дипломная работа. Буксовый узел
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
5 ABSTRACT Буксовый узел - это узел подвергший постоянным статическим и динамическим напряжения. Так же буксовый узел является не подрессоренной частью локомотива. В данном дипломном проекте на построенной модели действующего буксового узла производится прочностной расчет. После анализа исследования были выявлены места максимального напряжения. В данных местах была изменена геометрия модели буксового узла. После чего были произведены повторные исследования, которые показали что прочность буксового узла увеличилась, за счет уменьшения напряжения внутри корпуса буксы. Далее на модели буксового узла с повышенной надежностью проводились операции по облегчению данного узла, для уменьшения её воздействия на железнодорожный путь. Axlebox node is the node who constant static and dynamic stress. Also axlebox node is not the sprung part of the locomotive. In this thesis project is built on the model of the current axle unit is strength calculation. After the analysis of the survey identified the locations of maximum stress. In these places has changed the geometry of axle unit. Followed by repeated studies that have shown that the strength of the axle unit increased, by reducing the voltage inside the enclosure boxes. Further on the model of axle unit with high reliability operations to facilitate this node to reduce its impact on the railway track. СОДЕРЖАНИЕ 6 ВВЕДЕНИЕ………………………………………………….………………… 6 1 АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ БУКСОВОГО УЗЛА ТЕПЛОВОЗА 2ТЭ116…………………………………………………………………………7 2 АНАЛИЗ БУКСОВОГО УЗЛА……………………………………………10 2.1 Буксовый узел и его классификация ………………………………… 10 2.2 Чертежи деталей буксового узла тепловоза 2ТЭ116……….........…… 11 2.3 Конструкция буксового узла тепловоза 2ТЭ116………………..…… 14 2.4 Нагрузки буксового узла тепловоза 2ТЭ116………………………..… 16 2.5Прочность и жесткость корпусов поводковых букс………………..… 17 2.6 Материал буксового узла тепловоза 2ТЭ116………………………… 19 3 ПОСТРОЕНИЕ 3D МОДЕЛИ БУКСОВОГО УЗЛА………………….20 3.1 Описание программы SolidWorks………………….…………………. 20 3.2 Построение деталей модели буксового узла………………….……… 21 3.3 Сборка модели буксового узла………………….………………….… 25 3.4 Разрезы сборки буксового узла тепловоза 2ТЭ116…………………. 27 4 ПРОЧНОСТНОЙ АНАЛИЗ 3D МОДЕЛИ БУКСОВОГО УЗЛА ТЕПЛОВОЗА 2ТЭ116….….….….….….…..….….….….….….….….…......29 4.1 Постановка условий задач для исследования….….…….….…….…. 29 4.2. Анализ полученных результатов.….….….….….….….…..….…..…. 31 4.3 Модернизация буксового узла тепловоза 2ТЭ116….….….….….…. 36 4.3.1 Анализ исследуемого объекта по повышению надежности 36 7 узла............................................................................................................... 4.3.2 Модернизация модели....................................................................... 36 4.3.3 Облегчение модели буксового узла с повышенной надежностью............................................................................................... 41 4.3.4 Анализ буксового узла с учетом повышения надежности и его облегчения................................................................................................... 45 5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ......................................48 5.1 Общие требования охраны труда............................................................ 48 5.2 Требования охраны труда перед началом работы................................. 55 5.3 Требования охраны труда во время работы.......................................... 57 5.4 Требования охраны труда по окончании работы.................................. 65 6 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ.................................................................... 66 6.1 Роль экономики на железнодорожном транспорте.............................. 66 6.2 Общая характеристика показателей оценки экономической эффективности технических решений......................................................... 67 6.3 Определение затрат на внедрение и реализацию технического решения 69 6.4 Определение экономического эффекта от внедрения экономического решения .............................................................................. 73 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….75 8 Список использованных источников………………………………….......76 ВВЕДЕНИЕ 9 Железная дорога играет одну из важных ролей в экономическом плане нашей страны. Одна из самых главных задач ОАО РЖД это доставка груза и пассажиров по всей стране, и при этом должна соблюдаться полная безопасность движения, сохранность пассажиров и груза, а так же сохранность окружающей среды на территории принадлежащей данной организации. Самая главная задача, из выше перечисленных - безопасность движения, так как из-за не соблюдения безопасности движения последствиями могут стать сходы подвижного состава, аварии и тому подобное, в следствие чего могут быть жертвы и порча перевозимого груза, а так же загрязнение окружающей среды вредными веществами. Для того что бы безопасность движения была соблюдена, существуют Правила Технической Эксплуатации, для локомотивных хозяйств и технологические процессы установленного образца для ТМХ сервиса. Локомотив-это совокупность различных электрических и механических устройств, некоторые из них находятся под постоянной нагрузкой. Один из таких узлов это букса. Буксовый узел один из важнейших элементов экипажной части подвижного состава. Буксы передают вертикальные (вес локомотива) и горизонтальные силы (силы тяги и торможения, а так же поперечные силы, от набегания на рельс) между рамой тележки и колесными парами. Кроме того, буксы ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно рамы тележки. Совокупность действующих сил определяется конструкцией буксового узла, которая должна обеспечивать прежде всего безопасность движения, эксплуатационную долговечность подшипников не менее 1,8 миллионов километров пробега. Задача данной дипломной работы заключается в произведение прочностного расчета буксового узла тепловоза 2ТЭ116, для модернизации деталей данного узла в местах больших внутренних напряжений. 1 АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА В ЭКСПЛУАТАЦИИ 10 Что бы как то понимать какие неисправности возникают у буксового узла и какова причина их возникновения мы обратимся к статистики неисправностей буксовых узлов в локомотивных депо Забайкальской Железной дороги за последние два года . Проведя анализ неисправностей была взята статистика за 2014 год (рисунок 1.1) и 2015 год (рисунок 1.2). Рисунок 1.1 – Статистика неисправностей за 2014 год Из диаграммам можно сделать вывод что основными неисправностями являются неисправности колец подшипников и ослабление торцевого крепления. Так же большой проблемой является недостаток (излишек) смазки, технологический нагрев, неисправности подшипников, трещины или изломы внутреннего или наружного колец подшипников, неправильный подбор подшипников, неисправности сепараторов. 0 5 10 15 20 25 30 Ослабление торцевого крепления Неправильный подбор подшипников Недостаток (излишек) смазки Неисправности колец подшипников Коррозия, задиры подшипников Неисправности сепараторов Технологический нагрев Трещины, излом наружного и внутреннего колец Другие неисправности буксового узла 11 Рисунок 1.2 – Статистика неисправностей за 2015 год Так же имеются такие неисправности как трещины, изломы, отколы корпусов, передних и задних крышек, поводков буксовых узлов. Данная проблема возникает из-за максимальных нагрузках на детали. По данным статистики неисправностей данного узла (рисунок 1.3) видно, что 56 % неисправностей возникают при эксплуатации, 30 % при ремонте в ТМХ сервисе, 11 % деградационный износ, 2 % Истек срок гарантии ТР - 3 и СР, и лишь 1 % неисправностей из-за заводского ремонта. Отсюда можно сделать вывод что 56 % отказов буксовых узлов происходи при не соблюдение Правила Технической Эксплуатации локомотивными бригадами, так же 30 % при не соблюдении технологических процессов ремонта буксового узла на ремонте в ТМХ сервисе. 0 5 10 15 20 25 30 Неисправности колец подшипников Ослабление торцевого крепления Недостаток (излишек) смазки Технологический нагрев Коррозия, задиры подшипников Трещины, излом наружного и внутреннего колец Неправильный подбор подшипников Неисправности сепараторов Другие неисправности буксового узла 12 Р исун ок 1.3 – При чин ы неис прав ност ей букс овог о узла 11% 1% 56% 30% 2% Деградационный износ Заводской ремонт Эксплуатация Ремонт в ТМХ сервис Просрочка гарантии от ТР-3 и СР 13 2 АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА 2.1 Буксовый узел и его классификация Буксовый узел – это узел, который состоит из корпуса буксы с крышкой, подшипника и уплотнительных устройств. Его назначением служит передача нагрузок от подрессоренной массы кузова и тележек на шейки осей колесных пар, а также силы тяги и силы торможения, боковых усилий от колесных пар на раму. Так же, буксовые узлы ограничивают поперечные и продольные перемещения колесной пары относительно рамы локомотива. Конструкция буксового узла различается по способу передачи вертикальных нагрузок, передачи тяговых и тормозных усилий, а также по типу подшипников и другим характеристикам. Основные требования относящиеся к буксовым узлам в зависимости от эксплуатации следующие: удобство сборки и разборки при техническом обслуживание и ремонте, экономичность при обслуживание, предотвращение загрязнения окружающей среды, надежность, жесткость, ударная стойкость при эксплуатации и возможность проведения технической диагностики при наименьшем вмешательстве в эксплуатационный процесс. Буксы, применяемые на локомотивах, можно разделить на три основных типа, отличающихся по конструкции: челюстные, бесчелюстные и с цилиндрическими направляющими. В данном дипломном проекте будут рассматриваться бесчелюстные буксовые узлы. Бесчелюстные буксы. Эти буксы имеют связь с рамой тележки через буксовые поводки. Буксовые узлы выполняют двух типов: одноповодковые (тепловозы ЧМЭ2, ЧМЭЗ, ТЭМ21) и двухповодковые (тепловозы 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ116, ТЭП60, ТЭП70 и другие.). Поводки снабжены шарнирами с резинометаллическими элементами, допускающими упругие вертикальные и поперечные перемещения букс. 14 Различие между конструкцией бесчелюстных букс разных серий тепловозов отличают в основном друг от друга формой корпуса и посадочных гнезд для пружин. 2.2 Чертежи деталей буксового узла тепловоза 2ТЭ116 Данный узел состоит из: • поводка буксы (рисунок 2.1); Рисунок 2.1 – Чертеж поводка буксы • Роликоподшипника (рисунок 2.2); Рисунок 2.2– Чертеж роликоподшипника 15 • Корпуса буксового узла (рисунок 2.3); Рисунок 2.3– Чертеж корпуса буксового узла: а– вид снизу; б– вид спереди; в– вид сверху а б в 16 • задней крышки (рисунок 2.4); Рисунок 2.4– Чертеж задней крышки • Передней крышки (рисунок 2.5); Рисунок 2.5 – Чертеж передней крышки 17 • Внутреннего и наружного дистанционного колец (рисунок 2.6). Рисунок 2.6–Чертеж дистанционных колец: а– внутреннее кольцо; б– наружное кольцо 2.3 Конструкция буксового узла тепловоза 2ТЭ116 Конструкция буксового узла зависит от срока службы и сил действующих на него. Таким образом, к корпусам буксового узла предъявляются следующие требования: 1) Достаточная прочность, обеспечивающая надежную эксплуатацию в течение всего срока службы локомотива; 2) Низкая масса. Исходя из данных условий выбора буксового узла подбирают подходящий. Буксовый узел тепловоза 2ТЭ116 является поводковой (бесчелюстной), такие буксы полностью исключают трение и скольжение в узле. Конструкция буксового узла предоставленная на рисунке 2.7. Корпус буксы 9 двумя кососимметрично расположенными поводками 2 соединен с рамой тележки. Валики поводков крепятся к корпусу буксы и раме тележки посредством клиновых соединений и болтов 1. Литой корпус буксы имеет два боковых опорных кронштейна(крыла) для установки пружины рессорного подвешивания тележки. В цилиндрическую расточку корпуса буксы установлены по скользящей посадке до упора в заднюю крышку 6 два роликовых подшипника и между ними дистанционное кольцо 10. Кроме того, потолок корпуса буксы выполнен в виде свода переменного сечения с а б 18 увеличенной толщиной в верхней части, что приводит не только к более равномерному распределению нагрузки между роликами, но и к увеличению числа роликов, находящихся в рабочей зоне. Рисунок 2.7–Буксовый узел На предподступичную часть оси до упора в галтель надето с натягом лабиринтное кольцо 3. Лабиринтное кольцо образует с задней крышкой 6 четырехкамерное лабиринтное уплотнения буксы. Внутренние кольца подшипников насаживают на шейку оси вместе с дистанционным кольцом 11. Для предотвращения сползания внутренних колец с шейки оси служит стопорное кольцо 12. В передней крышке 17 монтируется осевой упор качения одностороннего действия, содержащий упорный шарикоподшипник, одно кольцо, которое установлено на торцевой проточки оси, а другое на упоре 19. В целях предотвращения раскрытия упорного подшипника он постоянно прижат к торцу оси колесной пары. Усилие создает пружина 18, действующая на подшипник через упор 19. При снятии крышки 17 осевой упор удерживается в 19 ней стопорным кольцом 14. Между упором и крышкой установлен амортизатор 16, представляющий собой две металлические пластины толщиной 2 мм, с привулканизированным к ним резиновым элементом. К передней крышке приварен кронштейн 13 для присоединения гасителя колебаний. 2.4 Нагрузки буксового узла тепловоза 2ТЭ116 Буксами называют узлы ходовой части, предназначенные для передачи через подшипники 2 ( рисунок 2.8) вертикальной нагрузки Р ( от веса локомотива на вращающиеся оси колесных пар, а также для передачи продольно горизонтальных ( тяговых F или тормозных B) сил от буксовых шеек 1 колесных пар через раму движущемуся составу. P F B У 1 2 Рисунок 2.8– Силы действующие на шейку оси и подшипник буксы Одновременно буксы воспринимают и передают на раму боковые усилия У, направляющие движение колесной пары в кривых участках пути. Вертикальная нагрузка на буксы обычно передается через упругие элементы 1 (пружины). Буксы могут соединяться с рамой локомотива или тележки различными путями. В последнее время применяются на тепловозах поводковые (бесчелюстные) буксы, которые связаны с рамой шарнирными поводками 2( рисунок 2.9) и могут перемещаться не только по вертикали но и несколько поворачиваться относительно своей оси за счет упругих шарниров. При этом из соединения буксы с рамой устраняются трущиеся поверхности и необходимость их смазки. 20 Условия работы букс и их подшипников на современных тепловозах весьма сложны. Буксы передают большие статические нагрузки от верхнего строения тепловоза. Эти нагрузки при движении локомотива возрастают на 30-50% из-за колебаний, центробежных сил в кривых и ударов на стыках рельсов. На буксовый узел тепловоза 2ТЭ116 действует вертикальная статическая нагрузка в размере 95 кН, которая может увеличиваться при движении в 1.3 раза. Так же на буксу действует динамическая нагрузка (так называемая "рамное усилие") 67 кН. 1 2 Рисунок 2.9– Схемы соединения букс с рамой 2.5 Прочность и жесткость корпусов поводковых букс На корпуса букс действует вертикальные статические нагрузки от массы тепловоза и динамические нагрузки от колебаний над рессорного строения. Часть вертикальной динамической нагрузки передается поводками букс. Кроме того, поводки в продольном направлении передают на корпуса букс тяговые и тормозные усилия, а в поперечном направлении - рамные усилия. Анализ характера перечисленных сил и создаваемых ими напряжений показывает, что прочность корпусов определяется главным образом вертикальными статическими нагрузками, а усталостная прочность прежде всего вертикальными динамическими нагрузками. 21 Такие выводы были сделаны во ВНИТИ при проведении исследований напряженного и деформационного состояния и усталостной прочности корпусов букс тепловозов четырёх серий, одни из них 2ТЭ116. Исследования напряженного состояния проводились на двух корпусах с помощью тензорезисторов и соответствующей аппаратуры при нагружении корпусов статическими усилиями, равными нагрузке на буксу и в 1.5 раза больше. Напряжение измерялись цифровым тензометрическим мостом ЦТМ-3. при этом на первом корпусе тензорезисторы располагались во всех местах, где могли ожидаться повышенные напряжения или их концентрация, а также в местах, характеризующих общую напряженность элементов корпусов. На втором корпусе тензодатчики ставили только в зонах, где при испытаниях первого корпуса были обнаружены повышенные напряжения. В связи с относительной плавностью форм корпусов для измерения напряжений использовались тензорезисторы с базой 10 мм. В процессе усталостных испытаний нагрузки, действующие на корпуса, определялись как по силоизмерительным приборам машины ГРМ-1, так и с помощью тензоаппаратуры, постоянно подключенной к испытываемому объекту. База испытаний принималась равной 10 7 циклов нагрузки. Корпуса букс нагружали одновременно статическими и динамическими нагрузками. статические усилия при таких испытаниях желательно принимать равным их значению на тепловозе. На рисунке 2.10 показано место максимального напряжения от нагрузок, это свод между корпусом буксы и плечом, обозначенный I. Благодаря данному исследованию удалось снизить массу буксового узла тепловоза 2ТЭ116 на 6%. При стендовых испытаниях разрушение корпуса букс начиналось от дефектов металла: засоров, шлаковых включений, пористости, а также от зон, заплавленных электросваркой при обрубке литых заготовок. Перечисленные дефекты снижали предел усталости корпусов приблизительно на 10%, но при неблагоприятном расположении дефектов это снижение может оказаться большим. Поэтому в высоконагруженных зонах корпусов, отмеченных на 22 рисунках римской цифрой I, нельзя допускать наличия литейных дефектов металла или исправления их электросваркой. Рисунок 2.10– Напряжение на своде между корпусом и плечом буксы |