Решение проблем тяговых свойств тепловозов при заводском ремонте

Для быстрого демонтажа и установки отдельных узлов тепловоза при ремонтах предусмотрена съемная часть кузова над дизель-генератором, а также в кузове предусмотрены люки с легко снимающимися крышками.

Для охлаждения главного генераторы и тяговых электродвигателей предусмотрены вентиляторы, приводимые от коленчатого вала дизеля. Как описано ранее слдует стремиться к простоте конструкции с меньшими затаратами валопроводов. В целом нынешние технологии в области охлаждения стремятся перейти к централизованному охлаждению по типу охлаждения на тепловозе ТЭП70.

При размещении оборудования следует предусматривать по обеим сторонам кузова сквозные проходы шириной 600-800 мм для обеспечения обслуживания дизель-генератора и свободного перемещения по дизельному помещению.

Топливный бак размещают между тележками под рамой тепловоза. На некоторых тепловозах имеются топливные баки, расположенные под крышей кузова. Также топливные баки могут состоять из двух частей. В большинстве случаев рядом с топливными баками располагают аккумуляторные батареи, воздушные резервуары и другое вспомогательное оборудование.

Общая длина тепловоза определяется длиной тележек с топливным баком или длиной кузова с комплексо оборудования расположенного в нем. Кабина машиниста должна обеспечивать хорошую видимость пути и удобство управления тепловозом. [10]

4.3 Основные положения размещения оборудования тепловоза 2ТЭ10МК

Тепловоз 2ТЭ10МК состоит из двух одинаковых секций, соединенных автосцепкой. При необходимости каждую из секций можно использовать самотоятельно. В секции в средней части кузова размещен дизель-генератор 1А-9ДГ мощностью 3000 л.с. С дизелем соеденены все вспомогательные устройства. От переднего распредилительного редуктора, соединенного с валом тягового генератора, приводятся через систему валов и муфт двухмашинный агрегат, расположеный под кабиной машиниста, вентилятор охлаждения тяговых двигателей передней тележки и тормозной компрессор.

Новые топливная, маслянная и водяная системы сделаны с меньшими затратами трубопроводов по сравнению с тепловозом 2ТЭ10М с дизелем 10Д100. Водомаслянный теплообменник находится справа возле холодильной камеры.

На боковых стенках расположены фильтры наддувочного воздуха. В передней части кузова по обеим сторонам расположены высоковольтные камеры, примыкающие к кабине машиниста. Задняя стенка кабины машиниста сдвинута в сторону дизельного помещения, что делает кабину больше и удобнее. В задней части кузова размещено охлаждающее устройство шахтного типа. Стенки кузова и крыша над дизелем съемные. Топливный бак расположен под рамой тепловоза, в средней ее части. Между стенками кузова и силовой установкой имеются проходы достаточной ширины.

Каждая машина имеет охлаждение. В шахте расположен вентилятор с приводом от коленчатого вала. Кабина машиниста имеет хорошую тепло и звукоизоляцию. Унифицированый пульт управления позволяет видеть состояние тепловоза во время движения.

Применены трехосные бесчелюстные трехосные тележки. Длина тепловоза составляет 16969 мм (от передней до задней оси автосцепки). [11]

Расположение оборудования тепловоза 2ТЭ10МК (одной секции) изображено на рисунке 4.1.

5. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗВЕСКИ ТЕПЛОВОЗА

5.1 Цели и задачи развески

Задача развески заключается в выборе и размещении оборудования тепловоза так, чтобы обеспечить заданные нагрузки от колес на рельсы. В настоящее время тепловозы строят с тележечным экипажем, все оси которого чаще всего являются движущими и, следовательно, распределение нагрузок между осями должно быть равноммерным. В практике проектирования тепловозов принят допуск на неравномерность распределения нагрузки по осям, равный . Сначала требуется определить центр тяжести строения тепловоза, вес которого передается на опоры тележек. Этот вес составляется из веса группы ДГУ, топливной и масяляной системы, системы охлаждения, воздушной системы и т.п. Составляется весовая ведомость, в которой указывается вес узла, плечо, момент. [10]

5.2 Расчет развески тепловоза 2ТЭ10МК

Развеска тепловоза заключается в таком размещении оборудования, при котором достигается заданное распределение нагрузок по осям.

Задачу развески тепловоза обычно решают как плоскую статическую, с использованием уравнений проекций всех сил на вертикаль и уравнений моментов этих сил относительно произвольно выбраной оси.

Расчет развески ведут в следующей последовательности. Составляют эскиз расположения оборудования на тепловозе. На эскизе вес каждого узла представляют в виде вертикальной силы, приложеной в его центре тяжести. Ось моментов часто совмещают с осью сцепления передней автосцепки. При симметричном расположении оборудования, например, при силовой установке из двух дизелей, ось моментов выгоднее совместить с поперечной осью симметрии тепловоза. Расчет развески в этом случае короче.

По эскизу размещения оборудования определяют плечи сил и моменты весов узлов относительно выбраной оси. Все эти данные записывают в весовую ведомость тепловоза, составленную по форме представленой в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Весовая ведомость тепловоза 2ТЭ10МК

Наименование группы деталей	Вес, кг	Плечо, м	Момент,
Дизель-генераторная установка	28900	7,8	195390
Искрогаситель-глушитель	89,6	10,01	896,9
Труба выхлопная	46,1	10,01	461,5
Бак для воды	146,1	13,6	1986,9
Вентилятор	70,1	14,9	1044,5
Теплообменник	739	12,6	9311,4
Силовые механизмы со стороны главного генератора	1954	3,6	7034,4
Силовые механизмы со стороны холодильника	1500	12	18000
Электрооборудование	4852	6,4	31052,8
Секции радиаторов	5474	14,9	81562,6
Топливная и масляная системы	3160	10,4	31600
Кузов и его оборудование	10196	9,5	96862

Для начального расчета примем за ось моментов ось сцепления передней автосцепки (рисунок 5.1).

Момент веса каждого узла относительно выбраной оси

(5.1)

где - вес узла, кг;

- плечо силы, равное расстоянию от центра тяжести узла до оси моментов, м.

Расчет моментов приведен в таблице 5.1. Схема развески тепловоза и силы действующие на раму в продольном сечении изображены на рисунке 5.1.

5.2.1 Определение центра тяжести

Далее определяют центр тяжести весрхнего строения тепловоза, вес которого передается на опоры тележек. К верхнему строению относят кузов с кабинами машииста, раму и все оборудования, размещенное в кузове и на раме. Координаты центра тяжести оборудования расположеного на раме тепловоза согласно таблицы 5.1 находятся по формуле

, (5.2)

.

На основе расчетов центра тяжести можно сделать вывод о том, что координаты центра тяжести продольной развески тепловоза не совпадают с координатами центра тепловоза и смещен в право на 0,503 м. Следовательно нужно перераспределять нагрузку на раму так, чтобы координаты центра тяжести совпадали с координатами центра тепловоза.

Существует необходимость предварительного взвешивания верхнего строения тепловоза. Данный этап затрагивался в пункте 1, но в депо и на заводах, как известно, таких технологий просто нет. В связи с этим существует необходимость разработки специальных технологических рам для взвешивания, чтобы добиться правильного распределения нагрузки на рамы тележек и колеса и колесные пары в целом. [10]

5.3 Предварительные работы, связанные с развеской тепловоза

В технологии взвешивания локомотива существует ряд технологических операций при сборке тележек от выполнения которых зависит распределение нагрузки секции тепловоза на рельсы, а именно:

- подбор и монтаж опорно-возвращющих устройств;

- подбор комплектов резино-металлических элементов рессорного подвешивания;

- проверка главной рамы тепловоза;

- подбор комплектов пружин рессорного подвешивания тележек;

- установка или снятие дополнительных прокладок в зависимости от диаметра круга катания колесных пар.

5.3.1 Подбор и монтаж опорно-возвращающих устройств

Замеряется высота опоры (рисунок 5.2) на контрольной плите при помощи штангенрейсмаса. Высота опоры должна составлять 165^-9 мм. Устанавливать опоры с разницей в высотах не более 2 мм для опор одной тележки и не более 5 мм на секцию, при этом данные размеров записать в таблицу специальной формы (таблица 1). Установка опор должна соответствовать ринсунку 5.3.

Таблица 5.1 - Подбор и установка прокладок на опорно-возвращающие устройства с резино-металлическими элементами

№ опор	Размер А, мм	Размер К, мм	Количество прокладок/толщина, мм	Толщина постоянных шайб	Количество/толщина прокладок в зависимости от прострелки рам	Количество/толщина окончательная (перед опуском
1	2	3	4	5	6	7
1
2
3
4
5
6
7
8

1 - опора; 2 - элемент резино-металлический; 3 - шайба регулировочная; 4 - пластина; 5 - шайба регулировочная

Рисунок 5.2 - Опорно-возвращающее устройство тепловоза 2ТЭ10МК

Рисунок 5.3 Нумерация опорно-возвращающих устройств секции тепловоза

5.3.2 Подбор комплектов резино-металлических элементов рессорного подвешивания

Каждый коплект резино-металлических элементов проверяется на прессе под статической нагрузкой с выдержкой не менее 3 мин. Если остаточная деформация комплекта более 8 мм, коплекты заменить новыми. Высота комплекта регулировочных шайб должна быть не менее 272 мм для тепловоза 2ТЭ10МК. На одну тележку устанавливают комплекты с разностью по выстое не более 1,5 мм, на секцию не более 5 мм. При уменьшении высоты роликовых опор и комплектов резино-металлических элементов толщина компенсирующих элементов увеличивается. Компенчирующими элементами являются регулировочные шайбы (рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 - Регулировоная шайба

Шайбы устанавливаются на верхнюю металлическую опору комплекта. Толщина шайб не более 12 мм, при этом хвостовик опоры должен выступать не менее чем на 5 мм.

5.3.3 Подбор пружин рессорного подвешивания

Производится визуальный осмотр пружин. Пружины имеющие сколы, трещины, коррозионные повреждения более 10% площади сечения витка и просевшие больше установленной нормы отбраковать. Пружины проверяются под нагрузкой. Высота должна соответсвовать таблице 5.2.

На проверенные пружины крепят бирки с номером завода и номером группы. Бирки крепить на втором витке пружин мятгкой проволокой.

В зависимости от наружних пружин устанавливать внутренние пружины следует в соотвествии с таблицей 5.3.

Таблица 5.2 - Правила комплектации и подбора пружин рессорного подвешивания

Пружина	Диаметр прутка, мм	Наружний диаметр пружины, мм	Высота пружины в свободном состоянии, мм	Статическая нагрузка, кН	Высота пружины под статической нагрузкой
					1 группа	2 группа	3 группа
трехпружинный комплект
Наружняя	36	284	406-394	30,3	262-268	268-274	274-280
Средняя	23	193	378-366	11,9	234-240	240-246	246-252
Внутренняя	16	136	358-346	5,5	214-232
двухпружинный комплект
Наружняя	36	277	406-394	32,8	262-268	268-274	274-280
Внутренняя	23	188	378-366	16,6	234-240	240-246	246-252

1 - пружина (наружная); 2 - пружина (внутренняя); 3 - пружина (внутренняя); 4 - прокладка (постоянная);5 - регулировочная прокладка; 6 - регулировочная прокладка; 7 - опора пружин верхняя; 8 - опора пружин нижняя; 9 - болт технологический; 10 - шайба технологическая

Рисунок 5.5 - Комплект пружин рессорного подвешивания тележки.

5.3.4 Установка или снятие дополнительных прокладок в зависимости от диаметра круга катания колесных пар

Колесные пары подбирают с разницей диаметров банадажей по кругу катания у комплекта колесных пар одной секции не более 5 мм для бесчелюстных тележек.

Таблица 5.3 - Группы пружин устанавливаемых на тепловоз

№ варианта	Группа наружных пружин	Группа внутренних пружи	Общая толщина пластин
1	I	I или II	12
2	II	I, II или III	6
3	III	II или III	-

Для сохранения поколесной развески с учетом изменения диаметра круга катания колесных пар производится дополнительная регулировка.

Регулировку развески производят установкой прокладок на пружинные комплекты колесных пар меньшего диаметра или съемом прокладок с пружинных комплектов большего диаметра.

Толщина прокладок определяется для каждого колеса одной тележки из расчета: 1 мм прокладок компенсирует разность по диаметру колес 2 мм.

В случае, если общая суммарная толщина прокладок превышает максимально допустимую 29 мм, то регулировку производить только съемом прокладок. Места установки и съема, толщину, а также диаметры колес заносят в таблицу форма которой представлена в таблице 5.4. [8]

5.4 Правила и порядок взвешивания тепловоза 2ТЭ10МК

5.4.1 Устройство определения нагрузки от колес колесных пар локомотивов

Взвешивание тепловоза производиться на специальных весах типа УОНК-Л/6.

Таблица 5.4 - Подбор и установка прокладок на комплекты пружин рессорного подвешивания тележек тепловозов

№ колесной пары	Диаметр колесной пары, мм	Кол-во/толщина прокладок в зависимости от диаметра	Группа наружных пружин	Толщина постоянной прокладки, мм	Кол-во/толщина регулировочных прокладок	Кол-во/толщина регулировочных прокладок после развески
1л
1п.
2л
2пр
3л
3пр
4л
4пр
5л
5пр
6л
6пр

Функциональное назначение устройства:

- определение нагрузки от каждого колеса оси колесной пары локомотива;

- архивация отчетов и протоколов;

- вывод на печать отчетов и протоколов.

В состав устройства входят:

- грузоприемное устройство (ГПУ), состоящее из 6 участков измерения нагрузки, соответсвующее количеству осей колесных пар локомотивов с двумя независимыми модулями измерения в каждом;

- программноно-технический комплекс (ПТК), шкафного исполнения, состоящий из вторичных преобразователей и рабочей станции оператора (РСО).

Технические характеристики:

Диапозон измерения нагрузки, т: от 4 до 16

Предел допускаемой погрешности измерения, кг: 160

Дискретность отсчета, кгс: 50

Условия эксплуатации:

- грузоприемного устройства от -40⁰С дп +50⁰С

- ПТК от +10⁰С до +35⁰С

- влажность, не более 95% по ГОСТ 12997

Степень защиты от пыли и влаги по ГОСТ 14254-80:

- датчиков IP54

- ПТК IP20

Потребляемая мощность, не более, Вт: 1000

Напряжение питания, В: 220 +10/-15%

Частота, Гц: 50 ±1%

Количество измерительных участков: 12

Таблица 5.5 - Габаритные размеры ГПУ

Номер участка	Длина участка, мм
1	2
I (Въездной)	2000
II л, II пр	2000
III л, III пр	2000
IV л, IV пр	2000
V л (Средний), V пр (средний)	2600
VI л, VI пр	2000
VII л, VII пр	2000
VIII л, VIII пр	2000
IX (Въездной)	2000

Средний срок службы:

- грузоприемного устройства 30 лет;

- датчики 4126 ДСТ 10 лет;

- программно-технический комплекс 10 лет.

Устройство и принцип действия:

Грузоприемное устройство состоит из нескольких измерительных участков, каждый из которых воспринимает нагрузку т колеса колесной пары и передает его на тензометрические датчики. Датчики преобразуют нагрузку в электрический сигнал и по кабелю передают его во сторичный преобразователь, в котором происходит усиление и масштабирование сигнала, с дальнейшим преобразованием его в цифровой код. С вторичного преобразователя сигнал в цифровом виде поступает в ПЭВМ, с помощью управляющей программы преобразует полученные данные в единицы измерения нагрузки и отображает их на дисплее.

Питание на тензометрические датчики поступает с вторичного преобразователя.

5.4.2 Общие положения

Взвешивание проводят не менее трех раз, с целью получения более достоверных резултатов.

Перед началом работы с установкой УОНК-Л/6 проверить:

- исправность и надежность кабельных соединений;

- отсутствие посторонних предметов на ГПУ

- нормальную работу програмного комплекса установки.

Перед взвешиванием тепловоза необходимо его позиционировать таким образом, чтобы середины бандажей колечных пар совпали с отметками, нанесенными на участке рельсов.

Скорость движения локомотива по ГПУ должна быть не более 5 км/ч.

5.4.3 Правила взвешивания тепловозов

Перед проведением взвешивания тепловоза проверить:

- наличие служебных запасов топлива по топливной рейке. Топлива должно быть не менее 1600 литров;

- заполнение водяной системы, проверить по водомерному стешу на расширительном баке. водяная система должна быть заполнена полностью;

- заправку противопожарной установки. противопожарная установка должна быть заправлена полностью;

- запас масла дизеля. уровень масла в картере дизеля должен быть между рисками масляной рейки.

При необходимости произвести доэкипировку тепловоза.

Осмотреть рессорное подвешивание на отсутствие трения и заедания деталей подвешивания о раму, буксу и др.

По результатам взвешивания определить наличие работ по регулировке рессорного и пружинного навеса.

Для регулировки распределения нагрузок по тележкам, колёсным парам и отдельным колёсам применяются пластины толщиной соответственно 3 и 2 мм. Пластины устанавливаются на верхнюю опору (рисунок 5.5) пружины рессорного подвешивания (рисунок 5.5) либо снимаются с неё. Допустимая максимальная высота комплекта этих пластан составляет 18 мм.

Количество пластин и их высоту рекомендуется выбирать из условия, что 2 мм. высоты пластин дают увеличение нагрузки на колесо на 80 кг., 3 мм. - на 120 кг.

Количество прокладок, их толщина и место установки вписываются в паспорт тепловоза.

Весовая характеристика и развеска экипированного тепловоза считается удовлетворительной, если отвечает следующим требованиям:

- вес тепловоза - не менее 133,86 т, не более 142,14т;

- разница нагрузок по тележкам не более 2% от фактического веса тепловоза (в пределах от 2677,2 до 2848,8 кг);

- максимальная разность нагрузок на ось для секции не должна превышать 1,4 т, эта разница соответствует допуску ± 0,7 т. нагрузки от колёсной пары на рельсы равной 23,0 т., обусловленной техническими требованиями;

- разница нагрузок на рельсы от правой и левой стороны данной колёсной пары должна быть не более 4% от фактической нагрузки на данную ось;

- перегруз одной тележки на сторону должен быть не более 1,8 т;

- перегруз на одну сторону секции тепловоза не более 3,6 т.

В случае если взвешивание не дало удовлетворительных результатов, производится регулировка рессорного подвешивания и повторное взвешивание.

При неудовлетворительном повторном взвешивании производится вторичное регулирование и тройное взвешивание.

После взвешивания тепловоза произвести затяжку гасителей колебаний.

5.5 Оформление результатов взвешивания и расчет количества прокладок рессорного подвешивания

После взвешивания производится расчет результатов через электронно-вычислительную систему и результат выводится на экран компьютера в виде таблицы. В таблице указывается вес левой и правой сторон на каждую колесную пару, общий вес тепловоза, вес на первую и на вторую тележки и т.д. Результаты опытного взвешивания представлены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Результаты развески тепловоза

№ осей	Взвешивание № 1
разница в % от нагрузки на ось	сторона	итого на ось	разница
	левая	правая
1	2	3	4	5
1	10900	11250	22150	242
Разница в %	2
2	10662	11180	21842	550
Разница в %	2
3	10759	11033	21792	600
Разница в %	1
4	10538	11096	21634	758
Разница в %	3
5	11197	10929	22126	266
Разница в %	1
6	11195	11197	22392	0
Разница в %	0
Итого на 1 тележку	32321	33463	65784
Разница по сторонам 1 тележки	-1142
Итого на 2 тележку	32930	33222	66152
Разница по сторонам 2 тележки	-292
Итого все пр. и лев.	65251	66685	131936
Разница по сторонам локомотива	-1434
Вес экипированного локомотива	131936

Как видно по таблице 5.6 результаты расчетов ЭВМ выдает довольно подробный отчет по нагрузкам тепловоза. Остается лишь расчитать количество пластин руководствуясь данными таблицы 5.6. [8]

Расчет количества пластин производится по формуле 5.3

(5.3)

где - разница нагрузок левой и правой части тепловоза.

При прикладывании пластин толщиной 2 мм нагрузка от колеса на рельс увеличивается на 80 кг, тогда формула 5.3 примет вид

(5.4)

6. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗВЕСКИ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕРЫ ПО УЛУЧШЕНИЮ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ

6.1 Проект технологической рамы

Как указывалось ранее, процесс развески тепловоза заключается в комплектовании пружин рессорного подвешивания, подборе комплектов резино-металлических элементов рессорного подвешивания, подборе опорно-возвращающих устройств, а также в установке или снятии прокладок пружинных комплектов рессорного подвешивания.

Взвешивания происходит на устройстве для измерения нагрузки от колесных пар локомотивов в статическом режиме отдельно для колеса каждой колесной пары УОНК-Л.

Становиться понятным, что в существующем технологическом процессе взвешивания локомотивов не имеет места взвешивание в точках опоры, т.е. учет и балансировка веса верхнего строения тепловоза не производится.

Ввиду всего вышеперечисленного существует необходимость внедерения пректа по развеске верхнего строения тепловоза, разработать устройство взвешивания по побоковым опорам тепловоза (далее технологическая рама).

6.1.1 Назначение и общий вид технологической рамы

Технологическая рама предназначена для рассредоточения оборудования расположенного на раме и определения центра тяжести верхнего строения тепловозов 2ТЭ10МК, проходящих капитальный ремонт с продлением срока службы на Уссурийском локомотиворемонтном заводе.

Рисунок 6.1 - Технологическая рама вид спереди

Рисунок 6.2 - Технологическая рама вид сверху

Технологическая рама представляет собой сварную конструкцию, имеющую в верхней части выступы под боковые опоры тепловоза 2ТЭ10МК. В выступах располагаются тензорезисторные весоизмерительные датчики. [6]

Рисунок 6.3 - Технологическая рама вид справа

Нижняя часть рамы выполенена так, чтобы не использовать полноценные колесные пары, т.е. представляет собой П-образный вид. Так же предусмотрен подшипниковый узел, чтобы меньше изнашивать колеса тележки, а в следствии как можно реже проводить техническое обслуживание представленой рамы в целом.

6.1.2 Испытание объекта технологической рамы в SolidWorks Simulation

Информация о модели. Проект технологической рамы в программе Solidworks представляет собой сборку отдельно спроектированных деталей. Все детали представляют собой твердые тела, к которым был присвоен материал наиболее подходящий по свойствам и условиям работы детали.

Рисунок 6.4 - Проект технологической-рамы

Далее приводится таблица, в которой приведены свойства модели. Для более понятного ее восприятия следует привести некоторые определения, а именно предел текучести, предел прочности, коэффициент пуассона.

 Пределом текучести называется напряжение, при котором в материале начинают интенсивно накапливаться остаточные (пластические) деформации, причем этот процесс идет при практически постоянном напряжении.

Предел прочности -- механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Согласно ГОСТу 1497-84 более корректным термином является «Временное сопротивление разрушению», то есть напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях.

Коэффициент Пуассона - величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению. Этот коэффициент зависит не от размеров тела, а от природы материала, из которого изготовлен образец.

Данные величины в полной мере описывают свойства подобранных материалов и исходя из этого выбирался тот или иной материал в исследуемой конструкции.

Таблица 6.1 - Свойства деталей сборки

Наименование детали	Марка стали	Масса детали, кг	Предел текучести, Н/м2	Предел прочности, Н/м2	Массовая плотность, кг/м3	Коэффицент пуассона
Колесо	Сталь 20Г	62,77	2,4*108	4,48*108	7300	0,26
Рама с выемками под опоры	Сталь10	2973,4	2,2*108	3,99*108	7800	0,28
Корпус обоймы подшипника	Сталь 10	12,76	2,2*108	3,99*108	7800	0,28
Обойма подшипниковая	Сталь 20Г	6,23	2,48*108	4,8*108	7800	0,32
Подшипник	ШХ15	0,31	1,7*108	4,1*108	7800	0,28

Итак, согласно анализу массовых характеристик в целом масса технологической рамы составляет 3400 кг.

Нагрузки и крепления. Исходя из условий работы проектируемой технологической рамы следует заметить, что испытания носят статический характер и исходя из условий статики необходимо закрепить раму таким образом, чтобы она не совершала ни каких поступательных, а тем боле вращательных движений. В данном случае наиболее подходящим креплением является фиксированная геометрия колеса, что по аналогии с реальностью является простым забашмачиванием колес.

Согласно третьему закону Ньютона необходимо напомнить о реакциях опоры возникащих в колесе. Рассчитаная результирующая реакция опоры составляет . Реактивный момент равен 0, что говорит о высокой фиксации крепления.

Рисунок 6.5 - Места приложения нагрузки

Нагрузки подаются распределенные на каждую выемку под опору. В общей сложности общая нагрузка составляет 60 тонн. Величина нагрузки экспериментальная.

Также опеределенные усилия создаются и в подшипниковом узле. На виде справа (рисунок 6.3) условно разделяем раму на левую и правую часть.

Итак, силы, возникающие в подшипниковом узле правой части рамы представлены в таблице 6.2, левой части в таблице 6.3.

Создание сетки исследования. Был выбран тип "сетка на твердом теле на основе кривизны". Количество точек Якобиана - 29. Применено высокое качество сетки.

Якобиан отображения -- определённое обобщение производной для функции одной переменной для отображений из Евклидова пространства в себя.

Таблица 6.2 - Силы соединителя подшипник правой части рамы

Тип	X-составляющая	Y-составляющая	Z-составляющая	Результирующая
Осевое усилие, Н	0	0	3525.8	3525.8
Поперечная сила, Н	1203.5	-45817	0	45832
Изгибающий момент, Н*м	0.45879	0.012051	0	0.45895

Таблица 6.3 - Силы соединителя подшипник левой части рамы

Тип	X-составляющая	Y-составляющая	Z-составляющая	Результирующая
Осевое усилие, Н	-0	-0	-404.6	-404.6
Поперечная сила, Н	1277.1	-70383	0	70395
Изгибающий момент, Н*м	0.70479	0.012788	0	0.7049

Рисунок 6.6 - Вид сетки на технологической раме

После создания программа определила результирующие силы во всей модели, которые представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Результирующие силы возникающие во всей модели

Сила	Единицы измерения	Сумма по X	Сумма по Y	Сумма по Z	Результирующая
Сила реакции	Н	-0.0015258	818176	-0.391113	818176
Реактивный момент	Н*м	0	0	0	0

Исходя из результатов результирующих можно сделать вывод о правильности закрепления и распределения нагрузок.

Результаты исследования. Исследования проводились на напряжение по Мизесу, на результирующее перемещение и на эквивалентную деформацию модели.

Критерий максимального напряжение по Мизесу основывается на теории Мизез-Хенки, также известной как теория энергии формоизменения.

В исчислении главных напряжений ,  и , напряжение по Мизесу выражено как

(6.1)

Теория утверждает, что пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мизесу становится равным предельному напряжению. В большинстве случаев, предел текучести используется в качестве предельного напряжения. Критерий разрушения в нашем случае представлен в виде

(6.2)

Коэффициент запаса прочности решающая программа расчитывает как

(6.3)

Результаты проведения испытаний решающей программы занесены в таблицу 6.5

Таблица 6.5 - Результаты испытаний технологической рамы

Вид испытаний	Минимальное значение	Максимальное значение
Напряжение по Мизесу, МПа	0,012	118
Результирующее перемещение, мм	0	0,26
Эквивалентная деформация	3,7*10-8	3,9*10-4
Запас прочности	2,02	10*

*Максимальный коэффициент запаса прочности ограничен пользователем.

По рисунку 6.7 видно, что слабой деталью является подшипник, т.к. напряжения, возникающее в подшипнике, являются максимальными. Коэффициент запаса прочности в подшипнике также является наименьшим относительно всей модели. Но величина коэффицента запаса прочности говорит о том, что деталь подшипник не подвержена разрушению исходя из критерия разрушения (формула 5.6). Чтобы удостовериться в правильности исследования необходимо выполнить условие разрушения и убедиться в том, что максимальное напряжение не превышает предельного.

Рисунок 6.7 - Расположение максимальных значений результатов исследования

Подставим значения в формулу 6.2 и получим

Полученное неравенство говорит о том, что модель устойчива по отношению к нагрузке.

Следует также рассмотреть величину результирующего перемещения максимальное значение которого составляет 0,26 мм. От этого перемещения можно избавиться путем жесткого скрепления рамы фермовой конструкции, но по скольку перемещение мало по сравнению с габаритными размерами, то внедрять в модель фермову конструкцию не имеет значения исходя из экономических соображений.

6.2 Взвешивание надтележечного пространства, как этап технологического процесса развески

Как указывалось в пункте 1, взвешивание надтележечного пространства должно быть неотъемлимой частью технологического процесса развески, но в связи с отсутвием специальных устройств это было невозможным, но при применении технологической рамы (пункт 6.1) в условиях завода этот процес станет возможным и не сильно трудоемким.

Чтобы грамотно внедрить в процесс ремонта этап взвешивания верхнего строения тепловоза необходимо знать поэтапность сборки тепловоза в целом, и какие работы производятся в том или ином цеху.

Первое, что должно устанавливаться на отремонтированную раму это топливный бак. Далее утанавливаются главные резервуары, путеотчиститель, автосцепное устройство, монтаж песочной системы и др.

Перед опуском на тележки следует подготовка главной рамы, а затем происходит и сам опуск кузова на тележки.

Далее на участке сборки (рисунок 6.8) устанавливают дизель-генераторную установку и монтируют все остальное оборудование. Процесс сборки заканчивается монтажем съемной части кузова и системы пожаротушения.

Главной задачей остается расположение домкратов в цехе для подъема собранного тепловоза и подкатки технологических рам.

На позиции 1 (рисунок 6.8) следует установить 4 стационарных домкратов для подъема локомотива типа УДС-200. В обязательном порядке домкраты нужно поднимать одновременно, при этом закреплять тележки на участке до взвешивания не нужно. При подъеме должен присутствовать мастер и возле каждого домкрата должен быть слесарь. После подъема кузова тележки выкатить.

Далее за выкаткой тележек следует подкатка технологических рам под боковые опоры. После подкатки тележек тепловоз опускают одновременно 4-мя домкратами, соблюдая центричность опуска.

При опущеном тепловозе на технолjгической раме тензометрическая система выдает данные по весу левой и правой части тепловоза, что дает возможность грамотного расположения балластов и распределения нагрузки на раме.

После работ по балластировке следует обратный процесс. А именно подъема, выкатки рам и подкатки тележек. После чего следует закрепить тележки и передать тепловоз в депо сдачи.

6.3 Способ компоновки водомаслянного теплообменника

Для установки нового оборудования на тепловозе произведена необходимая перекомпоновка и демонтаж части штатных агрегатов.

Далее приведена таблица, в которой описаны весовые характеристики заменяемых единиц тепловоза на новые. Цель данной таблицы - увидеть разницу по массе заменяемых узлов, чтобы определить массу надтележечного строения тепловоза.

Таблица 6.7 - Весовые параметры заменяемых узлов тепловоза

Наименование группы деталей	Вес, кг
1	2
Демонтируемые составные части
Установка дизель-генератора	28840
Установка искрогасителей	242
Привод скоростемера	52
Стенка задняя кабины	253
Арка	53
Установка двери	56
Установка привода ручного тормоза	47
Установка пульта управления	160
Привод силовых механизмов со стороны генератора	43
Привод силовых механизмов со стороны холодильной камеры	138
Фильтр тонкой очистки масла	150
Фильтр масла	150
Устанавливаемые составные части
Установка дизель-генератора	28900
Установка искрогасителя-глушителя	180
Стенка задняя кабины	253
Арка	53
Установка двери	56
Установка привода ручного тормоза	47
Установка пульта управления	152
Привод силовых механизмов со стороны генератора	46
Привод силовых механизмов со стороны холодильной камеры	143
Фильтр масла полнопоточный	214

Следует определить массу надтележечного строения исходя из таблицы 6.7. Масса надлежащего строения тепловоза 2ТЭ10МК определяются из выражения

, (6.4)

где - масса надтележечного строения секции тепловоза 2ТЭ10МК со штатным балластом тепловоза 2ТЭ10М и 2/3 запаса топлива и песка;

- масса надтележечного строения секции тепловоза 2ТЭ10МК со штатным балластом и 2/3 запаса топлива и песка;

- масса демонтируемого оборудования;

- масса устанавливаемого оборудования.

, (6.5)

где М - масса секции тепловоза 2ТЭ10М с балластом и 2/3 запаса топлива и песка, М=138000 кг;

- масса передней тележки, 24896 кг;

- масса задней тележки, 24823 кг.

,

.

На рисунке 6.9 представлено схематичное изображение тепловоза 2ТЭ10МК. Взглянув и сопоставив факты из результатов взвешивания (таблица 5.6) можно сделать вывод о том, что большая нагрузка приходится на правую часть рамы из-за водомаслянного теплообменника, т.е. к несбалансированной массе тепловоза в поперечном сечении добавляется дисбаланс нагрузок на левую и правую стороны.

1 - теплообменник; 2 - ДГУ; 3,5 - правая и левая аппаратные камеры; 4 - унифицированный пульт управления; 6,7 - силовые механизмы со стороны генератора и холодильной камеры; 8 -холодильная установка

Рисунок 6.9 - Схематичное представление тепловоза 2ТЭ10МК

Расчет в пункте 5.2 показывает, что центр тяжести смещен в сторону задней тележки на 0,503 м. Это говорит о значительном перегрузе задней части тепловоза.

На основе данных фактов и имеющихся экспериментальных данных взвешивания следует рассмотреть нагрузки на левую и правую часть тепловоза, обращая внимание на заднюю часть тепловоза.

В связи со всем вышеперечисленным возникает небходимость переукомпоновки теплообменника. Если взглянуть на компоновочную схему тепловоза 2ТЭ116, то можно увидеть, что теплообменник расположен на ДГУ, но в нашем случае это недостижимо в связи с конструкцией тепловоза 2ТЭ10МК. [7]

В рассматриваемом случае подойдет вариант положить теплообменник на специальную подставку и тем самым добится более равномерного распределения нагрузок на левую и правую стороны тепловоза. Схематичное расположение теплообменника изображено на рисунке 6.10.

Рисунок 6.10 - Схематичное расположение водомаслянного теплообменника

Не трудно представить, что разница нагрузок на левую и правую сторону в районе теплообменника составляет от 800 до 1500 кг, но при горизонтальном положении теплообменника можно сократить эту цифру в половину в силу смещения центра масс.

Недостатком данного способа размещения теплообменника является то, что передвигаться по дизельному помещению будет неудобно, т.к. он располагается на силовыми механизмами, т.е. достаточно высоко.

6.4 Технология подбора прокладок без применения специальных весов

6.4.1 Конструкция тележки тепловоза 2ТЭ10МК

Тележка (рисунок 6.11) трехосная с индивидуальным приводом каждой колесной пары через односторонний и одноступенчатый тяговый редуктор от тягового электродвигателя постоянного тока ЭД-118А с польстерной системой смазывания или электродвигателя ЭД-118Б с циркуляционной принудительной системой смазывания моторно-осевых подшипников (МОП). Установка ТЭД на тележке выполнена опорно-осевой с рядным их расположением. Такое расположение ТЭД позволяет улучшить использование сцепной массы (на 10--12%) за счет однозначного распределения нагрузок по осям от тяги при движении тепловоза.

Рама тележки связана с колесными парами через поводковые бесчелюстные буксы с жесткими осевыми упорами качения одностороннего действия. Такая связь позволяет передавать от колесных пар на раму тележки упруго без трения скольжения и зазоров силы тяги и торможения, поперечные силы при набегании на рельс, а также обеспечивать симметричность и параллельность осей колесных пар в раме тележки и относительные вертикальные ее колебания. Жесткость поводков буксы в поперечном направлении составляет 35 * 105 Н/м, в продольном -- 240 * 105 -- 280 * 105 Н/м. Кроме того, для уменьшения воздействия тепловоза на путь увеличена поперечная подвижность средней колесной пары за счет установки ее в буксах со свободным осевым разбегом ±14 мм.

Рессорное подвешивание тележки индивидуальное с пружинными комплектами на каждый буксовый узел Оно без учета поводков обеспечивает статический прогиб 126 мм и под статической нагрузкой зазор 40--50 мм между корпусом буксы и боковиной рамы тележки, необходимый во избежание ударов при колебаниях надрессорного строения, возникающих при движении тепловоза и зависящих от состояния пути. Каждый пружинный комплект установлен с прокладками, которые служат для регулирования распределения нагрузок по осям тепловоза.

Параллельно индивидуальному буксовому рессорному подвешиванию включены фрикционные гасители колебаний сухого трения, которые способны одновременно гасить все три вида колебаний: подпрыгивание, галопирование и поперечную качку. Демпфирование колебаний регулируется изменением силы трения и на основании испытаний тепловоза обеспечивается в диапазоне 5--6 % к подрессоренной массе, что соответствует коэффициенту демпфирования 4--5, представляющему собой отношение работы сил трения фрикционных гасителей к работе упругих сил системы рессорного подвешивания при изменении прогиба от нуля до статического.

1- рама тележки, 2 - колесно-моторный блок, 3 - пружинный комплект рессорного подвешивания; 4 - опорно-возвращающее устройство, 5 - рычажная передача тормоза, 6 - тормозной воздухопровод; 7 - песочный трубопровод тележки

Рисунок 6.11 - Тележка тепловоза 2ТЭ10МК

Нагрузка от надтележечного строения тепловоза передается на четыре комбинированные с резинометаллическими элементами роликовые опоры, которые размещены на боковинах рам тележек. Каждая опора по отношению к центру поворота тележки установлена так, что роликовой частью обеспечивается поворот тележки и возвращающий момент, а поперечное перемещение кузова (относ) достигается за счет поперечной свободно-упругой подвижности шкворня и сдвига каждого комплекта из семи резинометаллических элементов, установленных на верхней плите роликовой опоры. Как возвращающий момент, так и момент упругих сил опор обеспечивают гашение относительных колебаний кузова и тележек в горизонтальной плоскости (без установки дополнительных демпферов) при движении тепловоза со скоростью до 120 км/ч. При таком опорно-возвращающем устройстве возможен устойчивый максимальный поворот тележки (с учетом относа) относительно кузова до 5°, а упругое опирание кузова позволяет получить дополнительный прогиб до 20 мм в рессорном подвешивании тепловоза.

Сила тяги от рамы тележки на кузов передается шкворневым узлом, обеспечивающим поперечную свободно-упругую подвижность шкворня кузова ±40 мм. Шкворень также является осью поворота тележки в горизонтальной плоскости. Вследствие минимального одинакового значения колесной базы тележки (1850 Х2 мм) и рядного расположения ТЭД шкворневой узел размещен на продольной балке со смещением на 185 мм от оси средней колесной пары.

Конструкция тележки, тяговый привод, система связи ее с кузовом обеспечивают максимально возможный коэффициент сцепления, а также расчетный коэффициент использования сцепной массы, равный 0,90, что значительно выше по сравнению с тепловозами на челюстных тележках. Тележка тепловоза прошла всесторонние испытания по своим динамико-прочностным качествам и воздействию на путь с участием ведущих институтов - Всесоюзного научно-исследовательского тепловозного института (ВНИТИ) и Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта.

По результатам испытаний были проведены конструктивные изменения, позволившие довести прочностные качества корпусов букс, рамы тележки до обеспечения коэффициентов запаса прочности не менее 2; показатели надежности и долговечности тягового редуктора до 1,2-1,8 млн. км пробега за счет замены жесткой зубчатой передачи с модулем 11 мм на передачу с модулем 10 мм и упругим зубчатым колесом (УЗК); показатели вертикальной и горизонтальной динамики, обеспечивающие без ограничения по ходовой части экипажа прохождения тепловозом прямых, крутых кривых участков пути и стрелочных переводов в результате замены жестких опор кузова на комбинированные с резинометаллическими элементами. [11]

6.4.2 Рама тележки

Рама тележки предназначена для размещения колесно-моторных блоков (КМБ) с рессорным подвешиванием, тормозного исполнительного оборудования, опорных устройств надтележечного строения и механизма передачи силы тяги на кузов тепловоза. При эксплуатации рама тележки, кроме статических нагрузок от массы кузова с оборудованием, силы тяги (торможения) и реакций от ТЭД, подвергается большим динамическим вертикальным и горизонтальным нагрузкам. Поэтому конструкция рамы тележки по основным элементам должна иметь на основании эксплуатации тележечных локомотивов и принятой ВНИИЖТ методике расчета коэффициент запаса прочности не менее двух и 1,2 по пределу текучести материала при проверке ее на возможное соударение с продольным ускорением.

Рама тележки (рисунок 6.12) сварной конструкции. Основу рамы образуют две боковины 12 и 15, жестко связанные поперечными балками 7, 8 и 10, переднее концевое крепление 14 и шкворневая балка 9. Боковина представляет собой замкнутый профиль коробчатого сечения, сварена из стальных листов толщиной: боковых 10 мм, верхнего 14 мм, нижнего 22 мм. Сверху на боковины установлены платики 13 опор, снизу приварены подкладки 16 под пружины, литые кронштейны 3 и 5 с трапециевидными пазами для крепления буксовых поводков и установки опор пружин. Для повышения усталостной прочности (снижения коэффициентов концентрации) к нижнему несущему листу боковины кронштейны приварены внахлестку фланцами, имеющими минимальную толщину и параболическую форму поперечных граней. Кроме того, после приварки кронштейнов зоны основания сварных швов подвергаются механическому упрочнению с помощью наклепа. Внутри боковин установлены диафрагмы, приваренные к боковым листам для увеличения жесткости сечения в местах примыкания поперечных балок междурамного крепления. Снаружи на вертикальные листы боковин через подкладки приварены корпуса 2 фрикционных гасителей колебаний, кронштейны 4 тормозных цилиндров. В боковинах по нейтральной оси имеются сквозные овальные отверстия, усиленные полыми вставками 6 для прохода горизонтальных рычагов рычажной передачи тормоза.

Поперечные балки 7,8» 10 междурамного крепления сварной конструкции также замкнутой коробчатой формы выполнены из стальных листов толщиной 14 мм и жестко связывают между собой боковины. Своими вертикальными ребрами поперечные балки приварены к внутренним боковым листам и специальным выступам нижних листов боковин. Сверху приварены проставочные листы 11, которые связывают поперечные балки с верхними листами боковин, образуя замкнутое сварное междурамное крепление. К нижним листам поперечных балок приварены литые кронштейны 5 для опор ТЭД.

На средние балки междурамного крепления сверху строго на продольной оси рамы установлена и закреплена с помощью электросварки продольная шкворневая балка 9, литая из стали 20ЛИ ГОСТ 977--75. Шкворневая балка имеет в средней части массивное шкворневое гнездо и развитые горизонтальные полки по концам для повышения жесткости ее крепления, так как через нее и шкворень передается сила тяги на раму тепловоза. В шкворневом гнезде монтируется подвижной в поперечном направлении шкворневой узел тележки, а в боковых стенках гнезда выполнены отверстия для установки пружинных комплектов упругих упоров шкворневого узла.

1, 3, 4, 5 -- кронштейны, 2 -- корпус гасителя, 6 -- полые вставки боковин; 7, 8, 10 -- поперечные балки; 9 -- шкворневая балка; 11 -- проставочяые листы, 12, 15 -- боковины, 13 -- платики опор; 14 -- концевое крепление; 16 -- подкладки под пружины

Рисунок 6.12 - Рама тележки

Передняя концевая балка 14 выполнена сварной, коробчатого сечения, неотъемной, но изогнутой в средней части для удобства демонтажа фрикционного аппарата автосцепки. Она своими торцами при помощи электросварки сопрягается с боковинами, связывая их для придания жесткости, и несет на себе кронштейны тормозной рычажной передачи тележки.

Основные составные сборочные единицы рамы тележки: боковины, междурамные крепления, концевые балки изготовлены из стали Вст. 3 сп. 5 ГОСТ 380--71 и термообработаны отожжены для снятия напряжений от сварки. На собранную и сваренную раму установлены и приварены шкворневая балка 9, корпуса 2 фрикционных гасителей колебаний, кронштейны 4 тормозных цилиндров и подвесок рычажной передачи тормоза, платики 13 под установку опор кузова. За тем раму механически обрабатывают по кронштейнам 1 и 3 крепления буксовых поводков и опор пружин с протяжкой трапециевидных пазов и по платикам 13 под установку опор кузова. [11]

6.4.3 Расчет толщин регулировочных пластин для настройки рессорного подвешивания тепловоза 2ТЭ10МК

Для расчета взят тепловоз, прошедший модернизацию на УЛРЗ, 2ТЭ10М-0040Б.

Согласно статьи журнала "Электрическая и тепловозная тяга" №8 за 1987 год Белобаева Г.Я. подобрать толщину регулировочных пластин можно и без применения специальных весов, с помощью которых регулируется развеска, а достаточно иметь пресс с силой сжатия не менее 4тс для снятия характеристик комплектов пружин рессорного подвешивания и невилированый участок пути. Такая технология отлично подойдет для регулировки рессорного подвешивания в депо.

Так как на УЛРЗ все же имеются специальные весы для определения нагрузки на оси и колеса, далее будет рассмотрена весовая ведомость ранее упомянутого локомотива, чтобы более точно определить толщину регулировочных пластин по методике Белобаева Г.Я. [2]

Таблица 6.8 - Весовая ведомость тепловоза 2ТЭ10МК-0040Б

Нагрузка (кг)	131936
Ось №	1	2	3	4	5	6
Нагрузка (кг)	22150	21842	21792	21634	22126	22392
Колесо левое	10900	10662	10759	10538	11197	11195
Колесо правое	11250	11180	11033	11096	10929	11197

Итак, из весовой ведомости известны нагрузки на каждую ось, а также нагрузки на левое и правое колесо каждой колесной пары.

Для определения толщин регулировочных пластин следует найти средние значения нагрузок для трех осей первой и второй тележек

(6.6)

(6.7)

где - нагрузки на оси колесных пар, тс.

Далее находят поправки нагрузок к каждой оси из средних значений нагрузок

. (6.8)

Далее вычисляют поправки толщин регулировочных пластин для каждой оси

, (6.9)

, (6.10)

, (6.11)

, (6.12)

, (6.13)

. (6.14)

Далее рассчитывают поправки толщин регулировочных пластин для колес каждой оси

. (6.15)

Следующим этапом расчета является вычисление поправки толщин регулировочных пластин для рессорных пружин каждого колеса

, (6.16)

. (6.17)

У некоторых колес поправки могут быть отрицательными. Чтобы толщины пластин сделать положительными, из каждой поправки вычитают величину наибольшей отрицательной поправки и находят толщины регулировочных пластин

. (6.18)

Исходными данными для расчета являются нагрузки из весовой ведомости (таблица 6.8). Расчет по формулам 6.6-6.18 сводится в таблицу.

Если регулировочные пластины с найденной толщиной установить в комплекты пружин, нагрузки на оси и колеса станут достаточно близкими для обеспечения хорошей силы тяги и силы торможения.

Таблица 6.9 - Расчет толщины регулировочных пластин для настройки рессорного подвешивания тепловоза 2ТЭ10МК

Нагрузка (кг)	131936
Ось №	1	2	3	4	5	6
Нагрузка (тс)	22,15	21,842	21,792	21,634	22,126	22,392
Колесо левое	10,9	10,662	10,759	10,538	11,197	11,195
Колесо правое	11,25	11,18	11,033	11,096	10,929	11,197
qc		21,9011			22,0776
a	-0,2489	0,0591	0,1091	0,2671	-0,2249	-0,4909
b	-2,1536	0	0,72027	1,71319	0	-6,3397
c	-0,5366	-1,3487	-0,1692	-1,542	2,45084	1,14566
dлев	-2,1879	1,82477	1,20344	4,40433	-3,316	-10,128
dпр	-3,6398	-1,8248	0,74562	0,23155	3,31598	-7,0275
hлев	8	12	11	15	7	0
hпр	6	8	11	10	13	3

Размещено на Allbest.ru