Введение к работе
. Актуальность проблемы. Перспективным планом развития
локомотивного хозяйства МПС на ближайшее десятилетие предусмотрено полное обновление парка устаревших серий локомотивов и дизель-поездов, а также создание 1-3 вагонных рельсовых автобусов.
Рентабельность и надежность локомотива в эксплуатации в значительной степени зависят от тягово-экономических свойств тягового привода колесных пар, которые в свою очередь зависят от схемы его формирования и комплектации элементной базы (числом колесных пар, типом осевых редукторов, положением реактивных тяг и т.д.). Выбор схемы тягового привода, которых на стадии проектирования может оказаться достаточно большое и разнообразное количество, должен согласовываться с техническими характеристиками (мощностью силовых агрегатов и их характеристики, типом передачи, осевой нагрузкой, конструкционной скоростью и т.д.) и родом службы локомотива.
На зарубежном и отечественном ж.д. тяговом подвижном составе средней и малой мощности (маневровые и промышленные локомотивы, дизель-поезда и рельсовые автобусы) в качестве передачи мощности применяют гидропередачу. Практически единственным тяговым приводом для этих локомотивов является групповой, который классифицируется на ша-тунно-кривошипный, редукторный и карданный. Для локомотивов с теле-жечной конструкцией экипажа наиболее приемлем карданный тип тягового привода.
Диссертация посвящена вопросам повышения тягово-экономических качеств локомотивов с карданными тяговыми передачами, а также улучшению эффективности работы локомотивного хозяйства МПС России. Тема диссертации относится к приоритетным направлениям развития науки и техники ж.д. транспорта.
Целью работы является разработка конструктивных и технологических решений для группового карданного тягового привода колесных пар, позволяющих снизить уровень динамических нагрузок в элементах привода вызываемых их кинематическими несовершенствами, а также определение влияния асимметрии тягового привода и расположения выходного вала движителя и входных валов осевых редукторов, колесных на различной высоте пар от головки рельса на уровень динамических нагрузок в приводе.
Для достижения поставленных целей в работе решаются следующие задачи:
получение аналитических зависимостей кинематических характеристик многошарнирной пространственной карданной передачи с переменными углами между ее осями;
разработка методики анализа динамической нагруженности группового карданного привода с учетом его кинематического несовершенства;
оценка влияния конструктивных решений на уровень динамических
нагрузок, вызванных кинематическим несовершенством карданной пере
дачи;
сравнение результатов теоретических исследований кинематики и динамики процессов в карданных передачах с результатами модельных и натурных экспериментов;
разработка практических рекомендаций, повышающих тягово-
экономические свойства локомотивов с групповым карданным тяговым
приводом колесных пар.
Общая методика исследований. Разработка математических моделей, методика обработки, а также анализ теоретических и экспериментальных результатов выполнены с использованием методов теории колебаний механических систем с конечным числом степеней свободы, теории веро-
ятности и математической статистики, теории взаимодействия колеса с рельсами. Математическое моделирование и теоретические исследования проведены численными методами с применением ЭВМ.
Модельный эксперимент ходовой тележки с групповым тяговым приводом проведен в лабораторных условиях кафедры «локомотивы и локомотивное хозяйство» ПГУПС. Использованы результаты натурных ходовых испытаний дизель-поездов и тепловозов с групповым тяговым приводом, проведенные ГУП ВНИКТИ и другими организациями. Научная новизна работы:
Получены аналитические зависимости кинематических характеристик многошарнирных карданных передач, учитывающие непрерывное изменение углов между осями карданных валов и пространственное положение передачи;
В динамическом анализе группового карданного тягового привода учтены:
взаимная ориентация вилок карданных шарниров на валу движителя;
тип и ориентация реактивных тяг осевых редукторов;
возможная асимметрия тяговых ветвей;
влияние расположения выходного вала движителя и входных валов осевых редукторов относительно друг друга на уровень динамических нагрузок в приводе;
нелинейность характеристики сцепления контакта колесной пары с рельсами.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученные научные результаты представляют интерес для локомотивной промышленности на стадии проектирования, ремонта и эксплуатации локомотивов с групповым карданным тяговым приводом колесных пар.
Использование предложенного в работе варианта ориентации реактивных тяг и взаимной ориентации вилок карданных шарниров на валу движителя позволяет снизить уровень динамических нагрузок в элементах привода, а также повысить тягово-экономические свойства локомотива с групповым тяговым приводом.
Учет дополнительных динамических нагрузок в приводе из-за асимметрии его тяговых ветвей и расположения выходного вала движителя и входных валов осевых редукторов на различной высоте, позволяет на стадии проектирования прогнозировать моторесурс элементов группового карданного тягового привода и оценивать экономическую целесообразность таких компоновочных решений.
Разработанный комплекс мероприятий позволяет поддерживать на I высоком уровне надежность, тягово-экономические и динамические свойства группового карданного привода в эксплуатации, а также уменьшать затраты на содержание локомотивов с групповым тяговым приводом.
В результате проведенных исследований разработана схема управления групповым карданным тяговым приводом локомотива с переменным числом механически связанных колесных пар, позволяющая использовать его тяговые свойства более полно и снизить уровень динамических нагрузок в приводе.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается проверкой согласованности теоретических и экспериментальных исследований, расхождение которых составило не более + 8 %.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и получили одобрение на: межвузовских научно-технических конференциях, конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее» в 2000 - 2004 годах и юбилейной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения д.т.н, проф. Гаккель Е.Я. «Новое в
конструкции и обслуживании локомотивов» и техническом совете ГУЛ ВНИКТИ МПС.
Публикации, По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ (в том числе авторское свидетельство на полезную модель).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из вводной части, где изложена общая характеристика работы, шести глав основного текста с выводами, общего заключения, списка литературы из 109 наименований.
Объем работы составляет 143 страницы основного текста, включая 48 рисунков, 2 таблицы, 7 страниц списка литературы и 4 приложения на 24 страницах.
