CC BY
28
МАШИНОВЕДЕНИЕ, СИСТЕМЫ ПРИВОДОВ И ДЕТАЛИ МАШИН
УДК 625.144.5
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОПРИВОДА ЩЕБНЕОЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Н.Г. Гринчар, Д.С. Федасов, М.Ю. Чалова
Рассмотрено влияние конструктивных изменений на надежность гидропривода щебнеочистительных машин. Обосновано увеличение времени достижения критических показателей объемного КПД. Произведено сравнение вероятности безотказной работы до модернизации и после модернизации вырезающего устройства.
Ключевые слова: щебнеочистительная машина, вырезающее устройство, объемный КПД, вероятность безотказной работы.
Щебнеочистительные машины (рис. 1) служат для очистки щебеночного балласта от загрязнителей, что является одной из наиболее трудоемких и необходимых операций при содержании железных дорог [1].
8 9 ' С 11 В
1 - автосцепное устройство; 2 - экипажная часть; 3 - силовая установка; 4 - кабина управления; 5 - несущая рама; 6 - вырезающее устройство; 7 - бункер-дозатор чистого щебня; 8 - поворотный конвейер (выброс засорителей); 9 - конвейер отбора засорителей; 10 - виброгрохот; 11 - конвейер подачи вырезанного балласта
В настоящей работе рассмотрено повышение показателей надежности за счет внесения конструктивных изменений в вырезающее устройство щебнеочистительных машин [2, 3].
Внесенные изменения представлены на рис. 2.
245
а
б
м
А
(О
в г
Рис. 2. Модернизированное вырезающее устройство: а - желоб до модернизации; б - желоб после модернизации; в - скребок до модернизации; г - скребок после модернизации
Выполненные теоретические исследования показали, что мощность модернизированного вырезающего устройства составляет 339,5 кВт, до модернизации - 436,7 кВт [3].
Для гидроприводов машин, применяемых на транспорте и в транспортном строительстве, режимы эксплуатации принято разделять на легкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый. Одним из основных показателей является коэффициент мощности привода
К
N
N
ф
N
(1)
т
' т
где Nф - фактическая мощность, развиваемая гидроприводом, кВт; Nn
теоретическая мощность, кВт.
При номинальной мощности вырезающего устройства 450 кВт для вырезающего устройства до модернизации KN = 0,97; после модернизации KN = 0,75.
Полученные значения коэффициента мощности привода позволяют сделать вывод о переходе режима работы гидропривода вырезающего устройства щебнеочистительных машин из весьма тяжелого (ВТ) режима работы в тяжелый (Т).
Главным критерием, предъявляемым к гидроприводу, является обеспечение скорости и усилий на рабочем органе. Основными параметром, определяющим ресурс гидроприводов и составных элементов, является показатель объемного КПД.
Изменения объемного КПД, согласно исследованиям кафедры «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» Российского университета транспорта носят параболический характер [4].
Зона сближения объемного КПД будет ограничена кривыми
П = - At2 + B, (2)
П2 =-Ä2t2 + B , (3)
где Ä - экспериментальный показатель, характеризующий скорость снижения объемного КПД; B - начальное значение объемного КПД.
Сделаем следующее допущение - зная экспериментальные значения показателей Ä\ и Ä2, разобьем на равные доли полученный интервал и примем новые зоны сближения объемного КПД, соответствующие всем режимам работы - легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т), весьма тяжелый (ВТ) (рис. 3).
Рис. 3. Введение дополнительных зон сближения объемного КПД
Переход работы привода из весьма тяжелого режима работы в тяжелый и вышеуказанное допущение позволяет оценить увеличение времени наработки на отказ различных типов гидроагрегатов:
для привода в целом - 0,3 тыс. часов при общей наработке до 1,1 тыс. часов;
для аксиально-поршневых машин - 0,4 тыс. часов при общей наработке до 2,0 тыс. часов;
для золотниковых распределителей - 0,8 тыс. часов при общей наработке до 9,6 тыс. часов тыс. часов.
Таким образом, увеличение наработки привода составляет 22,5 %. Характер изменения объемного КПД привода представлен на рис. 4. При увеличении времени наработки на отказ увеличивается и вероятность безотказной работы. Отказы гидравлических систем обуславливаются двумя факторами, подчиняющимися различным законам распределе-
ния - отказы, вызванные наработкой, определяющиеся по нормальному закону распределения, и отказы, возникающие случайно, определяющиеся по экспоненциальному закону.
Измейение объемного КПД при подл вращения
О 0,1 0,20.i 0.4 ai 0.6(Г 0,80.3 ] 1,11.2 1,3 1,4 1,5 L6 1,7 1,8 1,9 2 Наработка по мотосчетчпку.тыс. часов
! 2,3 2,4
-Л
-ВТ
Рис. 4. Изменение объемного КПД привода вращения
В этом случае вероятность безотказной работы
P(t) = p(t) • P2(t), (4)
где Pi(t) - вероятность безотказной работы в зависимости от наработки (ресурсная), определяемая по нормальному закону; Pj(t) - вероятность безотказной работы с учетом возникновения случайного отказа, определяемая по экспоненциальному закону.
, (t-t )2
1 t--У
P(t)=1 2а • (5)
P2(t) = e~xt. (6)
На рис. 5 показан результирующий график вероятности безотказной работы гидропривода вырезающего устройства щебнеочистительных машин.
Расчет результирующей вероятности безотказной работы производился без учета резервирования гидравлических элементов.
Для расчета было принято допущение о последовательном включении гидроэлементов.
РПривода (t) = РАП (t) • РЗР (t), (7)
где Рап (t) - значение вероятности безотказной работы с учетом одновременного действия законов распределения для аксиально-поршневых машин; Рзр (t) - значение вероятности безотказной работы с учетом одновременного действия законов распределения для золотниковых распределителей.
График изменения вероятности безотказной работы в зависимости от наработки с учетом случайных отказов
Наработка, тыс. ч
"■-Вероятность безотказной работы привода вырезающего устройства без модернизации -♦-Вероятность безотказной работы привода вырезающего устройства с модернизацией
Рис. 5. График вероятности безотказной работы гидропривода до и после модернизации конструкции вырезающего устройства
Вероятность безотказной работы при увеличении наработки также показывает смещение графика в правую сторону - имеет место повышение ожидаемого времени безотказной работы. Вновь полученные значения наработки при переходе режима из весьма тяжелого в тяжелый, подтверждаются аналогичным показателем наработки до наступления отказов при нормальном распределении.
Для золотниковых распределителей, несмотря на наибольшее увеличение наработки среди всех рассмотренных компонентов гидропривода (аксиально-поршневые машины, лопастные машин, золотниковые распределители) - 0,8 тыс. часов, вероятность безотказной работы практически не увеличивается, что обусловлено гораздо более значимым показателем случайных отказов (экспоненциальный закон).
Характер изменения вероятности безотказной работы для привода в целом, при внесенных в конструкцию вырезающего устройства предлагаемых изменений носит более пологий, относительно существующей картины, характер. Более пологий характер является предпочтительным, так как помимо увеличения времени безотказной работы, появляется увеличенный интервал для диагностики гидропривода и своевременного принятия мер по устранению неисправности.
Список литературы
1. Путевые машины: учебник / М.В. Попович [и др.]. М.: ГОУ Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2009. 820 с.
2. Патент 178588 РФ. Вырезающее устройство щебнеочистительной машины / Н.Г. Гринчар, М.Ю. Чалова, Д.С. Федасов. Опубл. 11.04.2018. Бюл. № 11.
3. Ковальский В.Ф., Федасов Д.С., Чалова М.Ю. Модернизация скребково-цепного устройства щебнеочистительных машин // Мир транспорта. 2016. № 4. С. 70-77.
4. Гринчар Н.Г. Надежность гидроприводов строительных, путевых и подъемно-транспортных машин. М.: ООО «Издательский дом «Автограф», 2016. 368 с.
Гринчар Николай Григорьевич, д-р техн. наук, профессор, nggrin@yandex. ru, Россия, Москва, Российский университет транспорта (МИИТ),
Федасов Дмитрий Сергеевич, главный инженер, fedasovds@,gmail. com, Россия, Москва, Проектно-конструкторское бюро по инфраструктуре - филиал ОАО «РЖД»,
Чалова Маргарита Юрьевна, канд. техн. наук, доцент, margari-ta_chalova@,mail. ru, Россия, Москва, Российский университет транспорта (МИИТ)
IMPROVING THE RELIABILITY OF A HYDRAULIC DRIVER OF MACHINES N.G. Grinchar, D.S. Fedasov, M.Yu. Chalova
The influence of structural changes on the reliability of the hydraulic drive of gravel cleaning machines is considered. The increase in the time for reaching critical indicators of volumetric efficiency is justified. The likelihood of uptime before upgrading and after upgrading the cutting device is compared.
Key words: crushed stone cleaning machine, cutting device, volumetric efficiency, the probability of failure-free operation.
Grinchar Nikolay Grigoryevich, doctor of technical sciences, professor, nggrin@yandex. ru, Russia, Moscow, Russian University of Transport (MIIT),
Fedasov Dmitry Sergeevich, chief engineer, _ fedasovds@,gmail. com, Russia, Moscow, Infrastructure Design Bureau the branch of Russian Railways,
Chalova Margarita Yuryevna, candidate of technical sciences, docent, margarita_chalova@mail. ru, Russia, Moscow, Russian University of Transport (MIIT)
