CC BY
81
УДК 621.89.017
К. Н. Войнов, Ю. В. Балесный, Е. В. Самойлова, Е. В. Черток
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
В данной статье освещаются актуальные проблемы, связанные с наличием заусенцев на уже обработанных поверхностях, низкой надёжностью карданных валов, эффективным контролем смазочных материалов и перспективы внедрения нового типа шарового насоса.
заусенцы, кардан, шаровой насос, смазочные материалы, прибор, испытание, качество, надёжность.
Введение
Железнодорожный транспорт можно сравнить со сложным механизмом, который содержит большое количество пар трения, несущих конструкций, специальных электрических, электронных, гидравлических и пневматических устройств, приборов и пр. Поэтому возникают естественные проблемы с обеспечением стабильной работы всех составных частей и отдельных элементов подвижного состава в эксплуатации. Нельзя также забывать и о свойствах разнородных смазочных материалов, применяемых как в вагонах, так и в локомотивах.
В данной статье нет возможности осветить большинство оригинальных технических решений, которые имеют безусловную полезность для транспорта. Поэтому остановимся лишь на некоторых из них.
1 О заусенцах, появляющихся при обработке деталей
Механическая обработка (точение, фрезерование, сверление и др.) часто приводит к появлению заусенцев, например, при выходе сверла, отрезании заготовки, фрезеровании особенно мягких материалов и пр. Затраты по удалению появляющихся заусенцев весьма существенны. Этот процесс непроизводителен и трудоёмок для огромного количества производств. Известно, что даже при сквозном сверлении листов железа или дерева с противоположной стороны изделия образуются заусенцы. Они появляются и в случае, когда через просверленное отверстие проходит другое, перпендикулярно к нему расположенное. В разработанной и апробированной технологии обработки заусенцы вообще не появляются, что было проконтролировано на разных материалах, в том числе на нержавеющей стали (рис. 1, 2).
Рис. 1. Грани с заусенцами и края без заусенцев при использовании новой технологии фрезерования и сверления
Рис. 2. Наличие заусенцев при сверлении по типовой технологии и их отсутствие при внедрении новой технологии сверления
2 Разработка карданного вала для привода вагонного генератора
Рассчитана, спроектирована и изготовлена конструкция нового типа карданного телескопического вала, в которой использован принцип трения качения, а не скольжения. Кроме того, в разработанном варианте использована улучшенная смазка, герметизация которой в сопряжении обеспечена на 100 %. Этим гарантируется надёжная работа карданного вала такого типа в эксплуатации. В настоящее время он проходит длительные обкаточно-ресурсные испытания на заводе. Новая конструкция карданного вала запатентована.
3 Об эффективном экспресс-контроле смазочных материалов
Состав смазочных материалов оказывает существенное влияние на их свойства. Но практика показывает, что на рынке часто предлагаются фальсифицированные смазки, т. е. рекламируемые смазочные материалы не отвечают своему функциональному назначению. Неправильно подобранная смазка ухудшает работу пар трения и даже приводит к заметному снижению ресурса работы объекта. Например, при определённой частоте вращения вала смазка начнёт отрываться от поверхности трения и разлетаться в стороны, оставляя пару трения работать всухую. Это приводит к повышенному износу с появлением задиров и протеканием нежелательных химических окислительных реакций в зоне трения, росту температуры в области контакта и даже свариванию. Поэтому для контроля качества широкого класса пластичных смазочных материалов и их адгезионных свойств был разработан специальный прибор, на который получен патент (рис. 3).
Прибор содержит высокооборотный электрический двигатель 1, частота вращения выходного вала которого фиксируется датчиком 2, например датчиком Холла. При этом скорость вращения вала может плавно регулироваться (от 0 до 50 000 об/мин). Выходной вал через муфту 3 соединён с пустотелым цилиндрическим, например трёхступенчатым, образцом 4, что позволяет получать при вращении разную окружную скорость. На наружную поверхность образца, который находится внутри прозрачного стакана 7, наносится мерное количество смазочного материала.
Рис. 3. Схема прибора для контроля смазочных материалов:
1 - электрический двигатель; 2 - датчик Холла; 3 - муфта;
4 - пустотелый цилиндрический трёхступенчатый образец;
5 - электронные весы; 6 - основание; 7 - стакан;
8 - крышка стакана; 9 - опорная конструкция
Сверху стакан закрыт крышкой 8, чтобы смазочный материал не разлетался в стороны из зоны вращения образца. Стакан с крышкой установлен на точных электронных весах 5, размещённых на основании 6. Прибор может тестировать смазки как при повышенной, так и при
пониженной температуре. Анализ зависимости окружной скорости і-й ступени цилиндрического образца в зависимости от его диаметра рассчитывается по следующей формуле, м/с [1]:
%-d, -п
4 =
60
(1)
где di - диаметр і-й ступени цилиндрического образца, м; n - частота вращения вала двигателя, об/мин.
По формуле (1) была определена окружная скорость каждой ступени цилиндрического образца с помощью программного продукта Microsoft Excel при переменном значении диаметра образца: d1 = 0,3 м (рис. 4), d2 = = 0,2 м (рис. 5), d3 = 0,1 м (рис. 6).
ТАБЛИЦА 1. Анализ зависимости окружной скорости цилиндрического
образца от его диаметра
№ п/п п n, об/мин и1, м/с, при d1 = 0,3 м и2, м/с, при d2 = 0,2 м Из, м/с, при d3 = 0,1 м
1 600 9,42 6,28 3,14
2 800 12,56 8,37 4,19
3 1000 15,70 10,47 5,23
4 1200 18,84 12,56 6,28
5 1400 21,98 14,65 7,33
6 1600 25,12 16,75 8,37
7 3,14 1800 28,26 18,84 9,42
8 2000 31,40 20,93 10,47
9 2200 34,54 23,03 11,51
10 2400 37,68 25,12 12,56
11 2600 40,82 27,21 13,61
12 2800 43,96 29,31 14,65
13 3000 47,10 31,40 15,70
Выводы, полученные по результатам испытания нового прибора: чем больше диаметр і-й ступени цилиндрического образца, тем выше окружная скорость вращения этой ступени;
чем более жидкая консистенция смазочного материала, тем меньше частота вращения, при которой смазка начинает отрываться от вращающегося цилиндрического образца;
созданный прибор позволяет осуществлять экспресс-контроль качества и адгезионных свойств смазочных материалов быстро и эффективно, т. е. помогает потребителю защититься от подделок.
№ опыта
Рис. 4. График зависимости окружной скорости 1-й ступени цилиндрического образца от частоты вращения
№ опыта
Рис. 5. График зависимости окружной скорости 2-й ступени цилиндрического образца от частоты вращения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
№ опыта
Рис. 6. График зависимости окружной скорости 3-й ступени цилиндрического образца от частоты вращения
4 О шаровом объёмном насосе нового типа
Данный насос предназначен в первую очередь для перекачивания жидкостей, например масла, смазки, воды, нефти, крови и др. При этом основная задача - достижение большой величины подачи насоса при малых массогабаритных показателях и обеспечение полного выброса жидкости из рабочей камеры гидромашины. Технический результат достигается тем, что на ведущем диске, шарнирно соединённом с ведомым (ротором насоса), выпуклая часть при сближении дисков поворачивается и полностью выталкивает жидкость из рабочей камеры. Внутри шаровой формы корпуса есть ротор из двух ведущих полудисков и двух ведомых полудисков, шарнирно связанных друг с другом. Причём диски делят корпус на четыре сектора, тем самым образуя две рабочие камеры. Наружная рукоятка позволяет регулировать угол наклона ведомого диска к ведущему, таким образом обеспечивая реверс и величину производительности насоса. Ведущий диск с возможностью вращения закреплён на валу насоса, рабочие камеры заполнены рабочей жидкостью, штуцеры перекрываются только ведущим диском. При вращении вала насоса диски покачиваются относительно друг друга, при этом меняется величина объёма, заключённого между полудисками. Если объём рабочей камеры увеличивается, то происходит всасывание жидкости, а если уменьшается - нагнетание. Изменением положения рукоятки можно без остановки насоса поменять направление тока жидкости: всасывание изменить на вытеснение жидкой среды, а вытеснение - на всасывание (рис.
7).
а) б) в)
Рис. 7. Шаровой насос:
а - с плоскими дисками; б, в - с дисками специальной формы
Наконец, насос может весьма эффективно использоваться в объёмном гидроприводе локомотивов, а также работать как искусственное сердце. Проведённые испытания полностью подтвердили надёжность конструкции и перспективность для широкого применения. На принципиально новую конструкцию насоса получен патент на полезную модель [2].
Идеальная подача насоса определяется следующим соотношением,
м3/ч:
QI=60-V0-n,
-5
где V0 - рабочий объём насоса (идеальная подача за один цикл), м ;
n - частота рабочих циклов насоса (частота вращения вала), об/мин. Результаты расчётов идеальной подачи насоса с помощью программного продукта Microsoft Excel при переменном значении внутреннего радиуса насоса приведены на рис. 8; при переменном значении угла ср-1...22,5° (рис. 9); при переменном значении частоты вращения ротора n - на рис. 10.
R, м
Рис. 8. График зависимости идеальной подачи насоса от внутреннего радиуса его корпуса
Рис. 9. График зависимости идеальной подачи насоса от угла ф между осью ординат и осью ведомого диска насоса
Рис. 10. График зависимости идеальной подачи насоса от частоты вращения ротора насоса
При определении основных характеристик шарового насоса был проведён анализ соотношения массогабаритных показателей роторных объёмных насосов к их рабочему объёму, которое характеризует материалоёмкость и компактность гидромашин (табл. 2). Было выбрано по десять видов каждого типа роторных объёмных насосов и определены их габаритные объёмы Уг, мм :
Vv=L-B-H,
где L, B, H - габаритные размеры насоса, мм.
Затем был вычислен коэффициент К как отношение габаритного объёма V к рабочему объёму V0 насоса:
кЛ
V
Для определения параметра, по которому сравнивались объёмные насосы, был вычислен средний коэффициент Кср для каждого типа гидромашин.
На основании полученных данных, отображённых в таблице 2, была построена гистограмма (рис. 11), отражающая отношение массогабаритных показателей объёмных насосов к их рабочему объёму по каждому типу роторных объёмных насосов.
ТАБЛИЦА 2. Анализ соотношения массогабаритных показателей объёмных
насосов к их рабочему объёму
Насосы Габаритные размеры насоса Габаритн ый объём насоса Vr, см3 Рабочий объём нсоса V0, см3 и О- М1
L, мм B, мм H, мм
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Шаро вые Шр 80-22,5 84 84 84 592,704 90 0,1518 0,0768
Шр 80-10 84 84 84 592,704 40 0,0675
Шр 20-22,5 25 25 25 15,625 2 0,1280
Шр 20-10 25 25 25 15,625 0,7 0,0448
Шр 70-22,5 110 120 105 1386 55 0,0397
Шр 70-15 110 120 105 1386 40 0,0289
Акси- ально- порш- невые НПА 16/32 382 160 160 9779,2 16 0,0016 0,0037
НПА 4/32 290 134 134 5207,24 4 0,0008
НПА 32/32-01 382 160 160 9779,2 32 0,0033
МН 56/32 290 145 145 6097,25 56 0,0092
МГ 2.28/32 276 118 118 3843,024 28 0,0073
1НА4М-Ф 63/22 538 275 300 44385 63 0,0014
НАР-Ф 63/22 431 200 314 27066,8 63 0,0023
РНАС 32/35 338,2 246 240 19967,33 32 0,0016
РНАС 125/35 483,5 372 361,5 65020,11 125 0,0019
МГП 112/32 415 180 190 14193 112 0,0079
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Радиа- льно- порш- невые 50НР16 247 288 288 20487,17 16 0,0008 0,0013
50НР4 204 246 246 12345,26 4 0,0003
50НС6,3 315 246 246 19062,54 6,3 0,0003
50НС25 390 288 288 32348,16 25 0,0008
50НРР125С 587 380 458 102161,5 125 0,0012
50НРР500С(а) 903 500 592 267288 500 0,0019
50НРР250М(а) 853 445 530 201180,1 250 0,0012
НР2-170/32 652 710 805 372650,6 710 0,0019
НР2-900/32 799 710 805 456668,5 900 0,0020
НР2-1250/32 799 710 805 456668,5 1250 0,0027
НПл 25/16 128 128 200 3276,8 25 0,0076
НПл 40/6,3 200 154 154 4743,2 40 0,0084
НПл 80/16 276 160 160 7065,6 80 0,0113
Плас- НПл 5/16 200 135 135 3645 5 0,0014
НПл 12,5/16 200 135 135 3645 12,5 0,0034 0,0075
тин- чатые НПл 45/16 280 170 176 8377,6 45 0,0054
НПл 8/6,3 200 135 135 3645 8 0,0022
НПл 80/6,3 258 160 160 6604,8 80 0,0121
НПл 125/6,3 258 160 160 6604,8 125 0,0189
НПл 16/16 200 135 135 3645 16 0,0044
НШ 10-10-3 233 115 93 2491,935 10 0,0040
НШ 10Г-3 132 115 93 1411,74 10 0,0071
НШ 50У-3 197 155 134 4091,69 50 0,0122
НМШ 2-40-1,6/16-1 614 277 290 49322,62 18 0,0004
Шес- НМШ 32-10-18/6-1 895 480 581 249597,6 300 0,0012
терён- ные Ш 40-4-19,5/4-1 927 505 581 271986,4 325 0,0012 0,0033
Ш 80-2,5-37,5/2,5-10 1087 380 575 237509,5 625 0,0026
НМШ Ф0,6/25-0,25/25Ю-1 552 195 275 29601 2,78 0,0001
Ш 40-4-19,5/4-10 902 340 456 139846,1 325 0,0023
Ш 80-2,5-37,5/2,5-1 1115 380 665 281760,5 625 0,0022
АН1В1,6/5- 0,6/5Б-3 980 260 290 73892 10 0,0001
Вин- товые Н1В1,6/5- 0,1/1,6 1478 470 455 316070,3 12 0,0000
АН1В6/5-5/5К-3 1185 240 320 91008 56 0,0006 0,0015
А13В4/25- 3/25-1 945 305 395 113848,9 34 0,0003
А13В-16/25- 20/25-Б 1255 435 555 302988,4 120 0,0004
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Вин- товые А13В-16/25- 20/6,3 1215 395 515 247161,4 120 0,0005
А13В-4/25- 6,4/10 890 305 345 93650,25 38 0,0004
Н1В6/5-1/2,5-1 1715 125 125 26796,88 47 0,0018
Н1В80/5-32/4-1 2300 215 215 106317,5 730 0,0069
Н1В50/10- 25/10-Рп 3117 195 195 118523,9 425 0,0036
Ротор- SLR 0-10 253 138 160 5586,24 10 0,0018 0,0146
но- SLR 0-20 261 138 160 5762,88 20 0,0035
кулач- SLR 1-40 292 186 187 10156,34 140 0,0138
ковые SLR 5-125 793 508 567 228412,5 5560 0,0243
SLR 4-150 677 366 433 107289,6 3200 0,0298
SLR 1-25 280 186 187 9738,96 100 0,0103
SLR 2-40 337 224 221 16682,85 240 0,0144
SLR 2-50 349 224 221 17276,9 300 0,0174
SLR 3-40 430 289 297 36908,19 230 0,0062
SLR 3-80 452 289 297 38796,52 960 0,0247
насосы насосы насосы насосы
Рис. 11. Гистограмма, отражающая отношение массогабаритных показателей роторных объёмных насосов к их рабочему объёму
Заключение
Полученные значения идеальной подачи шарового насоса указывают на кубическую зависимость её от радиуса гидромашины, то есть с помощью данной конструкции можно получить весьма большую производительность при незначительном увеличении габаритов (внутреннего радиуса) насоса. Проанализировав полученные данные по роторным объёмным насосам, можно сделать следующие выводы: значение коэффициента Кср среди рассмотренных известных типов объёмных гидромашин самое высокое у роторно-кулачковых насосов ( Кср = 0,0146), но даже по сравнению с этим типом насосов у
совершенствуемого шарового насоса коэффициент Кср выше в пять раз ( Кср = 0,0768). Это свидетельствует о том, что при одинаковых значениях
габаритных размеров и частоты вращения ротора шаровых и роторнокулачковых насосов производительность шаровых гидромашин будет в пять раз выше.
Библиографический список
1. Детали машин / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 2002. - 25 с. - ISBN 5-217-03095-Х.
2. Пат. 79619 Российская Федерация, МПК F01C 3/00. Роторная объёмная машина / Дёжинов Б. А., Войнов К. Н., Черток Е. В. - № 2008130797/22; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 12. - 1 с.
Статья поступила в редакцию 30.04.2009;
представлена к публикации членом редколлегии Вал. В. Сапожниковым.
УДК 629.424.3:621.313.13 М. А. Г рищенко
АНАЛИЗ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В данной статье рассматриваются тепловой анализ тяговых электрических машин постоянного тока, а также компьютерное моделирование тепловых процессов в обмотке якоря. Помимо этого вносятся предложения по своевременной диагностике перегрева обмотки якоря тягового электродвигателя.
надежность тяговых электродвигателей, анализ теплового состояния обмотки якоря.
Введение
Работа любого преобразователя энергии, в том числе электрической машины, сопровождается потерями энергии. Тепло, создаваемое этими
