Международная научно-практическая конференция

обладающей более высокой жесткостью, препятствующей дальнейшей деформации зуба. Это подтверждают результаты теоретических исследований [1].

Приведенный анализ экспериментальных данных наглядно иллюстрируется пятнами контакта (рис. 4), полученными в экспериментах с разрезанным и целым зубьями при перекосах осей колес 3,89¢ и 9¢.

Используя полученные результаты, можно сделать выводы:

1. Прорези увеличивают суммарную площадь пятен контакта на профилях зубьев. Каждая последующая часть зуба нагружается плавно, постепенно, создаются благоприятные условия для равномерного распределения напряжений по длине контактных линий зуба.

Сравнение площадей пятен контакта неразрезанного и разрезанного на части зуба показывает, что у последнего она увеличивается в 2,5–3,85 раза. Особенно это ярко проявляется при перекосах валов 9¢ и 13¢, где увеличение площади пятна контакта достигает 5,6 раза.

2.Прорези делают зуб более податливым в осевом направлении, что способствует равномерному распределению усилий по длине зуба, а в целом – повышению несущей способности тягового редуктора локомотива.

3.Количество кольцевых прорезей более трех не приводит к существенному повышению пятна контакта и может снизить прочность зуба до опасных напряжений изгиба.

Таким образом, в зубчатой передаче с кольцевыми канавками малой ширины повышается несущая способность из-за более равномерного распределения нагрузки по длине контактных линий зацепления и увеличивается срок ее службы, что позволяет увеличить безотказность тягового редуктора тепловоза в целом.

Библиографический список

1.Бородин А.В., Вельгодская, Т.В., Рязанцева, И.Л. Влияние кольце-

вых прорезей на податливость зубчатых колес. М.: НТП «Вираж-Центр» // Техника машиностроения, 2001. № 2. С. 78–82.

2.Айрапетов Э.Л. Совершенствование методов расчета нагруженности

ипрочности передач зацеплением. М.: НТП «Вираж-Центр» // Техника машиностроения, 2001. № 2. С. 8–34.

52

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

В.С. Воробьев, Н.В. Мокин

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск

Закрытые гидропередачи как средство увеличения ресурса технологических машин

Объемные гидропередачи подъемно-транспортных, строительных, путевых и других технологических машин выполнены открытыми в том смысле, что их масляные баки сообщены с атмосферой через воздушный фильтр– сапун. При работе машины уровень масла в баке циклически и весьма существенно изменяется, при этом в бак проникают воздух, пыль и пары воды. Это ускоряет старение масла, сокращает ресурс насосов, гидродвигателей и клапанов, увеличивает затраты на техническое обслуживание и ремонт машин с гидравлическим приводом.

Причины колебания уровня масла в баке– разность объемов поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров, а также изменение температуры масла.

Задача герметизации гидропередач решена в авиации[1, 2]. Однако в большинстве технологических машин гидропередачи остаются открытыми. Возможные тому причины – недооценка отрицательных последствий применения открытой гидросистемы, усложнение конструкции бака и процедур заправки и дозаправки.

Одними из перспективных направлений совершенствования гидропередач технологических машин при решении вышеназванной задачи могут быть:

–использование запертого в баке увеличенного объема воздуха, упругие свойства которого позволяют изменяться объему масла в баке;

–применение упругой диафрагмы, отделяющей масло от атмосферного воздуха.

На рис 1 изображена упрощенная схема герметичной гидросистемы с увеличенным объемом воздуха в баке. Защиту бака от недопустимых давлений выполняют два клапана: КО2 ограничивает вакуум по условию хорошего заполнения рабочих камер насоса и отсутствия в них кавитации; КО1 ограничивает избыточное давление из условия слива в бак дренажных утечек из корпусов насосов и гидромоторов. Если допустимые давления в

53

Международная научно-практическая конференция

баке определены, можно выбором объема воздуха и настройкой клапанов КО1 и КО2 исключить соединение бака с атмосферой во всем диапазоне возможных изменений объема масла.

Рис. 1. Упрощенная схема герметичной гидросистемы с запертым объемом воздуха в баке:

КО1 – клапан, ограничивающий избыточное давление в баке; КО2 – клапан, ограничивающий вакуум в баке;

МНВ – мановакуумметр; Т – термометр

При определении необходимого объема воздуха в баке, размещении и разметке на баке смотрового окна учтены следующие факторы:

–допустимое максимальное и минимальное давление масла и воздуха в баке;

–максимальная разность объемов масла в баке при перемещении штоков гидроцилиндров и изменении температуры гидросистемы;

–температура масла при заправке.

За условия расчета приняты два предельных состояния гидросистемы:

а) штоки всех гидроцилиндров выдвинуты, температура масла минимальная, например, Tmin = –20 оС (253 К). Объем масла в баке минимальный. Если у машины штоки всех гидроцилиндров не могут быть одновременно выдвинуты, следует принять такое

54

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

возможное сочетание их положений, при котором объем масла, вытесненного из цилиндров в бак, минимальный;

б) штоки всех гидроцилиндров втянуты, температура масла максимальная, например, Tmax = +80 оС (353 К). Объем масла в баке максимальный. Если у конкретной машины штоки всех гидроцилиндров не могут быть одновременно втянуты, следует принять такое возможное сочетание их положений, при котором объем масла, вытесненного из цилиндров в бак, максимальный.

Приращение объема масла в баке при переходе системы из состояния а в состояние б равно: ∆V = ∆VЦ + ∆VT, где ∆Vц – разность объемов масла в баке при переходе системы из состояния а

в состояние б при постоянной температуре масла; ∆VT – увеличение объема масла в гидросистеме при повышении ее темпера-

туры на величину ∆Т = (Tmax – Tmin).

Величина ∆VT = αVo ∆Т, где α – коэффициент температурного расширения масла; Vo – объем масла в системе. Величина Vo включает в себя (см. рис. 1): VH – минимально необходимый объем масла в баке при температуреTmin; VT – объем масла в трубопроводах, клапанах, гидромоторах и гидроцилиндрах, если система находится в состоянии а; VЗ – объем масла, принимаемый в качестве запаса для учета погрешностей расчета и компенсации возможных утечек из системы.

Состояние а принято за исходное при определении необходимого объема воздуха в баке. Давление масла и воздуха после заправки – атмосферное. Если после заправки и во время работы гидропередач клапаны КО1 и КО2 закрыты, масса воздуха в баке постоянная. Его параметры описаны уравнением pV/T = const, где р – абсолютное давление, Па; V – объем, м3, Т – температура, К.

При переходе системы из состояния а в состояние б давление

в баке повышается от ратм до pmax (рис. 2), а объем воздуха уменьшается от максимального начального VBH до минимально-

го конечного VBK, при этом ратм VBH/Tmin = pmax VBK/Tmax, откуда:

Разность объемов воздуха в бакеVBH – VBK должна быть равна суммарному приращению объема масла ∆V в гидросистеме при ее переходе из состояния а в состояние б, т.е.:

55

Международная научно-практическая конференция

Рис. 2. Изменение параметров масла и воздуха в баке при переходе системы из состояния а в состояние б (система заправлена в состоянии а)

Величина 1 – ратмTmax/(pmaxTmin) = δ – отношение приращения объема масла ∆V к начальному объему VBH воздуха в баке.

Из (2) следует:

Минимальное давление pmin в баке должно быть больше минимального допустимого давления р2min на входе в насос Н (рис. 3) на величину потери давления ∆р1-2 на участке всасывания 1–2 при минимальной температуре масла. Например, при р2min = 80 000 Па и

∆р1-2 = 5000 Па величина pmin = 85000 Па.

М

3

4

Бак

1

Н

2

Рис. 3. К определению максимального и минимального давления в баке

Максимальное давление pmax в баке должно быть меньше максимального допустимого давления рДР в дренажной линии самого

56