Научная статья на тему 'Разработка средств обеспечения надежности работы информационно- измерительных систем на железнодоро- жном транспорте'

Разработка средств обеспечения надежности работы информационно- измерительных систем на железнодоро- жном транспорте Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
29
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Архангельский С. В., Гунин В. А., Пономарев Ю. К., Калакутский В. И., Нарузбек С. В.

Приведен критический анализ мирового опыта использования различных средств виброзащиты информационно-измерительных систем, приборов и оборудования, эксплуатирующихся на подвижных транспортных объектах. Показана высокая эффективность повышения надежности средств виброударозащиты с помощью виброизоляторов с упругими элементами, работающими на принципах конструкционного демпфирования тросовых, многослойно-ленточных, из опрессованного проволочного материала МР.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Архангельский С. В., Гунин В. А., Пономарев Ю. К., Калакутский В. И., Нарузбек С. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Разработка средств обеспечения надежности работы информационно- измерительных систем на железнодоро- жном транспорте»

С. В. Архангельский, В.А. Гунин, Ю.К. Пономарев, В.И. Калакутский,

С. В. Нарузбек, А. С. Котов, М.В. Медников, Н.В. Медников, А.Е. Евсигнеев

НПЦ ИИФОТРАНС, г. Самара

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

Приведен критический анализ мирового опыта использования различных средств виброзащиты информационно-измерительных систем, приборов и оборудования, эксплуатирующихся на подвижных транспортных объектах. Показана высокая эффективность повышения надежности средств виб~ роударозащиты с помощью виброизоляторов с упругими элементами, работающими на принципах конструкционного демпфирования - тросовых, многослойно-ленточных, из опрессованного проволочного материала МР.

In article the critical analysis of world experience is given for using of various vibroisolation means for the informational and measuring systems, devices and equipment, that are maintaining at the mobile transport objects. High efficiency of increased reliability for the vibro- and shockisolation means with the help of vi-broisolators with the elastic elements, that working on principles constructional damping is shown. The elastic element can be made from rope, metallic multilayered - tape, and from previously pressed, wire material MR.

История развития техники показывает, что надежность информационно-измерительных систем на железнодорожном транспорте тесно связана с проблемой вибрационной доводки. Большая часть вибрационных дефектов деталей и узлов может быть успешно устранена еще на стадии проектирования за счет грамотного применения демпфирования колебаний с помощью специальных устройств - виброизоляторов и демпферов с конструкционным демпфированием. Практика показывает, что традиционные средства виброзащиты - резиновые или резинометаллические амортизаторы - часто не обеспечивают требуемых параметров снижения вибраций и ударов. Резина заметно изменяет свои упругодемпфирующие характеристики при изменении температуры, подвержена ускоренному старению под влиянием радиации, растворяется в химически агрессивных средах. -

Последние два десятка лет в отечественном транспортном машиностроении, в аэрокосмической технике широко используются средства виброзащиты на основе опрессованного нетканого проволочного материала - так называемого «металлического аналога резины», или материала МР [1-3]- Из этого материала создано большое количество виброизоляторов. В основе их работы заложена идея рассеяния энергии колебаний объекта за счет взаимного проскальзывания проволочек с трением при деформировании упругих элементов. Виброизоляторы из материала МР имеют довольно высокие демпфирующие характеристики, однако стоимость этих средств виброзащиты достаточно высока.

В мировой практике кроме средств виброзащиты на

основе материала МР имеется широкий класс изделий с упругими элементами в виде многослойных элементов с регулярной структурой -металлических канатов

(тросов), пакетов стержней, колец, лент [4-12]. Имея распределенный по линиям или площадям контакт

фрикционных пар трения, такие виброизоляторы являются более стабильными в работе. Кроме того, регулярная структура

Р и с. 1. Системы виброзащиты электронной аппаратуры на базе тросовых элементов, серийно выпускаемые ОАО «Сигнал»

(г. Энгельс, Россия)

упругих элементов спосооствует созданию более точных расчетных моделей виброизоляторов при их нагружении. Опыт проектирования указанных средств виброударозащиты накоплен как иностранными фирмами - германской «Биэр-СИос»,

французской «ЭосНес»,

американской «ЕшсНпе», так и отечественными предприятиями и научными центрами - самарским государственным

аэрокосмическим университетом,

НПЦ ИНФОТРАНС (г. Самара),

ОАО «Сигнал» (г. Энгельс).

Из российских фирм, использующих тросовые

виброизоляторы для виброзащиты приборов и датчиковой

аппаратуры на авиационном

транспорте, следует назвать

Энгельсское опытно-

конструкторское бюро «Сигнал» им, А. И.Глухарева. Эта организация использует криволинейные отрезки многожильного троса, зажимаемого в специальных разъемных обоймах, упруго соединяющих приборы с вибрирующим основанием (рис. 1).

' ГНП РКЦ «ЦСКБ-

ПРОГРЕСС» совместно с Самарским государственным аэрокосмическим университетом и НПЦ ИНФОТРАНС уже давно занимается разработкой перспективных виброизоляторов с регулярной структурой на основе тросов и пакетов лент.

Для подвески электронных блоков и бортовой автоматизированной системы контроля условий транспортирования изделий космической техники (КТ) по железной дороге применялись тросовые виброизоляторы, показанные на рис. 2.

С их помощью были защищены системные блоки ЭВМ, мониторы, блоки питания бортовых автоматизированных систем (БАС), клавиатуры операторов и другие элементы аппаратуры. Эти же типы виброизоляторов после успешного опыта применения в ГНП РКЦ “ЦСКБ-ПРОГРЕСС” начали применяться в НПЦ ИНФОТРАНС (г. Самара) для подвески электронных блоков и бортовых автоматизированных систем в путеизмерительных компьютеризированных вагонах-лабораториях, вагонах-лабораториях по диагностике контактной сети железных дорог, в путеизмерительных автомотрисах, в специальных вагонах ЗАО “Циркон-Сервис” (г. Москва). Эти средства виброзащиты удачно сочетают в себе высокие противоударные и виброзащитные характеристики в широком диапазоне частот при сравнительно низком коэффициенте усиления на резонансе (2,0...2,5). Они просты по конструкции, имеют малые габариты и массу, обладают стабильными характеристиками, практически не нуждаются в техническом обслуживании, могут работать в глубоком вакууме, в агрессивных средах (пыль, пары масла, бензина, кислот) без снижения эксплуатационных характеристик.

Отличительной особенностью разработанных виброизоляторов является то, что все они изготавливаются из одного цельного отрезка троса в виде предварительно сформированного на специальной оправке упругодемпфирующего элемента с требуемым количеством возвратных петель (рис. 3). Возвратные петли легко заделываются в разъемных обоймах виброизоляторов.

Р и с. 2. Примеры разработанных авторами конструктивных схем тросовых вибро изоляторов

Упругие элементы некоторых типов виброизоляторов, показанных на рис. 1, также приведены на рис. 3.

В виброизоляторе цилиндрического типа [8] тросовый элемент 1 возвратными петлями укладывают в пол у цилиндрические постели планок 2 обоймы с разъемом 3 (рис. 4). Затем устанавливается верхняя планка 4 разъемной обоймы, которая скрепляется воедино пистонами с резьбовыми отверстиями для крепления в ибро изолятора.

Создан модульный ряд типоразмеров цилиндрических виброизоляторов на номинальные нагрузки 2,5; 5,0; 10,0; 50,0 и 100 кгс. Для приведенных на рис. 1 других типов тросовых виброизоляторов также созданы модульные ряды с номинальными нагрузками от 0,125 кгс до 10 кгс с крепежной резьбой М4, М5, Мб, М8 и М10.

Пространственные схемы некоторых типов тросовых виброизоляторов: 1 - концы троса; 2 - рабочие участки упругого элемента виброизолятора

Т Р и с. 3. Схема формирования упругого элемента тросового виброизолятора: ] - оправка; 2 • стержни; 3 - возвратные петли, заделываемые в обоймах вибро изолятора;

4 - рабочие участки троса

Кроме вышеописанной концепции конструирования создана группа виброизоляторов, в которой упругий элемент имеет квазинепрерывную упругую линию. Осуществляют эту технологию следующим образом [5, 10]. Для формирования упругофрикционных элементов используют стандартный многожильный трос (канат) с центральной прямолинейной жилой 1 и шестью навитыми на жилу 1 винтовыми жилами 2. Каждая из жил 1 и 2 может быть изготовлена (свита) из определенного ГОСТом количества проволок, например, семи, двенадцати, тридцати семи и т.д.

На первом этапе (рис. 5) исходный трос распускается на отдельные пряди - центральную 1 с прямолинейной осью и наружные пряди 2 с винтовой осью с шагом винтовой линии внешней пряди троса I.

На втором этапе (рис. 6) выбирают одну из прядей с винтовой упругой линией достаточной длины и сворачивают ее в кольцо с некоторым средним диаметром О, длина дуги которого достаточна для того, чтобы обеспечить в дальнейшем участки заделки как минимум в четырех местах обойм виброизолятора, и при этом оставить рабочие участки, воспринимающие нагрузки виброизолятора.

Затем оставшуюся свободной спиралеобразную прядь навивают последовательно на образовавшееся кольцо (см. рис. 6 а, 6, в). После заполнения всего спиралеобразного пространства кольца витками свободной спиральной пряди полу-

Р и с, 4. Схема расположения петель упругого элемента цилиндрического виброизолятора [9] в его разъемных обоймах: 1 - рабочий участок троса; 2 - нижняя планка верхней обоймы; 3 - плоскость разъема обойм; 4 - верхняя планка обоймы

Р и с. 5. Первый этап технологии: расплетание троса на пряди

чается замкнутое тросовое кольцо, представляющее собой винтовой тор Мебиуса с единственным разъемом. Если стык тросовой пряди в месте I опаять припоем, то тор, свитый из одной пряди, будет иметь единственную непрерывную поверхность, что характеризует поверхности Мебиуса.

При сборке виброизолятора с использованием изготовленного по предлагаемой технологии у пру го демпфирующего элемента применяются разъ- 2

емные обоймы, состоящие из двух однотипных крышек 4-5 и 6-7 (рис. 7) с полуцилиндрическими постелями для зажима участков троса, соединенных между собой с помощью болтов 8 и гаек 9. В нижней части болтов 8 имеется шляпка 10 с потайной головкой, а в верхней части болтов - квадратная головка 11 для удобства монтажа при заворачивании гаек 9. Там же имеется отверстие для контровочной проволоки 12.

При создании виброизолятора с 4-мя упругими рабочими участками тросового элемента 13-16 обоймы выполняют прямоугольными в плане (рис. 7). При создании виброизоляторов с числом упругих рабочих участков, равным 2 х к,

обоймы должны иметь к выступов с полуцилиндрическими постелями для зажима участков троса.

Созданы также модульные ряды виброизоляторов с пакетами лент и стержней б в [11, 12], служащие для

Р и с. 6. Второй этап: последовательная свивка винтовой пряди в замкнутое

КОЛЬЦО

А-А

'16

Р и с. 7. Конструкция тросового в ибро изолятора с четырьмя упругими элементами

создания виброзащитных систем большой грузоподъемности. Разработаны методики расчета упругогистерезисных характеристик виброизоляторов с использованием конечно-элементного комплекса «А^ЧЗУЭ».

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Ермаков А.И., Пономарев Ю.К., Котов А.С., Медников М.В. Использование материала МР для виброизоляции и шумоглушения в технике И Новые материалы и технологии в машиностроении: Сб. науч. тр. Вып. 2. Брянск, 2003, С. 31-34.

Бузицкий В.Н., Сойфер А.М. Цельнометаллические упругодемпфирующие элементы, их изготовление и применение Н Вибрационная прочность и надежность авиационных двигателей: Труды КуАИ. Вып. 29. Куйбышев: КуАИ, 1965. С. 259-266. ■ '

.1. Л с СССР № 183174. МПК В21Г 21/00. Способ изготовления нетканого материала МР из металлической проволоки./ Л.М. Сойфер, В.Н. Бузицкий, В.Л. Перший,

4. Автоматизированные средства контроля параметров рельсовой колеи на базе ваго но в-лабораторий / Под ред.

С.В. Архангельского, В.Б. Каменского В.П. Конакова; Самара: Самар, науч. центр РАН, 2002. 236 с.

5 Пат. РФ № 2179667, МКИ П6Р 7/14. Тросовый виброизолятор / В.А. Антипов, В,А. Гунин, В.И. Калакутский.

Ю.К Пономарев и др. БИ № 5, 2002.

Г) Пат. РФ № 2200884, МКИ ГІ6Р 7/14. Виброизолятор /10.К. Пономарев, В.А. Гунин, В.И. Калакутский. БИ № 8, 2003.

7 Чегодаев Д Е-, Пономарев Ю.К. Демпфирование. Самара: Изд-во СГАУ, 1997. 334 с.

8. Пат. РФ № 2082039, МІЖ П6Г 7/14 / Ю.К.Пономарев, П.А.Калугин, В.И.Крайнов, С.И.Сократов и др. Опубл. в БИ № 17, 1997.

У. Пат. РФ № 2044190, МПК ГІ6Р 7/14 / Ю.К.Пономарев, В.И.Крайнов, С.И.Сократов, С.А.Горев и др. Опубл. в БИ № 26, 1995.

10. Паг. РФ № 2199683. Способ изготовления упругофрикционных элементов тросовых виброизоляторов / Ю.К. Пономарев, С.В. Архангельский, В.А, Гунин, В.И. Калакутский. БИ № 6, 2003.

11. Пат. РФ № 2179664, МПК Пбїї 1/22 / Ю.К.Пономарев, В.А, Гунин, В.И.Калакутский и др. Опубл. в БИ № 5, 2002.

12. Пат. РФ№ 2200884, МПК Н6Р 7/00 / Ю.К.Пономарев, В.А.Гунин, В.И.Калакутский. Опубл. в БИ № 5, 2002.

УДК 621.892

С.В. Архангельский, В.А. Гунин, Ю.К. Пономарев, В.И. Калакутский,

И.В. Медников, А. С. Котов, М.В. Медников, О.Б. Симаков

ИПЦ ИНФОТРАНС, г. Самара

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

ТРОСОВОГО ВИБРОИЗОЛЯТОРА ПРОСТРАНСТВЕННОГО НАГРУЖЕНИЯ

ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Results of development of a design and settlement model loading steel rope vibroinsulator with structural damping for protection of information-measuring systems exploited in severe constraints of vibration and impacts on transport are resulted.

Приведены результаты разработки конструкции и расчетной модели нагружения тросового виброизолятора с конструкционным демпфированием для защиты информационно-измерительных систем, эксплуатирующихся в жестких условиях вибрации и ударов на транспорте. "

В настоящее время в различных областях техники для защиты приборов и оборудования от вибрации и ударов широко применяются тросовые виброизоляторы цилиндрического типа с

винтовым расположением троса между двух разъемных планок (рис. 1). Разработкой таких виброизоляторов в разное время занимались: Карло Камосси, Хей, Лекуч, Керлей, Лоуренс в США ^ 1 -4], а также ряд авторов в нашей стране [5-11]. Исследование данного типа виброизоляторов показало, что они обладают различными упрогодемпфирующими характеристиками по трем взаимноперпендикулярным направлениям. Разными авторами предпринимались попытки конструктивного исправления анизотропии характеристик виброизоляторов путем установки специальных ограничителей деформации, профилированных дефлекторов (рис. 1 г, б), специальной навивки троса между обоймами (рис. 1 а, в). Однако в большинстве случаев данные конструктивные усовершенствования не приводили к созданию изотропных виброизоляторов.

Рис* 1, Иностранные разработки тросовых виброизоляторов пространственного нагружения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.