Динамическая прочность элементов клиноременных передач автомотрис тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Введение

Глава 1. Обзор существующих конструкций автомотрис с клиноремёнными передачами

1. 1. Путевые машины отечественного и зарубежного производства.

1. 2. Колебательные процессы в клинорёмённых передачах автомотрис.

1.2. 1. Классификация сил колебательных процессов приводов клинорёмённых передач автомотрис.

1.2.2. Виды колебаний элементов привода и их Физическая природа.

1. 2. 3. Теоретические и экспериментальные методы определения величины динамических нагрузок в клинорёмённых передачах автомотрис,.

1. 2. 4. Методы снижения динамических нагрузок в приводах.

1. 3. Условия работы клинорёмённых передач автомотрис.

1. 4. Выводы и задачи исследования.

Глава 2. Динамические нагрузки в клинорёмённых передачах автомотрис.

2.1. Динамическая модель привода и передаточная функция.

2. 2. Амплитудно-частотная характеристика клиноремённых передач автомотрис.

2. 3. Определение резонансных зон колебаний элементов привода клиноременных передач автомотрис.

2.4. выводы.^

Глава з. экспериментальные исследования клиноременных передач автомотрис.

3. 1. Технологические погрешности элементов привода. 3. 2. Средства и методы экспериментальных исследований.

3. 3. Подготовка объектов привода к исследованиям. 3.4. Стенд для исследования вибросостояния компрессора. . /:,.

3. 5. Экспериментальное исследование динамического крутящего момента и напряжения изгиба.

3. б. Экспериментальное исследование вибросостояния клиноремённых передач автомотрис.

3. 7. Экспериментальное исследование кпд клиноремённых передач автомотрис.

3. 8. Исследование напряженного состояния клиновых ремней привода компрессора и вспомогательного генератора.

3. 9. Экспериментальное исследование колебания ремней клиноременных передач автомотрис.

3.10. Выводы.

Глава 4. разработка предложений по обеспечению надёжности и долговечности клиноременных передач автомотрис.

4. 1. Анализ результатов проведённых исследований.

4. г. Конструктивные доработки клиноремённых передач.,

4. 2. 1. опорный узел.

4.2.2. замена резиновых прокладок на резинометаллические амортизаторы.

4. з. Технологические доработки клиноремённых передач.

4. 3. 1. Измерительное приспособление.

4. з. г. приспособление для установки компрессора.

4. 3. 3. Балансировка шкивов.

4,3.4. Устройство для предварительной вытяжки ремней.

4. 4. Мероприятия по обеспечению надежности и долговечности клиноремённых передач автомотрис.

Актуальность работы. Надёжность и долговечность различных изделий в условиях действия динамических нагрузок обусловлены высокими прочностными характеристиками элементов зтих механизмов, что в значительной степени относится к подвижному составу железнодорожного транспорта,

Работоспособность автомотрис определяется четким и слаженным взаимодействием всех звеньев цепей и систем данного изделия. В состав некоторых таких систем (тормозной и электрической) входят механизмы, привод которых осуществляется клиноремённой передачей и характеризуются выполнением ответственных функций. Нарушение работоспособности привода может привести к таким серьёзным последствиям, как срыв графика движения поездов и создание аварийных ситуаций на железных дорогах.

В процессе эксплуатации автомотрис клиноремённые передачи оказались слабым звеном как в тормозной, так и в электрической системах. Результаты проведённых наблюдений работоспособности автомотрис типа АС4 представлены в табл.

Таблица

Статистические данные выхода из строя элементов привода клиноремённых передач автомотрис

Объект исследования Характер дефекта Заводской объекта исследования Наработка до наступления отказа, ч.

Привод компрессора Износ ремней 3, 8, 11, 12, 17, 20, 21, 22, 24, 26, 31, 32, 35. 460. . . 1491

Продолжение таблицы

Поломка шлицев торси- 22 580 онного и шлицевого 24 2200 валов 24 1559

3026

Излом торсионного 12 ; 2015 вала 6414

Привод 20 1712 компрес- си 1003 сора 22 1619

31 2015 выход из СТРОЯ И 1898 подшипников 12 849

6414

20 2200

21 1003

22 580

31 4637

5297

Привод Износ ремней 3, 8, 11, 12, вспомо- 17, 20, 21, 22, 946. . . 1712 гатель- 24, 26, 31, 32, ного ге- 35. нератора Поломка вала 12 85 генератора 20 116

22 98

31 196

35 219

На других модификациях автомотрис, где применяются такие передачи, в процессе их работы появляются аналогичные дефекты в течение относительно небольшого периода работы привода.

Кроме того, на всех автомотрисах наблюдается высокий уровень вибрационных колебаний главной рамы автомотрисы, вызванных рабочим процессом поршневого компрессора, эти колебания распространяются по всей конструкции машины и превышают установленные нормы.

Относительно низкий ресурс элементов привода обуславливает необоснованные экономические затраты на приобретение и замену вышедших из строя деталей, а также связанные с этими работами простои автомотрис.

Повышение надёжности и долговечности привода позволит производить своевременные профилактические работы железнодорожного пути, обеспечивая тем самым безопасность движения поездов. Поэтому исследование работоспособности клиноремённых передач, оценка их прочности с точки зрения динамических нагрузок является актуальной задачей для автомотрис.

Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование работоспособности привода клиноремённых передач автомотрис в условиях действия динамических нагрузок.

Задачи исследований:

- выявление резонансных зон изгибных колебаний опорных кронштейнов компрессора и вспомогательного генератора, крутильных и изгибных колебаний валов механизмов привода, поперечных колебаний клиновых ремней, вибриционных колебаний компрессора и вспомогательного генератора;

- установление влияния деформации изгиба, обусловленной предварительным натяжением ремней, на изгибные колебания валов механизмов клиноремённых передач;

- определение: а) динамического крутящего момента и напряжения от изгиба валов механизмов клиноремённых передач автомотрис, б) вибросостояния (вибросмешение и виброускорение) элементов привода;

- выявление вида колебаний валов механизмов, находящихся при совместном действии деформации от кручения и изгиба, оказывающих превалирующую роль в снижении срока службы клиноремённых передач автомотрис;

- определение поперечных колебаний и напряжений в клиновых ремнях.

Методы исследований. В данной работе применяются: теория колебаний, методы электротензометрии и виброметрии, метод наименьших квадратов, теория прочности и др.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в установлении:

- резонансных зон колебаний элементов привода клиноремённых передач автомотрис путем аппроксимикации колебательной системы с одной степенью свободы;

- действия статической нагрузки, обусловленной предварительным натяжением ремней, на возникновение деформации от изгиба и изгибных колебаний валов механизмов привода;

- зависимости динамической нагрузки элементов клиноремённых передач от частоты вращения вала приводного механизма и скорости движения автомотрисы;

- превалирующей роли изгибных колебаний валов на возникновение динамических нагрузок в клиноремённых передачах автомотрис при совместном действии изгибных и крутильных

-юколебаний;

- зависимости амплитуды колебаний ветвей ремня от действия изгибных и вибрационных колебаний элементов передач и их влияния на напряжения в ремнях.

Практическое значение работы определяется:

- повышением надежности и долговечности автомотрис в 1, 8. 2, 2 раза;

- изготовлением новых типов автомотрис с повышенной проч ностью клиноременных передач;

- введением результатов исследований в учебную программу дисциплины "Монтаж, ремонт, наладка и эксплуатация локомотивов" средних специальных учебных заведений.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были доложены на семинарах и заседаниях кафедры "Детали машин" МГОУ с 1996 по 1999 г. , а также опубликованы в 3-х научных статьях.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведённые теоретические и экспериментальные исследования клиноременных передач автомотрис позволяют сделать следующие основные выводы:

1) установлено, что резонансные зоны колебаний элементов клиноременных передач автомотрис определяются аппрок-симикацией колебательной системы с одной степенью свободы;

2) выявлено, что клиновые ремни в исследуемых объекта* испытывают значительные динамические нагрузки на минимальной частоте вращения коленчатого вала компрессора, находясь в резонансной зоне колебаний;

3) показано, что в результате действия статической нагрузки, обусловленной предварительным натяжением ремней, валы механизмов привода находятся под действием повышенных динамических нагрузок;

4) выявлено, что режимы работы приводного и исполнительного механизмов клиноременных передач, а также частота вра-шения их валов и различные скорости автомотрисы вызывают увеличение нагрузки в приводе на 10. 25*;

5) установлено, что изгибные колебания валов механизмов клиноременных передач автомотрис превышают крутильные колебания; 6) показано, что амплитуда колебаний ветвей ремня возрастает под действием йзгибных и вибрационных колебаний элементов привода;

7) выявлено, что вибрационное смешение ведущего шкива привода компрессора и ведомого шкива привода вспомогательного генератора вызывают напряжения в ремнях;

8) установлено, что рабочий процесс шатунно-поршневой

-153группы компрессора обуславливает высокий уровень динамических нагрузок в приводе;

9) показано, что в приводе вспомогательного генератора динамические нагрузки возрастают вследствие возникновения изгибных колебаний вращающегося вала генератора;

Ю) выявлено, что внедрение комплекса рекомендаций, по лученных на основании проведённой работы, позволили повысить надежность клиноремённых передач автомотрис с О,82 до о, 93.

1. Адлер Ю. П. , Маркова Е. В. , Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений, М. : Наука, 1971. 286 с.

2. Алексеев с. П. , Казаков А. М. , Колотилов Н. Н. Борьба с шумом и вибршшей в машиностроении. н, : Машиностроение, 1970. 208 с,

3. Бабаков и. Н. Теория колебаний, и. : Наука, 1968. 560 с.

4. Баранов A.A. Планирование и проведение экспериментального исследования. Л. : Ленинградский механический институт. 1983. 76 с.

5. Белявский Н. г. Конструктивная амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. Л. : Судостроение, 1965,523 с.

6. Бидерман В. Л. теория механических колебаний, М, : Высшая школа, 1980. 408 с.

7. Бидерман В. Л. Прикладная теория механических колебаний. Н. : Высшая школа, 1972. 400 с.

8. Биргер и. А, , Шорр Б. Ф. , Иосилевич Г. Б, Расчет на прочность деталей машин, м. ; Машиностроение, 1993. 640 с.

9. Блехман И, И. , Дженилидзе Г, Ю, Вибрационное перемещение. И. : Наука, 1964. 410 с.

10. Буше Н, А. Трение, износ и усталость в машинах, М. : Тракс.порт, 1987, 223с, 5

11. Вейц В, л. , Кочура А. Е, , Мартыненко А. М. Динамические расчёты приводов машин. Л. : Машиностроение, 1971, 352 с.fi

12. Вейц В. Л. , Кочура А. Е, Динамика машинных агрегатдв с ДВС. Л. : Машиностроение, 1976. 256 с,

13. Вибрация энергетических машин: Справочное пособие /

14. Под ред. Н, В. Григорьева. Л. : Машиностроение, 1974. 464 с.

15. Вибрации в технике: Справочник: В 6-ти т, н. : Машиностроение. 1981. Т. 5. 496 с,, Т. 6. 456 с.

16. Видякин Ю. А. Колебания и вибрации в поршневых компрессорах. М. : Машиностроение, 19Т2. £24 с.

17. Вильсон У. Кер, Вибрационная техника. М. : ГНТИМЛ, 1963. 415 с. ;

18. Воробьев И. И. Ремённые передачи. М. : Машиностроение, 1979. 163 с.

19. Гальчук В, Я. Соловьёв А. II. Техника научного эксперимента. Л. : Судостроение, 1982. 255 с.

20. Ганиев Р. Ф, , кононенко В, о. Колебания твёрдых тел. М. : Наука, 1976. 431 с.

21. Генкин М. Д. , Яблонский В. В. Поток энергии колебаний как критерий виброактивности механизма // Машиностроение. 1965. а/о 5. с. 55-58.

22. Генкин М, Д. , Тарханов Г, В. Вибрация машиностроительных конструкций. М. : Наука, 1979. 164 с.

23. Гик Л, Д. измерение вибраций, Новосибирск: Наука, 1972. 292 с.

24. Глаговский Б. А, , Пивен И. Д. Электротензометры сопро тивления. Л, : Энергия, 1972. 88 с.

25. Глазурин В. С, Способы уменьшения динамических нагру зок, передаваемых на несущие конструкции // Строительная механика и расчёт сооружений. 1971. ' с. 43 -47.

26. Дж. П. Ден-Гартог. Механические колебания, М. : Физ-матгиз, 1960, 580 с.

27. Диментберг Ф. м. , Шаталов К. Т. , гусаров А. А. Колебания машин. : Машиностроение, 1964. 308 с.-1 5627. Динамические силу на подвижнрм составе и в п/ти: Сборник статей / Под ред. М. Ф. Вериго. Л. о. Грачёвой. М. : Транспорт, 1976. 95 с,

28. Динамическое моделирование и испытания технических систем / Иод ред. И. Д. кочубиевского. И.: Энергия, 1978. 303 с.

29. Динамические процессы в транспортных системах / Под ред. А. Н. Савоськина. М. ; Транспорт, 1978. 72 с.

30. Динамические свойства приводов и их элементов: Сборник статей / Под ред. C.B. Костина, М. : Наука, 1978. 81 с.

31. Евдокимов А, П. , Горбунов А. Г. Влияние режимов работы приводного механизма на величину динамических нагрузок кли-норемённой передачи // Вестник машиностроения. 1998. а/о г.1. С. 14-15.

32. Евдокимов A.n. , Горбунов А. Г. Работа клинорейённой передачи привода компрессора автомотрисы при различных режимах работы приводного и исполнительного механизма // Вест ник машиностроения. 1998. аЛ 4. С. 15-17.

33. Евдокимов А. П. Снижение вибрационных нагрузок в кли-норемённой передаче привода компрессора автомотрис // Вестник мишиностроения. 1999. а/° 3. С. 6-8.

34. Житомирский в. К, Механические колебания и приктика их устранения. М. : Наука, 1966, 175 с.

35. Зельдович Я. Б. , Мышкис А. Д. Элементы прикладной математики, М. : Наука, 1967. 648 с. н

36. Иванов B.C. Усталостное разрушение металлов. М, : Ме-таллургиздат, 1963. 272 с.

37. Иванова В. С. , Терентьев В. Ф, Природа усталости металлов. М. : Металлургия, 1975. 474 с.-15738. Иванов н. И. Борьба с шумом и вибрициями на путевых и строительных машинах. М. : Транспорт, 1987. 223 с.

38. Ивович В. А. , Онишенко В. Я, зашита от вибрации в машиностроении. И. : Машиностроение, 1990. 272 с.

39. Ильинский В. С. Зашита аппаратов от динамических воздействий. М. : Энергия, 1970. 320 с.

40. Иориш К). И. Виброметрия. М. : Наука, 1963. 248 с.

41. Инструкция по проектированию и расчёту виброизоляции машин с динамическими нагрузками. М. : ГосстройиздаТ, 1956. 58 с.

42. Исакович М. М. , Клейман Л. И. , Перчанок Б. X. Устранение вибрации электрических машин. Л. : Энергия, 1969. 199 с.

43. Исследование и расчёт напряжений в деталях машин и конструкциях / Под ред. Н. И. Пригоровского. М. : НЁука, 1966. 192 с.

44. Исследование прочности деталей машин при помоши тен-зодатчиков сопротивления / Под ред. F, С. Писаренко. Киев: Техника, 1967, 228 с.46. исследование напряжений в конструкциях / Под ред. Н. И. Пригоровского. М. : Наука, 1980. 120 с.

45. Истомин П. А. Крутильные колебания в судовых ДВС. Л. : Судостроение, 1968. 304 с.

46. Карбасов О. Г, Надёжность клиноремённых передач. М, : Машиностроение, 1967, 72 с.

47. Кин Н. Тонг. Колебания механических систем, М. : Маш-гиз, 1963. 352 с.

48. Когаев В. П. Расчёты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М. : Машиностроение, 1977. 232 с.

49. Когаев В. П. , Махутов H.A. , Гусенков A.n. Расчёты де-158талей машин и конструкций на прочность и долговечность. М. : Машиностроение, 1985. 224 с.г ■!>

50. Кожешник Я. Динамика машин. М. : Машиностроение, 1961, 424 с. " "з

51. Коренев Б. Г. , Резников Л, М, Динамические гасители колебаний: Теория и технические приложения. М, Наука, 1988, 303 с.

52. Мандельштам Л. И. Лекции по теории колебаний. М. : Наука, 1972. 470 с.

53. Мартынов В. К, , Пронин Б, А, Напряжённое состояние кли новых ремней, в сб. "Передаточные механизмы", М. : Машиностроение, 19-71. с. 56-65.

54. Маслов г. С, Расчёты колебаний валов: Справочник. М. : Машиностроение, 1980. 151 с.

55. Налимов В. В. Теория эксперимента, М, : Наука, 1971. 338 с.

56. Напряжения и деформация в деталах и узлах машин / Под ред. Н. И. пригоровского. М. : Машгиз, 1961. 564 с.

57. Николаев Р, с. Причины поломок деталей подвижного состава и рельсов. М. : Трансжелдориздат, 1954. 196 с,

58. Пановко Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л. : Политехника, 1990. 272 с. *

59. Писаренко г, с. Рассеяние энергии при механических колебаниях. Киев: Изд-во АН УССР, 1962. 436 с,

60. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник в 2-х книгах / Под ред. В. В. Клюева. М. : Машиностроение, 1978. Кн. 1. 447 е.; Кн. 2. 439 с.

61. Пронин Б, А, , Ревков Г. А. Бесступенчатые клиноремён-ные передачи. М. : Машиностроение, 1980, 320 с.-15964. Прочность. Устойчивость. Колебания: Справочник. В 3-х т. / Под ред. И. А. Биргера и Я. Г. Пановко. м/: Машиностроение, 1968, т. 3. 567 с.

62. Путевые машины // Путь и путёвое хозяйство, 1996./^ 1, 4, 5, 8, 9, 10, 12. 1997. У°г, 5.

63. Рабинович И. И. , Трубедкбв Д. И, Введение в теорию колебаний и волн. И, : Наука, 1984. 432 с.

64. Румшинский Л. з. Математическая обработка результатов эксперимента. М. : Наука, 1971. 104 с. '

65. Светлипкий В. А. Передачи гибкой связью. М. : Машиностроение, 1967. 155 с.

66. Серенсен С. в. , Когаев В. П. , Шнейдерович Р. М. Несущая способность и расчёт деталей машин" на прочность. М, : Машиностроение, 1975. 460 с.

67. Способы зашиты от шума и вибрации железнодорожного подвижного состава / Под ред. Г, В. Бутакова. М. : Транспорт, 1978. 231 с.

68. Стрелков С. П, Введение в теорию колебаний. М. : Наука, 1964. 440 с.

69. Сухарев И, II. Экспериментальные методы исследования деформации и прочности. М. ; Машиностроение, 1987. 216 с.

70. Тензометрия в мешиностроении: Справочное пособие / Под Ред. Р. А. Макарова. М. : Машиностроение, 1975. 288 с,

71. Терских В. П. Крутильные колебания валопроводов силовых установок. В 3-х т. Л, : Судостроение, 1969. Т. 1. 207 с. *

72. Тимошенко С, П. Колебания в инженерном деле. М. : Наука, 1967. 444 с.

73. Филиппов А. П. Колебания деформируемых систем. М, : Машиностроение, 1970. 734 с.