CC BY
69
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (64)
Выводы
1. Предложено решение задачи оценки газового давления в форме для случая установившегося движения газового потока по толщине стенки собственно формы при заливке последней металлом. В основу решение положено уравнения фильтрации Дарси-Лейбензона для недеформируемой пористой среды.
2. Другой важный результат полученного решения
- впервые стало возможно определение объемного расхода формовых газов через стенку формы расчетным путем, а также получение оценки требуемой величины пропускной способности М стенки формы и величины коэффициента К газопроницаемости формовочной смеси при известных исходных или закладываемых параметрах технологического процесса.
3. Полученные результаты несложно применить для проектирования форм и стержней и технологического процесса получения отливок без газовых раковин на специализированных машиностроительных предприятиях и в литейных цехах или участках.
Библиографический список
1. Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде./ М.-Л.: Гостехтеориздат, 1947. -283 с.
2. Медведев Я.И. Газовые процессы в литейной форме. / М.: Машиностроение, 1980. - 195 с.
3. Фильтрационные характеристики песчаных литейных форм и стержней. Типовые кривые газового давления в форме / Бондарев О.А., Медведев Я.И. // Омский научный вестник. — 2007. — вып.1(52) - С. 51-58 - Рус.
БОНДАРЕВ Олег Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики.
Дата поступления статьи в редакцию: 26.02.2008 г.
© Бондарев О.А.
УДК 6213 В. И. ГЛУХОВ
А. Н. ГОЛОВАШ С. Н. ДОЛЖИКОВ В. Г. ШАХОВ
Омский государственный технический университет Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики Омский государственный университет путей сообщения
ПРИМЕНЕНИЕ ЗАДАЧИ КВАЛИМЕТРИИ НА ПРИМЕРЕ КОЛЕСНЫХ ПАР ВАГОНОВ
В статье описывается применение квалиметрии на примере колесных пар грузовых и пассажирских вагонов. Обсуждаются проблемы выбора базовых поверхностей, осей и точек и возникающие про этом погрешности.
Современная система технического обслуживания вагонов невозможна без проведения качественного и своевременного контроля ее параметров в процессе эксплуатации [1]. Для проведения операций контроля используется множество различных средств измерений.
Основным движущимся элементом вагонов железнодорожного транспорта являются колесные пары, представляющие собой собственно колеса, жестко напрессованные на ось. Колесная пара и ее геометрические величины приведены на рис. 1, где отражены номинальные размеры, допуски, конусности и базовые области, относительно которых должны проводиться измерения.
Несмотря на кажущуюся простоту геометрии колесной пары, в нормируемые метрологические величины
включено большое количество размеров, что видно из чертежа. Главной особенностью измерений является то, что неверно заданы базовые поверхности, относительно которых должны производиться измерения. Кроме этого, большую роль играет профиль поверхности катания колеса, в том числе конусность и ширина гребня, препятствующего сходу колеса с рельса.
Профиль поверхности катания колес во многом определяет качество колесной пары и потери на трение, а также влияет на безопасность движения. Кроме того, дефекты контактной пары «колесо-рельс» в значительной степени влияют на энергетические затраты поездов, следовательно, на экономику железнодорожных перевозок.
Рассмотрим некоторые типы влияющих дефектов колесной пары на погрешности при измерениях. Один
из них — перекос колес относительно оси вращения колесной пары двух типов: с встречным (рис. 2) и односторонним перекосом (рис. 3).
Функцию измерительной базы выполняют одновременно две внутренние плоские грани ободьев колес. Поэтому база является скрытой, ее роль выполняет их плоскость симметрии, которая определяет начало координат в точке пересечения с общей осью для системы координат колесной пары.
Внутренние грани являются материальными носителями скрытой базы, или являются базами, от которых отсчитываются линейные координаты. Функции баз отсчета и измерительных баз определяют высокие требования как к точности формы (отклонение от плоскостности), к точности расстояния между гранями, так и к точности их углового расположения относительно общей оси (отклонение от перпендикулярности).
Из вышесказанного можно сделать вывод, что расстояние между внутренними гранями колес реальной колесной пары - это наименьший L . и наиболь-
1 шт
ший Lшax размеры расстояния между плоскостями, перпендикулярными общей оси колесной пары и касательными самых выступающих точек реальных поверхностей граней
Среди других нарушений геометрии колесных пар можно отметить следующие.
1. Разность диаметров колес. Появляется при неправильной комплектации колесных пар, когда технологические допуски колес проявляются с разными знаками.
2. Овальность круга катания колеса. Появляется при несоблюдении технологии обработки ободьев колес, которые обрабатываются независимо друг от друга, а также от несовершенства технологий и инструментов контроля.
3. Несовпадение осей вращения колес. Появляется при несоответствиях центровочных отверстий оси колесной пары в двух ее торцах.
4. Прочие дефекты кругов катания (выщербины на поверхностях катания, дефекты профилей вследствие нарушений технологий обработки, износы гребней).
5. Дефекты буксовых подшипников, в том числе геометрические, а также дефекты смазки (это предмет особого исследования, не входящего в рамки рассматриваемой проблемы).
При следовании поезда возникает множество частных задач, среди которых, кроме вышеозначенных проблем, появляются дополнительные ограничения:
— особенности пути следования и графика движения. Как известно, локомотивным бригадам перед поездкой выдаются инструкции по соблюдению ограничений по скорости и графиков движения. На этот график накладывается поездная ситуация и состояние светофоров. Бригады пытаются восстановить график движения путем маневрирования скоростью, но результаты маневрирования серьезно зависят от опыта машинистов и знания ими участка движения. При этом не учитываются особенности поезда, так как в противном случае задача становится принципиально неразрешимой;
— особенности самого поезда и способа его формирования. Вагоны в поезде могут быть разного типа, что влияет на динамику ведения. Например, наличие в поезде вагонов, наполненных жидкостью, серьезно меняет динамику вследствие колебаний жидкостей в вагонах. При торможениях вследствие зазоров в автосцепных устройствах появляется дополнительная составляющая (осадка), существенно влияющая на поведение поезда в целом;
— состояние пути, включая его геометрию и отклонения.
В результате, кроме факторов, определяющих геометрию колесных пар, появляется множество дополнительных факторов и величин, которые трудно учесть на практике, но в совокупности они могут значительно влиять на конечный результат. Результат в основном сводится к особенностям динамики движения вагона в виде дополнительных сил, действующих на колесные пары. Главная особенность этих сил — жесткая зависимость от скорости движения, т.е. от скорости вращения оси колесной пары.
Примем в качестве базовой модели прямолинейное равномерное движение поезда по идеальному пути. Под идеальным понимается путь, в котором рельсовое полотно представляется в виде двух горизонтальных прямых со строго определенной шириной колеи (расстоянием между рельсами, равным 1520 мм). На такой модели основные свойства динамики движения колесных пар определяются целиком их геометрическими характеристиками. Если колесная пара идеальна, то дополнительных сил не возникает. В противном случае появляются по крайней мере три основных составляющих сил, рассматриваемых в виде функций времени:
— вертикальная составляющая FB (1), действующая как ударное усилие, влияющее на буксовые подшипники и пружинные элементы в тележке вагона;
— горизонтальная составляющая FГ(t), в зависи-
Рис. 1. Колесная пара и ее геометрические величины
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (64) МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
45
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (64)
Рис. 2. Встречный перекос колес
Рис. 3. Односторонний перекос колес
мости от знака действующая в направлении движения или против него;
— осевая составляющая FO (1), направленная перпендикулярно вектору движения и действующая как на подшипники, так и непосредственно на рабочие поверхности колес.
В качестве очевидных предположений о влиянии вышеописанных дефектов можно сформулировать следующее. Динамическая функция силы зависит от совокупности дефектов колесных пар, связанных со всеми некорректными процедурами контроля, ремонта, сборки и текущей эксплуатации подвижных единиц.
Введенные функции могут участвовать в вычислении результирующей составляющей Fp (1) из очевидного соотношения:
■
Рр (0 = ^ РКО + VI (I) +
(1)
Главное, что вытекает из выражения (1), может сводиться к следующим промежуточным выводам.
1. Динамические составляющие воздействий зависят от скорости движения (т.е. от угловой скорости вращения оси колесной пары). Поэтому целесообразно нормировать (приводить) выражение (1) к скорости вращения колесной пары.
2. Существует базовая оценка подвижной единицы в виде нагрузки на ось, выражаемой в тоннах и изменяющейся в достаточно широких пределах, особенно для грузовых вагонов. В пассажирских перевозках масса вагона в порожнем и загруженном состоянии изменяется незначительно, что упрощает анализ.
3. Считаем, что представляемая динамическая модель линейна, т.е. может описываться системой линейных дифференциальных уравнений произвольного порядка с постоянными коэффициентами вида:
ауф _ а0а5 х(Х) аг а5 1 х(г)
л ае скг1
(2)
То же выражение может быть описано в рамках преобразования Лапласа, преобразуясь в алгебраическое уравнение с постоянными коэффициентами. Как известно [2], решение однородного дифференциального уравнения обычно ищется в виде показательных или тригонометрических функций. В нашем случае целесообразно приводить решение в тригонометри-
ческой форме, поскольку появляется возможность проводить исследования в частотной области.
Можно предварительный результат решения уравнения (2) качественно интерпретировать таким образом, что большинство дефектов колесной пары сосредоточено на основной частоте и кратных ей частотах (за исключением дефектов буксовых подшипников, в основном расположенных на более высоких, но коррелированных со скоростью вращения частотах), а соотношение трех составляющих может дать дополнительную информацию о виде дефекта.
Дополнительные исследования необходимо проводить при изменении профиля пути и динамики изменения тяги локомотива и движения поезда. Профиль пути в действительности описывается в трехмерных координатах, т.е. имеет 6 степеней свободы, сводящихся на практике к следующим оценкам:
— профиль пути, в основном характеризующий отклонение от горизонтали (подъем или спуск);
— вписывания в кривые , оценивающиеся радиусом закругления;
— уклоны в направлении, перпендикулярном оси движения (делаются специально на участках поворотов с целью предотвращения опрокидывания вагонов).
Кроме этих, присутствуют более мелкомасштабные составляющие, в частности, связанные с неи-деальностью пути, которая возникает в результате ошибок при ремонте и дефектов подстилающей части, а также существующими стыками между рельсами. Например, если в подушке рельсового полотна возникают пустоты под шпалами, они с течением времени под действием проходящих поездов увеличиваются, что приводит к серьезным динамическим воздействиям как на путь, так и на колесные пары.
Можно формализовать проблему исследования влияния дефектов колесных пар на динамику их работы следующим образом. Введем вектор коэффициента влияния 1-го дефекта, обозначив его через 01 . Вектор, в свою очередь, раскладывается на три составляющих, 01В, 01Г и 0Ю . Исходя из принципа Даламбера [3], можно считать, что для линейной системы, какой является колесная пара, результирующие составляющие усилий в трех независимых направлениях вычисляются как среднеквадратические:
(3)
(5)
Если теперь предположить, что существуют разные степени влияния дефектов на конечный результат, можно подкоренные составляющие нормировать относительно наибольшей составляющей. Предположим, горизонтальная составляющая из выражения (4) максимальна с индексом Л. Тогда нормирование состоит в делении всех членов суммы на эту величину:
9:г= ®:г / ®лг (6)
Полученные относительные величины можно проранжировать в порядке убывания, после чего выделить значимые величины по всем трем координатам. Для выделения значимости используется аппарат, рассмотренный в [4].
Вторая задача — разработка комплекса контрольно-измерительного оборудования линейных и угловых размеров колесных пар. Комплекс основан на знании ряда влияющих величин и на основании критериев обеспечения безопасности железнодорожных перевозок. Авторами на основе предложенной методики освоено мелкосерийное производство специализированного измерительного инструмента для соответствующих измерений [6].
Библиографический список
1. Вериго М. Ф., Коган А. Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. — М .: Транспорт, 1986.
2. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 1-3. В 2-х кн. Кн. 1.
М. : Машиностроение, 1994.
3. Владимиров В.С. Уравнения математической физики. — М. : Наука,1971.
4. Техническая диагностика и надежность железнодорожной техники ; под ред. А.Н. Головаша. — М. : «Спутник +», 2006.
5. Каталог средств измерений для предприятий вагонного грузового хозяйства. — Омск : ГУП Центр «Транспорт», 2006.
ГОЛОВАШ Анатолий Нойович, кандидат технических наук, генеральный директор научно-исследовательского института технологии, контроля и диагностики.
ГЛУХОВ Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и приборостроения Омского государственного технического университета, научный консультант научно-исследовательского института технологии, контроля и диагностики.
ДОЛЖИКОВ Сергей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Локомотивы» Омского государственного университета путей сообщения. ШАХОВ Владимир Григорьевич, кандидат технических наук, профессор кафедры автоматики и систем управления Омского государственного университета путей сообщения, научный консультант научно-исследовательского института технологии, контроля и диагностики.
Дата поступления статьи в редакцию: 25.04.2008 г.
© Головаш А.Н., Глухов В.И., Должиков С.Н., Шахов В.Г.
Книжная полка
Вивденко, Ю. Н. Технология восстановления и ремонта машин [Текст] : конспект лекций / Ю. Н. Вив-денко, С. А. Резин ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007. - 75 с. : рис., табл. - Библиогр.: с. 75.
Изложены основные понятия и закономерности основ технологии восстановления и ремонта машин на этапах выявления дефектов, расчета размеров деталей, понятия восстановительного слоя сваркой и газотермическим напылением и автоматизированного проектирования технологических процессов. Материалы конспекта лекций подготовлены с учетом опыта ремонтно-восстановительных производств в автотракторных, авиационных, нефтегазовых и других отраслях машиностроения.
По вопросам приобретения - (3812) 65-23-69 E mail: libdirector@ omgtu.ru.
621.9/Г12
Гаврилов, В. А. Оборудование машиностроительного производства [Текст] : конспект лекций / В. А. Гаврилов ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007. - 74 с. : рис., табл. - Библиогр.: с. 73.
Овладение методиками синтеза и анализа кинематических схем, точностных расчетов станка является важным вопросом подготовки специалистов — машиностроителей. В пособии рассмотрены основные теоретические положения кинематики металлорежущих станков, синтеза и анализа кинематической структуры и схем на основе принципов формообразования поверхностей деталей при механической обработке. Издание иллюстрировано схемами, рисунками, таблицами, графиками.
По вопросам приобретения - (3812) 65-23-69 E mail: libdirector@ omgtu.ru.
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (64) МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
