Международная научно-практическая конференция

Таким образом, найден приближенный эмпирический подход к решению задачи продления ресурса литых деталей тележек грузовых вагонов по данным АЭ диагностики, который был опробован на реальных деталях, часть из которых (признанных с вероятностью выше 0,999 пригодными к работе до следующего освидетельствования) успешно эксплуатировалась разрешенный нормативной документацией период.

Библиографический список

1.Акустико-эмиссионный контроль железнодорожных конструкций/ А.Н. Серьезнов, Л.Н. Степанова, В.В. Ивлиев и др. Под. ред. Л.Н. Степановой. Новосибирск: Наука, 2011. 272 с.

2.Бобров А.Л. Анализ изменений динамических характеристик источников акустической эмиссии при статическом нагружении металлических образцов // Дефектоскопия. 2009. № 5. С. 18–24.

3.Бобров А.Л., Бехер С.А. Изменение некоторых параметров акустической эмиссии при испытании образцов из малоуглеродистой стали// Де-

фектоскопия. 2011. № 6. С. 50–56.

4.Острейковский В.А. Теория надежности. М.: Высш. шк., 2003. 463 с.

5.Пат. 2448343 РФ, МПК G 01 N 29/14. Способ прогнозирования остаточного ресурса металлических изделий и устройство для его осуществления/ А.Л. Бобров, Л.Н. Степанова, С.И. Кабанов, Е.Ю. Лебедев; опубл. 20.04.2012, Бюл. № 11.

А.В. Бородин, Т.В. Вельгодская, В.М. Волков, Г.П. Здор, Н.В. Ковалева

Омский государственный университет путей сообщения, Омск

Инновационный подход к повышению ресурса зубчатой передачи тягового редуктора тепловоза

Анализ статистических данных по выходу из строя тяговых редукторов локомотивов на железных дорогах Урала, Западной и Восточной Сибири, позволяют утверждать, что тяговый редуктор является «узким» местом в конструкции экипажной части локомотива, неисправности которого занимают одно из первых мест в списке причин непланового ремонта тепловозов, уступая лишь износу гребней колесных пар.

46

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

Обзор научно-исследовательских работ и анализ условий эксплуатации позволяют выявить основные причины выхода из строя тяговых редукторов тепловозов, связанные с изменением угла перекоса зубьев зубчатых колес от внешнего момента, что приводит к неравномерному распределению нагрузки по длине зуба и нештатной работе зубчатой передачи.

Особенности нагрузок, действующих на тяговый редуктор тепловозов с односторонней цилиндрической прямозубой тяговой зубчатой передачей, а именно снижение работоспособности из-за неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев в односторонней прямозубой передаче и обусловленное этим -по вышение кромочного контактного давления при перекосе зубьев послужили причиной выбора объекта исследования– тягового редуктора тепловоза.

В работе [1] представлены результаты теоретических исследований влияния кольцевых прорезей на податливость зубчатых колес. Полученные результаты свидетельствуют, что кольцевые прорези несколько уменьшают среднюю жесткость зуба и делают зуб более податливым в осевом направлении.

Однако аналитические методы не позволяют получить реальную картину адаптации зуба к меняющейся нагрузке и перекосам осей зубчатых колес. Выполненные теоретические исследования не учитывали ряд факторов, влияющих на процессы, протекающие в зоне кромочного контакта. Следовательно, проблема кромочного контакта зубьев не имеет точного аналитического решения[2] и необходимо проведение стендовых испытаний для оценки меры влияния геометрии зуба на его жесткость и прочность.

Авторами разработана конструкция стенда(рис. 1), включающая основание 1 с четырьмя установленными на нем стойками 2. В стойках содержатся втулки 3, в которых расточены отверстия под подшипники качения 4 и скольжения 5. Подшипники поддерживают подвижный 6 и неподвижный 7 вал. На подвижный вал посажено зубчатое колесо 8, имеющее кольцевые прорези, и диск 9 для нагружения вала вращающим моментом. Колесо и диск разделены втулкой 10. На неподвижный вал 7 установлено зубчатое колесо 11, не имеющее кольцевых прорезей. Колеса и диск жестко связаны с валами шпонками 12. Фиксирование вала 7 в требуемом положе-

47

Международная научно-практическая конференция

нии осуществляется призматическими шпонками 13, вставляемыми в пазы 14. Нагружение зубьев осуществлялось мерными грузами, прикладываемыми к рычагу 15, соединенному с диском 9. Поверхность основания 1 и опорные поверхности стоек2 проверены на неплоскостность. При сборке стенда контролировалось расстояние К для всех стоек. Перпендикулярность стоек относительно основания и параллельность их между собой обеспечивалась с помощью стержней, вставляемых в отверстия 16 стоек 2. Стержни позволяли обеспечивать параллельность стоек в процессе нагружения зубчатых колес.

Рис. 1. Стенд для исследования пятна контакта при перекосах осей колес

Межосевое расстояние аw выставлялось с помощью специального устройства (рис. 2). Скобы 1 и 2 устанавливались на концевые участки валов 3 и 4 с обеих сторон с помощью клеммовых зажимов. Точное регулирование величиныаw осуществлялось винтовой стяжкой 17, имеющей левую и правую резьбу. Винтовая стяжка позволяла установить требуемый угол перекоса валов, а, следовательно, и зубьев колес с помощью плиток 6, вставляемых между контактирующими поверхностями скоб 1 и 2.

48

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

Рис. 2. Устройство для регулирования межосевого расстояния и угла перекоса осей валов

Экспериментальное исследование влияния основных параметров на податливость зуба в тяговом редукторе тепловоза и установление зависимости податливости зуба от этих параметров проводилось с использованием метода планирования эксперимента, учитывающего два основных фактора: угол перекоса осей валов колес и нагрузку, действующую на зубья во время работы передачи.

Эксперимент проводился с зубчатой передачей, имеющей следующие параметры: модуль m = 5 мм, передаточное число u = 1, числа зубьев шестерни и колеса z1 = z2 = 38, ширина венца b = 80 мм, межосевое расстояние аw = 190 мм. Нагружение осуществлялось грузами 300, 600, 900 Н, плечо рычага 0,9 м. Соответственно вращающие моменты: 270, 540, 810 Н×м.

При проведении экспериментов исследуемые колеса имели различные сочетания прорезей по направлению, глубине и их количеству (рис. 3).

Рис. 3. Зуб цилиндрического колеса с тремя кольцевыми прорезями

49

Международная научно-практическая конференция

Статическим испытаниям подвергались зубчатые колеса с целым зубом и имеющим три и семь кольцевых прорезей и -про дольная прорезь. При этом варьировались величины нагрузок и углы перекоса осей колес.

Податливость зубьев колеса оценивалась площадью пятна контакта. Рабочая поверхность разрезанного зуба покрывалась тонким слоем краски. После взаимодействия на зубе неподвижного колеса отображалось пятно контакта (рис. 4), площадь которого определялась планиметром с точностью 1–2 мм2.

Рис. 4. Пятна контакта на зубьях колеса при нагрузках 270, 540 и 810 Н∙м:

а, б, в – угол перекоса осей колес 3,89′; г, д, е – угол перекоса осей колес 9′; а, г – целый зуб, б, д – зуб с тремя кольцевыми прорезями; в, е – зуб с семью кольцевыми прорезями

Результаты испытаний приведены в табл. 1 и представлены графиками на рис. 5.

50