Разработка стенда с силовым фрикционным нагружением Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

1. Карасев, М. Ф. Коммутация коллекторных машин постоянного тока [Текст] / М. Ф. Карасев. - М.: Госэнергоиздат, 1961. - 224 с.

2. Карасев, М. Ф. Дальнейшее развитие теории оптимальной коммутации машин постоянного тока [Текст] / М. Ф. Карасев, В. П. Беляев, В. Н. Козлов / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1967. - Вып. 78. - 176 с.

3. Авилов, В. Д. Методы анализа и настройки коммутации машин постоянного тока [Текст] / В. Д. Авилов. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 237 с.

4. Толкунов, В. П. Теория и практика коммутации машин постоянного тока [Текст] / В. П. Толкунов. - М.: Энергия, 1979. - 224 с.

5. Вегнер, О. Г. Теория и практика коммутации машин постоянного тока [Текст] / О. Г.Вегнер. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 272 с.

6. Исмаилов, Ш. К. Настройка коммутации тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 электровозов ВЛ10: Методика и технология корректировки зазоров под дополнительными полюсами тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 [Текст] / Ш. К. Исмаилов / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2000. - 28 с.

7. Исмаилов, Ш. К. Повышение ресурса изоляции электрических машин подвижного состава: Монография [Текст] / Ш. К. Исмаилов. - Омск, 2007. - 391 с.

8. Авилов, В. Д. Методика нормирования качества коммутации в тяговых электрических машинах [Текст] / В. Д. Авилов, Ш. К. Исмаилов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 2 (10). - С. 2 - 7.

9. Харламов, В. В. Применение теории подобия при моделировании износа коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя [Текст] / В. В. Харламов, П. К. Шкодун, А. В. Долгова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. -№ 4 (8). - С. 57 - 62.

10. Харламов, В. В. Диагностирование состояния коммутации коллекторных электродвигателей с использованием прибора ПКК-5М [Текст] / В. В. Харламов, П. К. Шкодун, А. П. Афонин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 3 (7). - С. 52 - 57.

УДК 621.822.6

А. В. Бородин, Т. В. Вельгодская, Н. А. Белоглазова

РАЗРАБОТКА СТЕНДА С СИЛОВЫМ ФРИКЦИОННЫМ НАГРУЖЕНИЕМ

Описана оригинальная конструкция устройства для экспериментальных исследований, включающая в себя узел радиального нагружения в виде упругого кольца постоянного или переменного сечения.

В практике нашли применение устройства, например, для испытания подшипников качения, в которых радиальное и осевое нагружение осуществляется ручными винтовыми и поршневыми насосами, посредством которых создается необходимое давление масла. Используются также стенды с рычажной системой нагружения, в которой радиальное нагру-жение производится грузами через рычаги и передается на консольно установленные подшипники, осевое же нагружение на них обычно осуществляется пружинами [1 - 4]. Получили распространение стенды, в которых радиальная нагрузка создается с помощью гидростатической системы и передается на корпус испытываемых подшипников через поршень рабочего цилиндра [5]. Используемые устройства включают в себя источник питания и передаточные механизмы к испытательным головкам, что усложняет их конструкцию. Кроме этого требуются дополнительные устройства для имитации пульсационного нагружения и регулирования скорости вращения подшипников и не предусмотрена возможность испытания подшипников в различных рабочих средах. Это снижает технические возможности

стендов для испытания подшипников качения. Авторами разработан стенд, в котором эти недостатки сведены к минимуму.

Разработанное устройство включает в себя герметичный корпус, в котором размещены испытываемые подшипники и узел радиального нагружения, выполненный в виде упругого кольца, контактирующего с ведущим валом и втулками испытываемых подшипников [6]. Для создания пульсации радиального нагружения упругое деформированное кольцо может быть выполнено с переменным радиальным сечением.

Стенд для испытания подшипников качения (рисунок 1) содержит корпус 1, в котором размещены упругое кольцо 22, контактирующее с ведущим валом 14 посредством ролика 20 и втулками 3 и 19 испытываемых подшипников 2 и 18. Каждый испытываемый подшипник установлен на цапфе 16, выполненной эксцентрично относительно оси вала 6, размещенного через уплотнительное кольцо 4 и втулки скольжения 5 в опорах 7, герметично закрепленных на корпусе 1. К корпусу 1 герметично крепится крышка 23. На другом конце вала 6 закреплено червячное колесо 9, находящееся в зацеплении с червяком 8, с помощью которого можно установить требуемое радиальное нагружение путем деформирования кольца 22. Ролик 20 прикреплен к ведущему валу, один конец которого через уплотни-тельное кольцо 10 посажен в подшипник 11 в корпусе 1 и соединяется с полумуфтой 12, а другой конец - в подшипник 21 в крышке 23. Вал 14 ролика 20 через вторую полумуфту 15 соединен с валом электродвигателя 13. Для создания пульсирующего нагружения упругое кольцо 22 может быть выполнено с переменным радиальным сечением. До установки кольца 22 производится его тарировка, заключающаяся в приложении контролируемой нагрузки к втулкам, имитирующим ролик 20 и втулки 3 и 19, и контроле геометрического размера деформированного кольца, например, его максимального наружного размера.

Перед началом работы на стенде производится настройка радиального нагружения испытываемых подшипников 2 и 18 путем деформации упругого кольца 22 на требуемую величину поворотом эксцентриковых цапф 16 с помощью червячных пар. При включении электропривода 13 через полумуфты 12 и 15 приводится во вращение ведущий вал 14, который посредством ролика 20 за счет сил трения приводит в движение деформированное упругое кольцо 22 и втулки 3 и 19 испытываемых подшипников. По условиям испытания герметичный корпус 1 можно заполнить через клапан 17 рабочей средой, например, инертным газом, жидким смазочным материалом, и установить требуемое нагружение испытываемых подшипников 2 и 18 упругим кольцом 22 путем поворота цапф 16 на различные углы с помощью червячных пар.

20 19 18

б

Рисунок 1 - Продольный разрез стенда (а) и его поперечное сечение (б)

№ 2012

а

Изложим методику расчета прочности и несущей способности фрикционной передачи с упругим кольцом, используя теоретические положения работ [7 - 9]. Ввиду симметрии действия радиальных сил Р на кольцо со стороны втулок расчетная схема кольца представлена в виде полукольца со средним радиусом Я, высотой сечения h и шириной Ь (рисунок 2). Уравнение продольных перемещений сечений полукольца имеет вид:

( 6

Ж {ф) = D1 {ф-Б1пф) + D2 1 - СОБф--

\ 2

+

3

ф

ф — б1п ф + — собФ 22

+

+

PR:

ЕК

1 - соб {ф- а)- ф - а б1п {ф- а)

(1)

где Е - модуль упругости материала колец; 1Х - момент инерции сечения полукольца; У(ф) - радиальное перемещение оси полукольца; 0(ф) - угол поворота сечения полукольца; Q(ф) - поперечная сила в сечении полукольца; f - коэффициент трения в сопряжении «кольцо - вал».

Коэффициенты D1, D2, D3 определяются из следующей системы граничных уравнений:

Ж {ж) = 0;

®(ф) = {ж {ф) + Ж11 {ф)) / Я; П{ф) = Е1Х {ж11 {ф) + Ж1Г {ф)) / Я.

(2)

Рисунок 2 - Расчетная схема кольца

Решение системы (2) дает следующие выражения для коэффициентов:

D

РЯ:

ЕГ

{л-а) б1п а + соб а - 1

ж

D2 =--соБа;

2 Е1х

РЯ3 ж-а . Е1Х ж

(3)

Dз =

Б1па.

Радиальное перемещение полукольца определяется как

А р = V {ф = а) = -Ж1 {ф= а).

(4)

Подставляя коэффициенты D1, D2, D3 в уравнение (4), получаем:

PR

A D =-

p EL

( 1 V п

cos2 а

а(п-а) 2п

sin2 а

п sin acosa 1

—cos а +-+ —

2 2 п

PR'3 EK

Ф [а]. (5)

Из геометрических соотношений можно определить зависимость между радиальным перемещением полукольца и размерами элементов передачи (рисунок 1,а и рисунок 2). При нулевой деформации кольца

J0

аъ =

(Dk + Dp )2 +(Dg + h)2 -(Dp + h)2

2 ( Dp + Dg ) + 2h

(6)

п

а = — + arctg

Г d° - h - Dg Л Dk - Dg

(7)

При создании натяга, например, за счет увеличения диаметра кольца | dk = + Лd£ ) в местах контакта кольца с втулками радиальные перемещения рассчитываются по формуле:

А = Adi Ap 2

(1 - cosa).

Приравнивая выражения (5) и (8), получим:

P =

AdjEIx (а)

(1 - cosa).

Изгибающий момент в сечениях кольца определяется выражением:

EL

Mx W = -f W1 (ф) + Wm (ф) R

Максимальный момент имеет место в сечениях ф = 0 :

(8)

(9)

(10)

M

= D1EIx / R2 = PR

(п - а)si^ + cosa -1

п

= PRK (а).

Максимальное нормальное напряжение находится как

Mmax 6 PR w , max - K(а).

Wx bh

2

(11)

(12)

Для оценки несущей способности передачи определим усилие прижима кольца к ведущему ролику и крутящий момент на входном валу передачи:

Т = 2П(ф = 0) = 2В2Е1Х /Я3 = 2Рсобя; (13)

Mg = TfтрDg /2.

(14)

Выполнение узла радиального нагружения испытательного стенда в виде упругого кольца, контактирующего с ведущим валом и втулками испытываемых подшипников, упрощает конструкцию стенда, расширяет его технические возможности и делает его компактным. Для этого не требуется посторонних источников питания, таких как давление масла и воздуха или рычажные системы с грузами. Это дает возможность снизить себесто-

имость изготовления устройства. Так, например, при изготовлении стенда для подшипников качения с наружным диаметром до 120 мм предлагаемое решение позволяет снизить трудоемкость изготовления приблизительно в 2,5 раза.

Размещение подшипников в герметичном корпусе позволяет проводить испытания в различных средах и в вакууме. Устройство отличает простота обслуживания.

Список литературы

1. Фролов, К. В. Динамика и прочность машин [Текст] / К. В. Фролов, Б. А. Левин, П. С. Анисимов // Машиностроение: Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 2008. - 656 с.

2. Бородин, А. В. Усовершенствование роликовой буксы грузового вагона [Текст] / А. В. Бородин, Е. Н. Кулинич, Ю. А. Иванова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 2 (2). - С. 15 - 20.

3. Бородин, А. В. Повышение несущей способности зубчатой передачи тягового редуктора тепловоза [Текст] / А. В. Бородин, Д. В. Тарута, Т. В. Вельгодская // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 3 (3). - С. 7 - 11.

4. Бородин, А. В. Устройства букс железнодорожного подвижного состава для восприятия рамной силы [Текст] / А. В. Бородин, Ю. А. Иванова, М. И. Ковалев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. - № 1 (5). - С. 2 - 6.

5. Решетов, Д. Н. Машины и стенды для испытания деталей [Текст] / Д. Н. Решетов - М.: Машиностроение, 1979. - 344 с.

6. Пат. 1525526 (СССР), МКИ G01М 13/04. Стенд для испытания подшипников качения [Текст] / А. В. Бородин, Н. X. Хамитов. № 4396985/25-27; заявл. 23.03.88, опубл. 30.11.89. Бюл. № 44.

7. Белый, В. Д. Прочность и устойчивость стержневых систем [Текст] / В. Д. Белый // Омский политехн. ин-т. - Омск. 1981. - 82 с.

8. Беленький, Д. М. Теория надежности машин и металлоконструкций [Текст] / Д. М. Беленький, М. Г. Ханукаев. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2004. - 608 с.

9. Бородин, А. В. Влияние модификации поверхностей сопряжения на несущую способность соединения с натягом [Текст] / А. В. Бородин, И. Л. Рязанцева // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 1 (1). - С. 15 - 20.

УДК 629.421 (621.436 + 621.313.12)

В. Т. Данковцев, Р. Ю. Якушин, В. К. Фоменко, Д. А. Титанаков

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО ПРОГРЕВА

СИСТЕМ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ОТ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

В статье представлена разработанная стационарная установка для прогрева тепловозных дизелей от котельных установок в холодное время года.

Работа направлена на повышение эффективности использования дизельного топлива при прогреве тепловозов за счет снижения работы дизеля на холостом ходу.

В осенне-весеннее и особенно в зимнее время года возникает необходимость прогрева теплоносителей в системах тепловозных дизелей (вода, масло, топливо) для поддержания необходимого температурного уровня узлов дизеля, обеспечения безотказности его запуска, герметичности соединений, нормальных условий смазки подшипников скольжения, надежности работы топливной аппаратуры и т. д.

Как правило, прогрев систем тепловозных дизелей в настоящее время обеспечивается за счет теплоотдачи при работе силовых установок. При таком способе прогрева продолжи-