CC BY
96
Транспорт
оо ее I
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4
m
14. Ivankova L.N., Ivankov A.N., Fufacheva M.V. Razvitie metodov etapnogo ovladeniya perevozkami na dvukhputnykh liniyakh pri obrashchenii dlinnosostavnykh gruzovykh poezdov: monografiya [Development of methods of staged mastering of transportation in double-track lines when handling long-haul freight trains: a monograph]. Magnitogorsk, 2012, 144 p.
15. Ivankova L.N., Ivankov A.N., Fufacheva M.V. Uchet zaderzhek dlinnosostavnykh poezdov pod obgonami pri vybore opti-mal'noi etapnosti udlineniya stantsionnykh putei [Accounting for delays of long trains under overtaking when choosing the optimal phasing of lengthening station tracks]. Zheleznodorozhnyi transport Publ., 2008, No.2, pp. 24-26.
16. Ivankov A.N., Ivankova L.N., Fufacheva M.V. Opredelenie zaderzhek gruzovykh poezdov na promezhutochnykh stantsiyakh uchastka [Determination of delays of freight trains at intermediate stations of the section]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2011, No.2 (49), pp. 92-96.
17. Ivankova L.N. Ivankov A.N., Kunygina L.V. Otsenka zaderzhek poezdov na podkhodakh k rekonstruiruemym stantsiyam [Estimation of train delays at approaches to stations under reconstruction]. Deposited manuscript No. 9-V2017. 18.01.2017.
18. Simulation of the vibration of the carriage asymmetric parameters in mathcad / V.E. Gozbenko et al. // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. ^ 11. № 23. С. 11132-11136.
Информация об авторах
Authors
Фуфачева Марина Валерьевна - к. т. н., доцент кафедры «Эксплуатация железных дорог», Красноярский институт железнодорожного транспорта - филиал Иркутского государственного университета путей сообщения, г. Красноярск, e-mail: [email protected]
Fufacheva Marina Valer'evna- Ph.D. in Engineering Sciences, Assoc. Prof. of the Subdepartment of Railway Operation, Krasnoyarsk Institute of Railway Transport, a branch of the Federal State Institution of Higher Education "Irkutsk State Transport University", Krasnoyarsk, e-mail: [email protected]
Для цитирования
Анализ задержек подвижного состава при организации пропуска по участку длинносоставных поездов / М. В. Фуфачева // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2018. - Т. 60, № 4. - С. 79-87. - Б01: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).79-87
УДК 621.33
For citation
Fufacheva M. V. Analysis of delays of the rolling stock in the organization of handling long-component trains in a section [ Analysis of delays of the rolling stock in the organization of handling long-component trains in a section]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2018, Vol. 60, No. 4, pp. 79-87. DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).79-87
DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).87-92
Е. Ю. Дульский, И. О. Лобыцин, Е. А. Милованова, П. Ю. Иванов
Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация Дата поступления: 26 сентября 2018 г.
ПРОБЛЕМА НАДЕЖНОСТИ КОЖУХОВ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ «ЕРМАК»
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы проблемы надежности механической части при эксплуатации электровозов серии «Ермак». Предметом исследования стал кожух зубчатой передачи в металлическом исполнении электровоза серии «Ермак», исправность которого зависит, в большей степени, от жесткости пути. Расположение кожуха зубчатой передачи на электровозе определяет его условия эксплуатации, при которых высокий уровень внешних нагрузок неизбежен. Одним из основных параметров, определяющих техническое состояние кожуха, является его целостность и недопущение образования трещин. Анализ повреждений элементов конструкции кожуха зубчатой передачи показывает, что самой распространенной их причиной является образование трещин на поверхности кожуха, которые могут привести к частичному или полному разрушению кожуха зубчатой передачи. В результате возможно повреждение самой зубчатой передачи и колесно-моторного блока в целом. В случае образования трещин на поверхности кожуха происходит его отправка на неплановый ремонт.
Для предотвращения образования трещин на кожухе зубчатой передачи предложено применение систем автоматического проектирования с целью создания и анализа методом конечных элементов твердотельной объемной модели кожуха зубчатой передачи. Предложенная система обеспечит выяснение причин образования трещин и позволит внести предложения для их предотвращения. Статья представляет интерес для специалистов в области ремонта и технического обслуживания механической части электроподвижного состава железных дорог.
_Ключевые слова: кожух зубчатой передачи, анализ надежности._
E. Yu. Dul'skii, I. O. Lobytsin, E. A. Milovanova, P. Yu. Ivanov
Irkutsk State Transport University, Irkutsk, the Russian Federation Received: September 26, 2018
THE PROBLEM OF RELIABILITY OF GEAR TRANSMISSION CASINGS OF ELECTRIC LOCOMOTIVES OF THE "ERMAK" SERIES
© Е. Ю. Дульский, И. О. Лобыцин, Е. А. Милованова, П. Ю. Иванов, 2018
87
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018
Abstract. The article considers the problems of reliability of the mechanical part during the operation of electric locomotives of the Ermak series. The subject of the study was the gear transmission casing in the metallic version of the electric locomotive of the Er-mak series, the serviceability of which depends, to a greater extent, on the track rigidity. The location of the gear transmission casing in the electric train determines its operating conditions, under which a high level of external loads is inevitable. One of the main parameters deter-mining the technical condition of the casing is its integrity and the prevention of the formation of cracks. An analysis of the damage to the components of the gear transmission casing shows that the most common cause is the formation of cracks on the casing surface, which can lead to partial or complete destruction of the gear wheel joint. As a result, it is possible to damage the gear transmission itself and the wheel-motor unit as a whole. In the case of cracks on the casing surface, it is sent to an unscheduled repair.
To prevent the formation of cracks on the gear transmission casing, the authors proposed to use automatic design systems in order to create and analyze the solid-state 3D model of the gear transmission casing, using the finite element method. The proposed system will provide determining the reasons of the formation of cracks and allow introducing proposals for their prevention. The article is of interest to specialists in the field of repair and maintenance of the mechanical part of the railway rolling stock Keywords: gear transmission casing, reliability analysis.
Введение
В условиях рыночной экономики и растущей конкуренции на поставки железнодорожной техники для ОАО «РЖД» существенно повышается актуальность снижения стоимости жизненного цикла железнодорожной техники в целом и локомотивов в частности [1-3]. А стоимость жизненного цикла локомотивов формируется, в основном, расходами на содержание в работоспособном состоянии деталей и узлов локомотива. При этом затратными являются ремонт и восстановление элементов механической части локомотива.
В статье приведен статистический анализ и первые шаги к повышению надежности наиболее слабых, с этой точки зрения, элементов механической части электровозов на примере кожуха зубчатой передачи. Практическая ценность темы заключается в том, что приведены данные по одному из самых распространенных электровозов, эксплуатируемых на ВСЖД и приписанных к ст. Ви-хоревка, - «Ермак» [4].
Анализ надежности кожуха зубчатой
передачи
Для решения задачи повышения надежности работы кожуха в первую очередь необходимо про-
анализировать статистику отказов. На рис. 1 приведена наглядная информация о количестве неплановых ремонтов электровозов серии «Ермак» за 2017 год [5].
Исходя из представленного на рис. 1 статистического материала за 2017 г. эксплуатации можно сделать следующий вывод: наиболее проблемной частью, в плане возникновения непредвиденных неисправностей, является экипажная часть и механическое оборудование электровоза. Ремонт этих частей электровоза занимает более 25 % от общего количества неплановых ремонтов, это наибольшее значение среди всех подверженных неисправностям частей электровоза.
Экипажная часть и механическое оборудование электровоза подразделяется на колесную пару и прочее в следующих пропорциях, представленных на рис. 2.
По рис. 2 видно, что элемент «колесная пара» занимает более 80 % в общем количестве неплановых ремонтов экипажной части и механического оборудования электровозов. Следовательно, возникает необходимость более глубокого анализа неплановых ремонтов элемента «колесная пара», представленного на рис. 3.
I Электрооборудование 1ТЭД
| Тормозное ы пневматическое оборудование Вспомогательные машины
I Электронная аппаратура (БУВИП, МСУД и т.д.) Прочее оборудование
Приборы безопасности
Экипажная часть и механическое оборудование
Рис. 1. Количество неплановых ремонтов электровозов серии «Ермак» в депо за 2017 г.
Рис. 2. Количество неплановых ремонтов элемента «экипажная часть и механическое оборудование» электровозов в депо за 2017 г.
Из рис. 3 следует, что основной причиной такого большого количества неплановых ремонтов как колесной пары, так и всей экипажной части и механического оборудования является кожух тяговой зубчатой передачи. При этом нужно учесть два варианта исполнения кожухов тяговой зубчатой передачи, эксплуатируемых на электровозах серии «Ермак», а именно металлические и композиционные [6-9]. Количество неплановых ремонтов кожухов зубчатой передачи в металлическом
исполнении за 2017 г. - 222 единицы, а композитных - 36 единиц, при том, что на общее количество кожухов в 4200 единиц приходится примерно 700 композитных кожухов, то есть композитные кожухи эксплуатируются по отношению к металлическим в соотношении 1 к 5. Для выяснения причин возникновения такого большого количества неплановых ремонтов на рис. 4 представлен статистический анализ причин возникновения неплановых ремонтов кожухов зубчатых передач.
I Кожух тяговой зубчатой передачи Бандаж
МОП
| Тяговая зубчатая передача
Буксовые подшипники
Рис. 3. Количество неплановых ремонтов элемента «колесная пара» в 2017 г.
■ Трещины КЗП
■ Разрушение КЗП | Излом болта МЗО
■ Отсутствие болта МЗО
■ Отсутствие болта М42
| Излом проушины
I Отсутствие резьбы в бонке
Рис. 4. Причины выхода из строя кожуха зубчатой передачи в 2017 г.
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018
Из рис. 4 видно, что самой распространенной причиной выхода из строя является образование трещин на поверхности кожуха зубчатой передачи, которые, при несвоевременном обнаружении, могут привести к полному разрушению данного элемента, в результате чего возможно повреждение зубчатой передачи или колесно-моторного блока в целом. В случае своевременного обнаружения трещин кожуха происходит отправка на неплановый ремонт [10-12].
На рис. 5 представлены основные неисправности металлических кожухов зубчатых передач.
После проведения исследований условий возникновения трещин было выявлено, что на образование трещин в основном влияют условия
при которых эксплуатируется кожух зубчатой передачи [13]. Поэтому одним из решений данной проблемы является применение систем автоматического проектирования с целью создания и анализа методом конечных элементов твердотельной объемной модели кожуха зубчатой передачи.
Применение предложенной системы обеспечит выяснение причин образования трещин и позволит внести предложения для их предотвращения. В связи с этим применение подобных систем является актуальным направлением исследований.
На рис. 6 представлена модель кожуха зубчатой передачи электровоза серии «Ермак», выполненная в среде Autodesk Inventor.
Л
ШЯг^ШЯШ
Рис. 5. Основные неисправности кожухов зубчатых передач
Рис. 6. Модель кожуха зубчатой передачи электровоза серии «Ермак», выполненная
в среде Autodesk Inventor
Транспорт
оо ео I
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2018, vol. 60, no. 4
Создание трехмерной твердотельной модели кожуха зубчатой передачи электровоза, с целью последующей оценки его напряженно-деформированного состояния, осуществляется с использованием программной среды под наименованием Autodesk Inventor.
Autodesk Inventor - система трехмерного твердотельного и поверхностного параметрического проектирования (САПР) компании Autodesk, предназначенная для создания цифровых прототипов промышленных изделий. Инструменты Inventor обеспечивают полный цикл проектирования и создания конструкторской документации. Autodesk Inventor поддерживает различные методы моделирования трехмерных моделей любой сложности. Можно сочетать твердотельное и поверхностное моделирование. При этом пользователю доступны различные методы создания и редактирования трехмерных объектов.
Чтобы обеспечить сохранность геометрической формы элементов, построение выполняется на основании альбома чертежей для механической части электровоза серии «Ермак» [14, 15].
В дальнейшем планируется расчет кожуха зубчатой передачи в различных режимах движения и предложение альтернативных исполнений узлов крепления кожуха зубчатой передачи с целью снижения возникновения неисправностей.
Заключение
Таким образом, статистический анализ позволил выявить основную причину возникновения неплановых ремонтов кожухов зубчатых передач -образование трещин. Предлагаемая система автоматического моделирования с применением метода конечных элементов позволит смоделировать работу кожуха в различных режимах движения и определить причины возникновения трещин.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Школьный М.И., Амедов Г.Г., Демченко И.П. Кожухи зубчатых передач. Проблемы и альтернативные конструкции // Вестник ВЭлНИИ. 2017. № 2 (76). С. 43-51.
2. Механическая часть тягового подвижного состава: учебник для вузов ж.-д. транш./ Бирюков И.В., Савоськин А.Н., Бурчак Г.П. и др. М. : Транспорт, 1992. 440 с.
3. Надежность электрических машин тягового подвижного состава / В.Н. Иванов, Д.В. Коноваленко и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. № 1. С. 196-198.
4. Инновационная технология повышения надежности и продления ресурса электрических машин тягового подвижного состава / А.М. Худоногов и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. 4 (36). С. 102-108.
5. Факторный анализ по безопасности движения за 12 месяцев 2016/2017 гг. по Восточно-Сибирскому филиалу. ООО «ЛокоТех-Сервис» СЛД «Братское».
6. Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К) Ермак. ИДМБ.661142.009РЭ : руководство по эксплуатации. Новочеркасск : Изд-во НЭВЗ, 2004 год. 1357 с.
7. Шалаев А.С., Гордиенко А.В. Возможные неисправности электрических машин // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки : сб. ст. XXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 10(24). URL: http://sibac.info/archive/technic/10(24).pdf (дата обращения: 01.12.2018).
8. Смирнов В.П., Ефремов Е.В., Пехметов И.С. Анализ причин отказов тяговых двигателей НБ-514 ВСЖД // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке : тр. Третьей междунар. науч. конф. творч. молодежи. Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2003. Т. 1. С. 61-65.
9. Находкин В.М., Яковлев Д.В., Черепашенец Р.Г. Ремонт электроподвижного состава. М. : Транспорт, 1989. 295 с.
10. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М. : Транспорт, 1999. 230 с.
11. Устройство и ремонт электровозов и электропоездов: учебник для нач. проф. образования / под ред. Грищенко А.В. М. : Академия, 2008. 320 с.
12. Дульский Е.Ю. Совершенствование технологии ремонта магнитной системы остовов тяговых двигателей электровозов // Вестник ИрГТУ. 2012. № 4. (63). 347 с.
13. Воробьев В.Е., Кучер В.Я. Прогнозирование срока службы электрических машин. Письменные лекции. СПб. : СЗТУ, 2004. 56 с.
14. Электровоз 3ЭС5К. Альбом чертежей. М. : ВЭлНИИ, [2011].
15. Грищенко Л.В., Козаченко Е.В. Новые электрические машины локомотивов. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп., 2008. 271 с.
REFERENCES
1. Shkol'nyi M.I., Amedov G.G., Demchenko I.P. Kozhukhi zubchatykh peredach. Problemy i al'ternativnye konstruktsii [Gear housings. Problems and alternative designs]. Vestnik VElNII, 2017, No. 2 (76), pp. 43-51.
2. Biryukov I.V., Savos'kin A.N., Burchak G.P. et al. Mekhanicheskaya chast' tyagovogo podvizhnogo sostava: uchebnik dlya vuzov zh.-d. transp. [The mechanical part of the rolling stock: a textbook for universities of railway transport]. In Biryukov I.V. (ed.). Moscow: Transport Publ., 1992, 440 p.
3. Ivanov V.N., Konovalenko D.V., Olentsevich D.A., Sidorov V.V., Lytkina E.M. Nadezhnost' elektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava [Reliability of electric traction vehicles]. Nauchnyeproblemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka [Scientificproblems of transport in Siberia and the Far East], No.1, 2008, pp. 196-198.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 4 (60) 2018
4. Khudonogov A.M., Lytkina E.M., Dul'skii E.Yu. Innovatsionnaya tekhnologiya povysheniya nadezhnosti i prodleniya resursa el-ektricheskikh mashin tyagovogo podvizhnogo sostava [Innovative technology to increase reliability and extend the life of electric traction rolling stock]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 4 (36), 2012, pp. 102-108.
5. Faktornyi analiz po bezopasnosti dvizheniya za 12 mesyatsev 2016/2017 gg. po Vostochno-Sibirskomu filialu. OOO «Loko-Tekh-Servis» SLD «Bratskoe» [Factor analysis of traffic safety for the 12 months of 2016/2017 in the East-Siberian branch. Loko-Tech-Service LLC. SLD Bratskoye].
6. Rukovodstvo po ekspluatatsii. Elektrovoz magistral'nyi 2ES5K (3ES5K) Ermak. IDMB.661142.009RE [Operation manual. Main electric locomotive 2ES5K (3ES5K) Ermak. IDMB.661142.009RE]. Novocherkassk: NEVZ Publ., 2004, 1357 p.
7. Shalaev A.S., Gordienko A.V. Vozmozhnye neispravnosti elektricheskikh mashin [Possible malfunctions of electric cars]. Nauch-noe soobshchestvo studentov XXI stoletiya. Tekhnicheskie nauki: sb. st. po mat. XXV mezhdunar. stud. nauch.-prakt. konf. [Scientific community of students of the XXI century. Engineering science: Coll. Art. on the materials of the XXV Intern. stud. scientific and practical conf.], No. 10(24).
8. Smirnov V.P., Efremov E.V., Pekhmetov I.S. Analiz prichin otkazov tyagovykh dvigatelei NB-514 VSZhD [Analysis of the causes of failures of traction engines NB-514 VSVD]. Nauchno-tekhnicheskoe i ekonomicheskoe sotrudnichestvo stran ATR v XXI veke: Trudy tret'ei mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii tvorcheskoi molodezhi [Scientific - technical and economic cooperation of the APR countries in the XXI century: Proceedings of the third international scientific conference of creative youth]. Khabarovsk: DVGUPS Publ., 2003, Vol. 1, pp. 61-65.
9. Nakhodkin V.M., Yakovlev D.V., Cherepashenets R. G. Remont elektropodvizhnogo sostava: Uchebnik dlya tekhnikumov zheleznodorozhnogo transporta [Repair of electric rolling stock: A textbook for technical schools of railway transport]. In Nakhod-kinV.M. (ed.). Moscow: Transport Publ., 1989, 295 p.
10. Metodicheskie rekomendatsii po obosnovaniyu effektivnosti innovatsii na zheleznodorozhnom transporte [Methodical recommendations on the justification of the effectiveness of innovations in railway transport]. Moscow: Transport Publ., 1999, 230 p.
11. Grishchenko A.V., Strekopytov V.V., Rolle I.A. Ustroistvo i remont elektrovozov i elektropoezdov: uchebnik dlya nach. prof. obrazovaniya [Installation and repair of electric locomotives and electric trains: a textbook for the initial prof. education]. In Grishchenko A.V. (ed.). Moscow: Publishing centre «Akademiya», 2008, 320 p.
12. Dul'skii E.Yu. Sovershenstvovanie tekhnologii remonta magnitnoi sistemy ostovov tyagovykh dvigatelei elektrovozov [Improving the technology of repairing the magnetic system of the cores of electric locomotive traction engines]. VestnikIrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. In Golovnykh I.M. et al. (ed.). Irkutsk: IrGTU Publ., 2012, No.4 (63), 347 p.
13. Vorob'ev V.E., Kucher V.Ya. Prognozirovanie sroka sluzhby elektricheskikh mashin. Pis'mennye lektsii [Predicting the life of electric cars. Written lectures]. In Sadchikov I.N. (ed.), 2004, 56 p.
14. Elektrovoz 3ES5K. Al'bom chertezhei [Electric locomotive 3ES5K. Album of drawings]. VElNII-OKhCh (JSC "All-Russian Research and Design Institute of Electric Locomotives" OEP).
15. Grishchenko L.V., Kozachenko E.V. Novye elektricheskie mashiny lokomotivov: Uchebnoe posobie dlya vuzov zh.-d. transporta [New electric cars of locomotives: A manual for universities of railway transport]. Moscow: SEI "Educational and methodical center for education in railway transport" Publ., 2008, 271 p.
Информация об авторах
Authors
Дульский Евгений Юрьевич - к. т. н., доцент кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: [email protected]
Лобыцин Игорь Олегович - аспирант кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: [email protected]
Милованова Евгения Алексеевна - к. т. н., доцент кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: [email protected]
Иванов Павел Юрьевич - к. т. н., старший преподаватель кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: [email protected]
Dul'skii Evgenii Yur'evich - Ph.D. in Engineering Science, Assoc. Prof., the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected]
Lobytsin Igor' Olegovich - Ph.D. student, the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected]
Milovanova Evgeniya Alekseevna - Ph.D. in Engineering Science, Assoc. Prof. of the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected]
Ivanov Pavel Yur'evich - Ph.D. in Engineering Science, Asst. Prof. of the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: [email protected]
Для цитирования
Дульский Е. Ю. Проблема надежности кожухов зубчатой передачи электровозов серии «Ермак» / Е. Ю. Дульский, И. О. Лобыцин, Е. А. Милованова, П. Ю. Иванов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2018. - Т. 60, № 4. - С. 87-92. - Б01: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).87-92
For citation
Dul'skii E. Yu., Lobytsin I. O., Milovanova E. A., Ivanov P. Yu. Problema nadezhnosti kozhukhov zubchatoi peredachi elektrovozov serii «Ermak» [The problem of reliability of gear transmission casings of electric locomotives of the "Ermak" series]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System analysis. Modeling], 2018, Vol. 60, No. 4, pp. 87-92. DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).87-92
