CC BY
43
ходимый уровень противодавления, соответствующий давлению газов в цилиндре дизеля Рц, так как согласно выражению (18) производительность ТНВД зависит от противодавления Рц. Это требование может быть реализовано на автоматизированном стенде, содержащем мерные гидроцилиндры и электроуправляемые гидропереключатели [7].
Разработанная модель процесса топливоподачи может быть применена при формировании комплектов ТА перед их установкой на дизель и для расчета параметров деталей ТА, используемых при обкатке ТНВД на стендах, применяемых в настоящее время в локомотивных депо. Это стенды конструкции проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства -филиала открытого акционерного общества «Российские железные дороги» - для регулирования топливных насосов дизелей Д49 типа А2275, дизелей ПД1М и К68310БЯ типа А2591, А2330 и А2652, дизеля 14Д40 типа А2353, дизелей Д100 типа А2592 и А2651.
Использование предложенной модели для модернизации указанных стендов позволит создать условия работы ТНВД на стендах, адекватные условиям работы на дизеле, и правильно определять производительность ТНВД на стендах.
Список литературы
1. Правила технического обслуживания и текущего ремонта тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ10 [Текст]. - М.: Транспорт, 1988. - 256 с.
2. Правила технического обслуживания и текущего ремонта тепловозов ТЭМ2, ТЭМ2А, ТЭМ2У и ТЭМ2УМ [Текст]. - М.: Техинформ, 1998. - 178 с.
3. Правила заводского ремонта тепловозов типа ТЭЗ и ТЭ10 [Текст]. - М.: Транспорт, 1972. - 285 с.
4. Правила технического обслуживания и текущего ремонта тепловозов 2ТЭ116 [Текст]. -М.: Транспорт, 1997. - 310 с.
5. Рахматуллин, М. Д. Технология ремонта тепловозов [Текст] / М. Д. Рахматуллин. - М.: Транспорт, 1983. - 319 с.
6. Федотов, Г. Б. Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытания, совершенствование [Текст] / Г. Б. Федотов, Г. И. Левин. - М.: Транспорт, 1983. - 192 с.
7. Блинов, П. Н. Автоматизация стендовых испытаний топливной и регулирующей аппаратуры тепловозных дизелей [Текст] / П. Н. Блинов, А. П. Блинов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. - № 1. - С. 8 - 15.
8. Испытание двигателей внутреннего сгорания [Текст] / Б. С. Стефановский, Ю. М. До-колин и др. - М.: Машиностроение, 1972. - 359 с.
УДК 621.833.1
А. В. Бородин, Д. В. Тарута, Т. В. Вельгодская
ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЯГОВОГО РЕДУКТОРА ТЕПЛОВОЗА
Приводятся результаты исследования влияния кольцевых прорезей на несущую способность зубчатой пере -дачи тягового редуктора локомотива.
Результаты анализа статистических данных по выходу из строя тяговых редукторов ло-комотивов на железных дорогах Урала, Западной и Восточной Сибири позволяют утверждать, что тяговый редуктор является «узким» местом в конструкции экипажной части локомотива, неисправности которого занимают одно из первых мест в списке причин непланового ремонта тепловозов, уступая лишь износу гребней колесных пар.
I
^ ИЗВЕСТИЯ Транссиба
Обзор научно-исследовательских работ и анализ условий эксплуатации позволяют выявить основные причины выхода из строя тяговых редукторов тепловозов, связанные с изменением угла перекоса зубьев зубчатых колес от внешнего момента, что приводит к неравномерному распределению нагрузки по длине зуба и нештатной работе зубчатой передачи.
Особенности нагрузок, действующих на тяговый редуктор тепловозов с односторонней цилиндрической прямозубой тяговой зубчатой передачей, а именно снижение работоспособности из-за неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев в односторонней прямозубой передаче и обусловленное этим повышение кромочного контактного давления при перекосе зубьев послужили причиной выбора объекта исследования -тягового редуктора тепловоза.
В работе [1] представлены результаты теоретических исследований влияния кольцевых прорезей зубьев на податливость венцов зубчатых колес. Полученные результаты свидетельствуют о том, что кольцевые прорези несколько уменьшают среднюю жесткость зуба и делают зуб более податливым в осевом направлении.
Однако аналитические методы не позволяют получить реальную картину адаптации зуба к меняющейся нагрузке и перекосам осей зубчатых колес. Выполненные теоретические исследования не учитывали ряд факторов, влияющих на процессы, протекающие в зоне кромочного контакта. Следовательно, проблема кромочного контакта зубьев не имеет точного аналитического решения [2] и необходимо проведение стендовых испытаний для оценки меры влияния геометрии зуба на его жесткость и прочность.
Авторами разработана конструкция стенда (рисунок 1), включающая в себя основание 1 с четырьмя установленными на нем стойками 2. В стойках содержатся втулки 3, в которых расточены отверстия под подшипники качения 4 и скольжения 5. Подшипники поддерживают подвижный 6 и неподвижный 7 валы. На подвижный вал посажено зубчатое колесо 8, имеющее кольцевые прорези, и диск 9 для нагружения вала вращающим моментом. Колесо и диск разделены втулкой 10. На неподвижный вал 7 установлено зубчатое колесо 11, не имеющее кольцевых прорезей. Колеса и диск жестко связаны с валами шпонками 12. Фиксирование вала 7 в требуемом положении осуществляется призматическими шпонками 13, вставляемыми в пазы 14. Нагружение зубьев осуществлялось мерными грузами, прикладываемыми к рычагу 15, соединенному с диском 9. Поверхность
основания 1 и опорные поверхности
~ Рисунок 1 - Стенд для исследования пятна
стоек 2 проверены на неплоскостность. '
^ ^ контакта при перекосах осей колес
При сборке стенда контролировалось
расстояние К для всех стоек. Перпендикулярность стоек относительно основания и па-
8 № 3(3) 2010
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
Рисунок 2 - Устройство для регулирования межосевого расстояния и угла перекоса осей валов
раллельность их между собой обеспечивались с помощью стержней, вставляемых в отверстия 16 стоек 2. Стержни позволяли обеспечивать параллельность стоек в процессе нагружения зубчатых колес.
Межосевое расстояние аш выставлялось с помощью специального устройства (рисунок 2). Скобы 1 и 2 устанавливались на концевые участки валов 3 и 4 с обеих сторон с помощью клеммовых зажимов. Точное регулирование величины аш осуществлялось винтовой стяжкой 17, имеющей левую и правую резьбу. Винтовая стяжка позволялаустановить требуемый угол перекоса валов, а следовательно, и зубьев колес с помощью плиток 6, вставляемых между контактирующими поверхностями скоб 1 и 2.
Экспериментальное исследование влияния основных параметров на податливость зуба в тяговом редукторе тепловоза и установление зависимости податливости зуба от этих параметров проводилось с использованием метода планирования эксперимента, учитывающего два основных фактора: угол перекоса осей валов колес и нагрузку, действующую на зубья во время работы передачи.
Эксперимент проводился с зубчатой передачей, имеющей следующие параметры: мо-дуль т = 5 мм, передаточное число и = 1, числа зубьев шестерни и колеса = z2 = 38, ширина венца Ь = 80 мм, межосевое расстояние а® = 190 мм. Нагружение осуществлялось грузами на плече 0,9 м с вращающими моментами 270, 540 и 810 Н-м.
При проведении экспериментов исследуемые колеса имели различные сочетания прорезей по направлению, глубине и их количеству (рисунок 3).
Статическим испытаниям подвергались зубчатые колеса с целым зубом и имеющим три и семь кольцевых прорезей и продольная прорезь. При этом варьировались величины нагрузок и углы перекоса осей колес.
Податливость зубьев колеса оценивалась площадью пятна контакта. Рабочая поверхность разрезанного зуба покрывалась тонким слоем краски. После взаимодействия на зубе неподвижного колеса отображалось пятно контакта (рисунок 4), площадь которого определялась планиметром с точностью 1 - 2 мм2.
Рисунок 3 - Размерные параметры зуба цилиндрического колеса с тремя кольцевыми прорезями
ИЗВЕСТИЯ Транссиба 9
а)
б)
в)
Рисунок 4 - Пятна контакта на зубьях колеса при нагрузках 270, 540 и 810 Н-м: а, б, в - угол перекоса осей колес 3,89'; г, д, е - угол перекоса осей колес 9'; а, г - целый зуб; б, д - зуб с тремя кольцевыми прорезями;
в, е - зуб с семью кольцевыми прорезями
Результаты испытаний приведены в таблице и представлены графиками на рисунке 5.
Результаты испытаний зубчатой передачи
Угол перекоса осей колес Нагрузка Т, Н-м Площадь пятна контакта А, мм
целый зуб зуб с тремя кольцевыми прорезями зуб с семью кольцевыми прорезями
270 30,0 75,0 67,5
3,89' 540 40,0 150,0 162,5
810 60,0 231,0 237,0
270 24,0 62,0 62,5
9' 540 36,0 137,5 150,0
810 52,0 225,0 230,0
270 21,0 44,0 57,5
13' 540 30,0 102,5 135,0
810 37,5 210,0 219,0
На рисунке 5 показаны зависимости площади пятна контакта целого зуба (кривые 1, 2, 3) при углах перекоса осей колес 3,89', 9', 13' и имеющего три кольцевые прорези (кривые 4, 5, 6) при тех же углах перекоса осей.
Анализ данных эксперимента показывает, что с увеличением нагрузки площадь пятна контакта заметно растет (см. рисунок 5, кривые 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6), а увеличение угла перекоса осей колес приводит к уменьшению пятна контакта (см. рисунок 5, кривые 1, 2, 3 и 4, 5, 6).
С целью выявления зависимости податливости зуба от количества кольцевых прорезей проведен эксперимент с зубом, имеющим семь кольцевых прорезей. В этом случае наблюдается рост площади пятна контакта, однако ее увеличение является незначительным по сравнению с результатами испытания зуба, имеющего три кольцевые прорези (см. таблицу).
10 ИЗВЕСТИ* Транссиба "гО*3 )
Это объясняется тем, что при увеличении количества прорезей уменьшается жесткость головки зуба, что не вовлекает в работу неразрезанную ножку зуба, имеющую более высокую жесткость. Это подтверждают результаты теоретических исследований [1].
Приведенный анализ экспериментальных данных наглядно иллюстрируется пятнами контакта (см. рисунок 4), полученными в экспериментах с разрезанным и целым зубьями при перекосах осей колес 3,89'и 9'.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.
1. Прорези увеличивают суммарную площадь пятен контакта на профилях зубьев. Каждая последующая часть зуба нагружается плавно, постепенно, создаются благоприятные условия для равномерного распределения напряжений по длине контактных линий зуба.
Сравнение площадей пятен контакта неразрезанного и разрезанного на части зуба показывает, что у последнего она увеличивается в 2,5 - 3,85 раза. Особенно ярко это проявляется при перекосах валов 9' и 13', где увеличение площади пятна контакта достигает 5, 6 раза.
2. Прорези делают зуб более податливым в осевом направлении, что способствует равномерному распределению усилий по длине зуба, а в целом - повышению несущей способности тягового редуктора локомотива.
3. Количество кольцевых прорезей более трех не приводит к существенному повышению пятна контакта и может снизить прочность зуба до опасных напряжений изгиба.
Таким образом, в зубчатой передаче с кольцевыми канавками малой ширины повышается несущая способность из-за более равномерного распределения нагрузки по длине контактных линий зацепления и увеличивается срок ее службы, что позволяет повысить безотказность тягового редуктора тепловоза в целом.
Список литературы
1. Бородин, А. В. Влияние кольцевых прорезей на податливость зубчатых колес [Текст]/ А. В. Бородин, Т. В. Вельгодская, И. Л. Рязанцева // Техника машиностроения. - 2001. -№ 2. - С. 78 - 82.
2. Айрапетов, Э. Л. Совершенствование методов расчета нагруженности и прочности передач зацеплением [Текст] / Э. Л. Айрапетов // Техника машиностроения. - 2001. - № 2. -С. 8 - 34.
О 270 540 Нм 810 Т->
Рисунок 5 - Зависимость площади пятна контакта от нагрузки и перекоса осей колес
