области выбора параметров и совершенствования конструкции грузовых вагонов, создания методов их расчета и
проектирования посвящено множество работ отечественных ученых, среди которых можно выделить Лукина В.В., Шадура Л.А., Радзиховского А.А., Битюцкого А.А., Савушкина Р.А. [1-4]
В данных трудах, в том числе решается задача разделения вагонов на отдельные подблоки и представления их в виде иерархической системы. Подобный подход использован и при разработке обобщенной конструктивной схемы вагона-цистерны (рис. 1) в настоящей работе.
Разделение вагона на основные части выполнено согласно классической обобщенной схеме грузового вагона, приведенной в том числе в работах профессора Лукина В.В., но дополнительно учтены части конструкции, отвечающие за соединение элементов на каждом уровне системы. Основные части вагона включают в себя (второй уровень):
- кузов - представляет собой несущею металлоконструкцию, предназначенную для хранения/транспортировки грузов при условии обеспечения их сохранности, восприятия и передачи нагрузок, возникающих в эксплуатации, обеспечения связи между другими элементами;
- ходовые части - предназначены для обеспечения безопасного движения вагона по рельсовому пути с высокими скоростями и минимальным сопротивлением. Ходовые части воспринимают и передают на рельсовый путь все основные нагрузки от кузова вагона;
ударно-тяговое оборудование -служит для сцепления вагонов, удержания их на определенном расстоянии друг от друга, а также передают силу тяги от локомотива и поглощают часть энергии ударов, возникающих в процессе движения и при соударениях;
- тормозное оборудование -служит для создания искусственного сопротивления движению поезда с целью регулирования скорости или полной его остановки, а также удержания на месте;
- элементы соединения основных частей: кронштейны тормозного оборудования, упоры и крепление привода ударно-тягового оборудования, колпаки скользунов, шкворень и пятники ходовых частей и т.п.
Цель работы
Целью работы является разработка методики по оценке ресурса основных элементов металлоконструкции
вагонов-цистерн и обоснование ремонтных мероприятий для их последующей безопасной эксплуатации.
Анализ результатов обследования технического состояния вагонов-цистерн позволил разделить все выявленные повреждения в
зависимости от причины их образования на три стадии жизненного цикла: разработка и постановка на производство, производственная и эксплуатационная.
Основная часть
Для определения ресурса вагона-цистерны, обоснования надежности требуемого вида и объема ремонтных работ, а также для определения необходимой несущей способности всех элементов конструкции вагона в данном разделе разработана методика определения ресурса. Предлагаемый способ является одним из блоков общего алгоритма определения ресурса вагона-цистерны с котлом из алюминиевого сплава и включает операции по определению ресурса вагона по трем основным критериям:
запасу устойчивости, прочности и усталостной стойкости.
Алгоритм этого метода включает в себя следующие основные блоки: минимальные значения толщин основных элементов котла и каркаса и определение максимальных значений среднегодового коррозионного износа, расчет запаса устойчивости с учетом прогрессирующего коррозионного износа элементов котла, определение оставшегося срока службы по критерию устойчивости, расчет запаса прочности и устойчивости в конце срока службы и расчет увеличенного срока службы.
Согласно разработанному
алгоритму, на первом этапе по результатам измерения толщины, которые были получены в ходе натурного обследования конкретного вагона-цистерны, определяется
минимальная толщина элементов конструкции вагона-цистерны и оценивается их среднегодовой коррозионный износ. Все
вышеперечисленные операции
выполняются с учетом номинальных толщин элементов, указанных в технической документации на вагон, фактических толщин на момент натурного обследования и общего срока службы вагона [5-6].
На следующем этапе с целью определения срока службы по критерию устойчивости в соответствии с пунктом 3.3 "Норм..." [9] проводится оценка устойчивости цилиндрической
оболочки котла вагона-цистерны от действия внешнего давления
Рсги - критическое внешнее давление, МПа;
- расчетное значение внешнего давления, МПа.
Величина критического внешнего давления, при котором оболочка котла подвергается пластическим
деформациям, определяется по формуле
5
РсГ й = 0, 6 кЕ^)1-! (2)
где к - коэффициент;
Е - модуль упругости (Юнга) материала корпуса котла, МПа;
3 - расчетная толщина элемента котла в конце назначенного срока службы с учетом коррозионного износа, мм;
Я - внутренний радиус котла, мм;
Ь - длина цилиндрической части котла, мм;
Расчетная толщина элемента котла в конце назначенного срока службы определяется с учетом коррозионного износа
5 = 5,
Нп
(Т/+Тп)
(^п - Бь), (3)
где Sb - номинальная толщина верхнего листа оболочки, мм;
Tf - фактический срок службы;
Тп - номинальный срок службы;
Т - назначенный срок службы;
БЬп - номинальная толщина верхнего листа оболочки, мм;
Значение коэффициента к рассчитывается по следующей формуле:
п
у = Ы,
(1)
к =
( 1 - а+а-г2 )4 ( 1 - а+а-г3 ),
(4)
где - расчетный коэффициент запаса устойчивости;
[Пу] - допустимый коэффициент запаса устойчивости;
где а - отношение ширины броневого листа к длине внутренней окружности поперечного сечения снаряда, мм;
I - отношение минимальной толщины верхнего листа обечайки
котла к толщине броневого листа, мм.
Коэффициент а рассчитывается по следующей формуле
а =
2пЯ '
(5)
где Бк - ширина листа, мм;
R - внутренний радиус котла, мм; коэффициент t рассчитывается по следующей формуле
* = 5Ъ/5
Он
(6)
где - минимальная толщина
броневого листа снаряда, мм;
В результате выполненного расчета оставшийся срок службы определяется по критерию
устойчивости - Тшг и минимальной толщине элементов на момент его завершения с учетом прогрессирующего коррозионного износа, при котором выполняется условие достаточного запаса устойчивости. Если значение, полученное в результате расчета устойчивости, меньше допустимого значения коэффициента, то дальнейшая расчетная оценка не проводится в связи с тем, что элементы конструкции вагоны достигли предельного состояния и, таким образом, полностью израсходовали свой ресурс.
Результирующий период Ти^ не может превышать 0,5 номинального срока службы конкретной модели вагона с учетом результатов анализа
технической документации
предварительного этапа и
идентификации в ходе полевых исследований.
На следующем этапе на основе полученных результатов расчета устойчивости корпуса котла
рассчитывается прочность конструкции вагона-цистерны. Согласно
рекомендации пункта 6.2 "Нормы..." в
данном методе данный расчет выполняется с использованием специализированного программного вычислительного комплекса,
реализующего метод конечных элементов, который позволяет детально оценить напряженно-деформированное состояние элементов конструкции вагона.
Для оценки напряженно-деформированного состояния
конструкции вагона-цистерны
разработана расчетная конечно-элементная модель вагона,
позволяющая анализировать поведение металлической конструкции в различных условиях эксплуатации.
Для проведения такого анализа создается расчетная модель с учетом идеализации пластины реальной конструкции. После создания модели и принятия системы расчетных случаев выполняется ряд статических расчетов с использованием метода конечных элементов. Результатами расчета являются поля напряжений и значения деформаций элементов модели. Анализируя полученные результаты на соответствие принятым критериям прочности, приходим к выводу, что конструкция вагона-цистерны
соответствует "Нормам...". Анализ результатов расчета на прочность проводится путем сравнения
рассчитанных эквивалентных
напряжений с допустимыми значениями напряжений, которые были получены при исследовании изменений механических и химических свойств материала котла в процессе эксплуатации ранее [8].
Для анализа прочности металлической конструкции вагона-цистерны установлен ряд расчетных случаев, в том числе нагрузок, предусмотренных "Нормами". В расчетных случаях учитывались:
ударно-тяговые продольные нагрузки в автосцепном устройстве (2,5 и 3,5 МН для I расчетного режима и 1,0 МН для III расчетного режима), собственный вес вагона-цистерны и вес груза (для III расчетного режима с учетом коэффициента динамики), силы, возникающие при смещенном от центра взаимодействии автосцепок двух соседних вагонов (100 мм для I расчетного корпуса и 50 мм для III расчетного корпуса), центробежные силы, возникающие при, сила инерции жидкости и величина давления пара жидкости от гидравлического удара [68].
Если значения эквивалентных напряжений, полученные в результате расчета, превышают допустимые значения, оставшийся срок службы сокращается на один год и вся процедура оценки расчета в соответствии с разработанным алгоритмом проводится повторно из расчета устойчивости для определения толщины элементов с учетом коррозионного износа в конце установленного срока службы Туст.
Если значения эквивалентных напряжений не превышают
допустимых, то приступают к расчету ресурса (усталостной стойкости).
Расчет сопротивления усталости производится в соответствии с "Нормами" для третьего режима расчета. В качестве исходных данных для расчета усталостной прочности приняты значения эквивалентных напряжений в конструктивных элементах вагона-цистерны под действием нагрузок в соответствии с таблицей 2.3 "Норм".
Расчет ресурса вагона-цистерны определяется по формуле:
Т„ =
да"*
, (7)
где Тк - расчетный оставшийся срок безопасной эксплуатации вагона-цистерны, лет;
С(аД) - предел выносливости (по амплитуде) для зоны управления с симметричным циклом и
установившимся режимом нагружения при базовом числе циклов, МПа;
I - показатель степени в уравнении кривой усталости по амплитудам. Для сварных конструкций из стального проката без усиления швов по "Нормам", м=4;
[п] - минимально допустимый коэффициент запаса усталостной прочности для выбранной зоны вагона-цистерны, [п]=1,8;
N - базовое число циклов, N^=107;
N^N011 - количество циклов за 1 год эксплуатации для каждой из эксплуатационных нагрузок;
- амплитуды динамических напряжений, приведенных к
симметричному циклу для различных рабочих нагрузок и их диапазонов, МПа.
Общее время действия
динамических напряжений
определяется по формуле:
Тп = в ■ тК
(8)
Общая продолжительность
динамических напряжений, вызванных вибрациями и колебаниями вагона-цистерны при движении в нагруженном состоянии в течение 1 года эксплуатации, определяется по формуле:
В = 365 ■
1(УЬГ
(9)
где Ьс - среднесуточный загруженный пробег вагона-цистерны, км / сут.;
V - средняя техническая скорость вагона-цистерны, м/с.
Оставшийся срок службы определяется как минимальное значение из набора сроков службы каждого элемента
Тк = {тк1,тк2,тк 3......г*п} (10)
Если значение, полученное в результате расчета, меньше
допустимого значения коэффициента запаса, то назначенный срок службы сокращается на один год и выполняются операции, определенные настоящей методикой, начиная с точки расчета устойчивости. Если по результатам расчета выполнено условие,
определенное по формуле 7 с учетом 10, то срок службы вагона-цистерны подлежит продлению на сумму, соответствующую назначенному сроку службы, с последующим оформлением соответствующей документации.
Разработанная методика позволяет определить минимальный ресурс элементов конструкции вагона-цистерны с учетом конструктивных изменений, исходя из их критерия устойчивости, анализа технической документации и натурного осмотра конкретного вагона, а также определить надежность объема и вида ремонта, выбранных на предыдущих этапах работы.
Если значение, полученное в результате расчета, меньше
допустимого значения коэффициента запаса, то назначенный срок службы сокращается на один год и выполняются операции, определенные настоящей методикой, начиная с точки расчета устойчивости.
Разработанная методика позволяет определить минимальный ресурс
элементов конструкции вагона-цистерны с учетом конструктивных изменений, исходя из их критерия устойчивости, анализа технической документации и натурного осмотра конкретного вагона, а также определить надежность объема и вида ремонта, выбранных на предыдущих этапах работ.
Выводы
В результате выполненного комплекса работ разработана методика оценки ресурса вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов.
Создана конструктивная схема вагона-цистерны модели 15-1406 для перевозки агрессивных грузов, которая представляет собой вагон-цистерну в виде отдельных блоков, разделенных по функциональному назначению и идентифицирующих объекты
(элементы) для последующих исследований, к которым относятся: область сварного соединения обечайки люка с верхним листом котла и крепление фасонных ножек с бронированным листом обечайки котла вагона-цистерны.
На основе расчетной схемы разработан прикладной метод определения допустимых дефектов и критериев отбраковки, позволяющий определять параметры допустимых внутренних и поверхностных дефектов, формировать перечень критериев отбраковки и использовать
рассчитанные параметры дефектов при неразрушающем контроле на этапе натурного контроля.
С целью определения вида и объема ремонтных работ в данной главе была разработана модель
информационной системы,
позволяющая наиболее полно учесть многообразие возможных повреждений
основных элементов котла вагона-цистерны. Этот метод также позволяет предварительно оценить
экономическую эффективность
выполненных работ.
Рис. 1. Обобщенная схема элементов вагона
Были проведены исследования механических и химических свойств материала котельного вагона, которые включали следующие основные этапы: анализ химического состава, металлографические исследования,
определение механических свойств и характеристик трещиностойкости
(трещиностойкости) при статическом нагружении. В результате проведенных испытаний существенных изменений свойств металла обнаружено не было.
Разработанная методика позволяет определить минимальный ресурс элементов конструкции вагона-цистерны с учетом конструктивных изменений по критерию устойчивости, анализа технической документации и натурного осмотра конкретного вагона, а также определить надежность объема и вида ремонта, выбранных на предыдущих этапах диссертационной работы.
Список литературы:
1. Агапов, А.Ю. Методика выбора оптимальных параметров вагонов- хопперов для перевозки сыпучих грузов / А.Ю. Агапов, А.П. Азовский, Р.Ф. Канивец, М.В. Троцкий, А.А. Радзиховский, В.А. Царапкин // Исследования по вопросу совершенствования железнодорожного подвижного состава и погрузо-разгрузочных работ: Межвуз.сб.науч.тр. - М.: МИИТ, 1983. - С. 19-27.
2. Байков, Д.И. Сваривающиеся алюминиевые сплавы / Д.И. Байков, Ю.С. Золоторевский, В.Л. Руссо, Т.К. РяжскаяТ.К - Л.: Государственное союзное издательство судостроительной промышленности, 1959.-236 с.
3. Беккерт, М. Справочник по металлографическому травлению / М. Беккерт, X. Клемм. - М.: Металлургия, 1988. - 400 с.
4. Белянчиков, М. Применение алюминия в грузовом вагоностроении / М. Белянчиков, А. Середина // Железнодорожный транспорт. - 1984. -№ 9.- С. 75-77.
5. Битюцкий, А.А. Анализ напряженного состояния и совершенствование конструкций соединений несущих элементов кузова полувагона: Дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. - Л.: ЛИИЖТ, 1983. - 183 с.
6. Битюцкий, Н.А. Организация
новых видов ремонта
специализированных грузовых вагонов парка частного подвижного состава /
7. А. Битюцкий // Материалы межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее» (Неделя науки - 2007). - СПб.: ПГУПС, 2007. - С. 10-14.
8. Битюцкий, Н.А. Анализ причин эксплуатационных повреждений специализированных вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов: сборник науч. тр. / Н.А. Битюцкий // Вып. №4 / ИЦ ОВС - СПб.: Изд-во «ОМ-Пресс», 2008. - С. 81-90.
Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). 1996 // ГосНИИВ-ВНИИЖТ. М. 319 с.
Аннотации:
В статье проведен обзор и анализ исследований в области оценки и восстановления ресурса вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов, что позволяет детально обосновать актуальность и рассмотреть современное состояние объекта исследования. Целью работы является разработка комплекса методов оценки ресурса основных элементов металлоконструкции специализированных вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов. Разработана структурная схема вагона-цистерны с котлом из алюминиевого сплава, позволяющая спроектировать и модернизировать вагон в целом и его основные элементы с учетом статистических данных повреждений в эксплуатации.
Сформирован алгоритм и методика оценки срока службы вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов, позволяющие с помощью теории графов выбрать наиболее рациональный вариант ремонта и с помощью уточненной расчетно-аналитической оценки определить его объем и срок дальнейшей эксплуатации вагона.
Ключевые слова: вагон-цистерна, котел, ресурс, алюминиевый сплав, дефект, оценка
The article provides a review and analysis of research in the field of assessing and restoring the resource of tank wagons with boilers made of aluminum alloys, which allows us to justify in detail the relevance and consider the current state of the object of research. The aim of the work is to develop a set of methods for assessing the resource of the main elements of the metal structure of specialized tank wagons with boilers made of aluminum alloys. A block diagram of a tank wagon with an aluminum alloy boiler has been developed, which makes it possible to design and modernize the wagon as a whole and its main elements, taking
into account the statistical data of damage in operation.
An algorithm and methodology for estimating the service life of tank wagons with aluminum alloy boilers have been developed, which allows using graph theory to choose the most rational repair option and using a refined calculation and analytical assessment to determine its volume and the period of further operation of the wagon.
Keywords: tank wagon, boiler, resource, aluminum alloy, defect, estimation
УДК 621.825.5
ПАЛАМАРЧУК Т.Н., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
ЧЕХЛАТЫЙ Н.А., к.т.н., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Влияния перекоса и расцентровки валов в пальцевых муфтах на энергетические характеристики роторных турбомашин
Chehlaty N.A., Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer (DIRT) Palamarchuk T.N., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI)
Misalignment and misalignment in finger couplings on the energy characteristics of rotary Effects of shaft turbo machines
Введение
Соединение выходного вала электродвигателя с коренным валом роторной машины (подъемной машины, вентилятора, насоса и др.) неизбежно сопровождается монтажными
погрешностями (ошибками),
вызванными параллельным смещением осей валов (расцентровкой), угловым перекосом валов и комбинацией этих возможностей в различных сочетаниях. Следствием таких погрешностей является пульсирующий характер вращения вала машины, даже если вал
электродвигателя вращается с равномерной скоростью.
Радиальное и угловое смещение осей валов само по себе является диагностическим признаком некоторых неисправностей. Такими
неисправностями, например, могут быть износ вкладышей подшипников, тепловые деформации подшипниковых опор, ослабления жесткости
фундаментной рамы и износ фундамента и т.д. Выверка соосности валов - одна из самых важных операций при обслуживании стационарных роторных машин. Согласно статистике,
