Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопросы нагруженности деталей и узлов являются основными при оценке надежности, безопасности движения и плавности хода грузовых и пассажирских вагонов.
На вагон постоянно действуют нагрузки, уровень которых практически не изменяется в течение времени службы вагона (или изменяется весьма незначительно). Эти нагрузки называются статическими.
В течение срока службы детали и узлы вагона находятся под действием собственного веса, величина которого остается постоянной. При проектировании тара вагона определяется в зависимости от тары деталей и узлов, образующих кузов, раму, ходовые части, автосцепное и тормозное оборудование.
Пассажирский вагон в эксплуатации находится под действием полезной нагрузки, определяемой числом перевезенных пассажиров. Кроме того, при проведении прочностных расчетов к статическим нагрузкам относят экипировочное обслуживание пассажирского вагона водой, топливом и т.д.
При движении по рельсовому пути происходят колебания вагона в различных плоскостях, в результате которых возникают дополнительные нагрузки то на одну, то на другую деталь или узел конструкции. Эти нагрузки являются переменными, они зависят от времени и называются динамическими силами, действующими на вагон. Динамические силы возникают в вертикальной плоскости, в горизонтальной (поперек пути)и в продольной (вдоль пути) плоскостях. К динамическим относятся возникающие при установившихся и переходных колебательных процессах силы взаимодействия вагона с рельсами при движении в прямых, круговых и переходных кривых участках пути. Кроме того, динамическими являются силы взаимодействия между деталями и узлами вагона, вагонами и локомотивом при трогании поезда с места, экстренном торможении, маневровой работе на станции, установившемся режиме движения поезда на перегоне.
Уровень возникающих динамических сил зависит от многих причин: состояния рельсового пути, его геометрических параметров, жескостных и диссипативных свойств рессорного подвешивания и ударно-тяговых приборов вагона. При повышенных скоростях движения существенное значение оказывает воздействие воздушной среды, сила и изменчивость ветровой нагрузки.
Состояние подвижного состава и рельсового пути в эксплуатации в пределах нормируемых конструктивных и эксплуатационных допусков в содержании носит случайный, вероятностный характер. В связи с этим и действующие в процессе движения на вагон динамические силы являются случайными величинами, случайными функциями времени или скорости. Существует коэффициент вертикальной динамики kдв, показывающий отношение динамической нагрузки Рд к статической Рст. Коэффициент вертикальной динамики – отношение прогиба рессор, возникающего при движении вагона, к статическому прогибу, или вертикального ускорения при движении к ускорению свободного падения.
На вагон действуют так же тормозные силы, возникающие при движении поезда в режиме торможения. Вагон подвергается ряду воздействий, носящих временной характер: сил, возникающих при ремонте вагона ( при подъеме кузова домкратами), системы самоуравновешенных сил при движении по кривым участкам пути (вертикальная кососимметричная нагрузка. Кроме того, вагон и его части подвергаются воздействию сил, обусловленных особенностями технологии его изготовления и ремонта.
Для определения статической нагрузки, действующей на любую деталь вагона используют формулу:
Где - вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые нагрузка передается от рассчитываемой детали вагона на рельсы;
m – число одинаковых, параллельно загруженных деталей;
Pбр – масса брутто вагона, равная сумме массы тары и грузоподъемности вагона
Осевая нагрузка определяется по формуле:
где n – число осей в тележке.
Исходя из конструкции железнодорожного пути устанавливают предельные значения погонной нагрузки на путь qбр. Тогда расчетное значение статической погонной нагрузки от силы тяжести вагона брутто определяется по формуле:
Где 2Lоб – длина вагона по осям сцепления автосцепок.
Расчетные средние значения динамической погонной нагрузки на путь от тележки согласно «Нормам» определяются по формуле:
где , - средняя и предельно допустимые динамические погонные нагрузки на путь от тележки;
– база тележки;
= 2.2 м – условная длина общей расчетной зоны влияния крайних осей.
Центробежная сила, возникающая в кривых участках пути, приложена к центру тяжести вагона и направлена горизонтально поперек пути, ее величина определяется по формуле:
где g – ускорение свободного падения тел (9.8 м/с2);
R- радиус кривой.
Рис. Схема действия сил на вагон при движении по кривой с учетом возвышения наружного рельса.
Для уменьшения действия центробежной силы на подвижной состав, выравнивания уровня вертикальных сил, действующих на наружный и внутренний рельсы, в кривых участках пути наружный рельс укладывают выше внутреннего. Тогда боковая сила Ннп, не погашенная возвышением наружного рельса кривой, составит разность проекций сил на горизонтальную ось наклоненного вагона:
Ннп = Нцбcosα - Рбрsinαц,
Тогда:
Нбр = ηнпРбр,
где ηнп = , h – возвышение наружного рельса над внутренним, 2S – расстояние между кругами катания колесной пары.
Расчетные усилия Р складываются из статической Рс и динамической Рд нагрузок от колебаний кузова на рессорах, а также составляющей Ри от продольных сил инерции при торможении вагона:
Где – осевая нагрузка брутто;
– количество осей в вагоне;
- собственная сила тяжести одной тележки;
m – количество одноименных нагруженных элементов (надрессорная балка).
Максимальная вертикальная динамическая нагрузка от кузова, движущегося с конструкционной скоростью V, рассчитывается:
где - расчетная величина коэффициента вертикальной динамики обрессоренных частей тележки.
- среднее вероятностное значение этого коэффициента для скоростей V≥15 м/с, определяется:
Где а – коэффициент для обрессоренных частей тележки, в – коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке под одним концом вагона
а = 0,1
=0.190м
V= 160км/ч
= 0,1+3,6*= 0,183
= * = 0.384
=*= 235кН*0,384 = 90.245 кН
=
где ,- нормы продольных усилий,
=1.018м- расстояние от опорной плоскости подпятников тележек до центра масс кузова,
2l - база вагона,
- сила тяжести брутто вагона,
= 235.004кН + 42 кН = 277.004кН
= 235.004 кН + 90.241 кН +16.9 кН=
= 342.145 кН
=
Максимальный изгибающий момент, в среднем сечении I-I балки.
,
.
Максимальный изгибающий момент, в сечении балки II-II.
,
.
где b=1.018 - половина расстояния между опорными балками,
- расстояние от опоры до плоскости сечения II-II.
На надрессорную балку действуют дополнительные вертикальные и горизонтальные силы от центробежной и ветровой нагрузок.
- центробежная и ветровая силы действующая на вагон
=342.8 кН
R=350м - радиус кривой,
1- удельное давление ветра,
=80.7- площадь боковой проекции кузова.
=
вертикальная сила, приложенная к одному из скользунов.
Дополнительные вертикальные реакции опор, возникающие при действии боковых горизонтальных нагрузок определяются из равенства пары сил.
=
Для первого расчетного режима:
Для третьего расчетного режима:
=
=
Напряжения в материале надрессорной балки в расчетных сечениях от вертикальных сил определим по формуле:
- изгибающий момент в расчетном сечении балки,
- номер сопротивления балки в том же сечении,
i- номер расчетного сечения.
Прочность определяется из условия ,
где - допускаемое напряжение материала надрессорной балки для стали марки 20ГЛ
при I режиме 0,85
при III режиме = 140 мПа
= 275 мПа.
= 0,85= 0,85*275 = 233,7 мПа
Для первого расчетного режима:
1й режим:
=
== 10.007 мПа
10.007
Для третьего расчетного режима:
3й режим:
=
== 15.263 мПа
=
== 30.581 мПа
мПа
15.263 мПа мПа
мПа
30.581 мПа мПа
Следовательно прочность материала надрессорной балки выполняется.
Расчет на прочность корпуса автосцепки производится в соответствии с расчетной схемой, включающей в себя (рис. 1, а) восемь сечений, в которых оценивается напряженное состояние отдельно для случаев растяжения силой Тр = 2,5 МН и сжатия (удара) Тс = — 3,5 М Н. Для определения напряжений в большом и малом зубьях рассматривают силы взаимодействия сцепленных автосцепок (рис. 2) на тяговых (схема б) и ударных (схема в) поверхностях контура зацепления. При этом силы считаются сосредоточенными, приложенными в центрах взаимодействующих площадей.
Рис 1. Расчет корпуса автосцепки на прочность:
а) - расчетная схема, б), в) - действие сил соответственно на тяговую и ударную поверхность малого зуба; г),д) — расчетные схемы проушины
Рис. 2 Схема действия сил в контуре зацепления автосцепки: а— при растяжении; б— при сжатии
4.1.Основные причины, вызывающие неисправности.
В процессе эксплуатации вагонов происходит естественное изнашивание их деталей под действием трения, усталостных деформаций в металлах, изменения температур, атмосферных условий и т.д. При износе изменяются форма или состояние поверхности детали, ее размеры и вес, а так же структура материала. Процессы, вызывающие изнашивание деталей вагонов в различных условиях работы, зависят от многих факторов.
Износ от трения является одним из основных видов неисправности деталей вагонов. Установлено, что в процессе изнашивания изменяется структура и микротвердость поверхностного слоя детали. На поверхности деталей, работающих с трением скольжения, образуется слой, обладающий более высокой твердостью. Этот слой пластически деформируется и упрочняется. Аналогичные процессы происходят и при трении качения, например, в поверхностном слое колец роликовых подшипников и ободов цельнокатаных колес. Подобные явления наблюдаются также при упрочнении поверхностоного слоя шеек осей колесных пар методом накатки их на станках роликами под давлением.
Основным способом уменьшения изнашивания от трения является смазывание трущихся поверхностей. К механическим повреждениям относятся трещины, изломы, отколы, выкрашивания и прогибы. Причинами возникновения механических повреждений могут быть нарушения технологии изготовления деталей и узлов (например, несоблюдение режимов термической обработки), нарушение правил маневровых операций, неудовлетворительное состояние элементов верхнего строения пути и подвижного состава. Нередко механические повреждения появляются из-за усталости металла в результате длительной эксплуатации деталей без замены или с предельно допустимым износом от трения.
Коррозия сокращает срок службы металлических деталей вагонов, способствует появлению в них механических повреждений. От воздействия кислорода воздуха происходит атмосферная коррозия, которая особенно усиливается при наличии примесей сернистого и углекислого газов, аммиака. Коррозия возникает также в результате длительного воздействия на металлические части воды, кислот, щелочей, солей, блуждающих электротоков. Интенсивность атмосферной коррозии зависит от рода металла и температуры внешней среды.
Для уменьшения коррозионной усталости металлических деталей вагонов широко применяют защитные покрытия или заменяют стальные детали деталями и сборочными единицами из алюминиевых сплавов и пластмасс.
Усталостные явления в деталях вагонов возникают под воздействием напряжений, изменяющихся по величине и направлению. Многократное изменение напряжений от некоторого максимального значения до минимального вызывает в металле явление прогрессивного разрушения, известного под названием усталости. Исследованиями установлено, что при достаточном числе изменений нагрузки металл разрушается при напряжениях, меньших предела прочности, а число этих изменений до разрушения зависит не только от величины наибольшего напряжения, но и от их амплитуды.
Допустимое максимальное напряжение, при котором материал выдерживает неограниченное число изменений нагрузки, не разрушаясь, называется пределом его выносливости. Предел выносливости каждой детали зависит от свойств материала, характера испытываемых напряжений, технологии изготовления и сборки, внешних условий эксплуатации, состояния и шероховатости поверхности и т.д. Применяющиеся при изготовлении поверхностная цементация, азотирование, электроискровая обработка, наклеп дробью существенно повышают усталостную прочность деталей.
Износы в деталях и узлах вагонов выявляют различными способами: по внешним признакам; например, сдвиг или ослабление ступицы колеса на оси определяют по наличию ржавчины или скоплению масла в месте соединения у неочищенной колесной пары; греющийся буксовый узел на подшипниках скольжения после длительной стоянки поезда выявляют по цвету шейки оси;
Наружным осмотром (при этом определяют трещины, изломы, отколы);
Обмером с использованием различного мерительного инструмента (металлического метра, линейки, шаблонов и д.р.)
Дефектоскопированием для обнаружения скрытых пороков в металле (трещин, раковин, неплотностей и д.р.)
Испытанием некоторых деталей на растяжение для выявления в них усталостных изменений; проверкой металлов на твердость.
Генераторы электрического тока вагонов с кондиционированием воздуха имеют редукторно-карданный привод от средней части оси колесной пары.
Основным поставщиком новых и отремонтированных редукторно-карданных приводов является компания ООО «Мультипликатор», основанная на базе вагонных депо Москва-3 и Москва-Киевская. Редукторно-карданный привод генератора состоит из соединенных между собой одноступенчатого конического редуктора EUK 160 – 1 М, карданного вала, автоматической центробежной муфты сцепления. Техническое обслуживание и ремонт привода имеет свои особенности.
При осмотре редуктора привода (рис.1) необходимо проверить, не сдвинут ли он вдоль или поперек оси. Определяют это по относительному сдвигу частей контрольной черты 14, нанесенной на корпус редуктора и среднюю часть оси 13 колесной пары масляной краской красного цвета по белому полю. Недопустимым считается продольный сдвиг на 5 мм и проворачивание в любую сторону на 15 мм.
Рис. 4.2.1. Редукторно-карданный привод от средней части оси колесной пары.
Обращают так же внимание на целостность увязочной проволоки 8 на болтах с корончатыми гайками. Если проволока оборвана, то при движении поезда нарушается крепление редуктора на оси колесной пары. Следует проверить состояние корпуса 4 резиновых вкладышей 3 и стержня 5 опоры момента. Излом опоры момента можно выявить во время движения вагона по характерному глухому стуку предохранительного кронштейна 2 о скобу. Глухой стук может свидетельствовать так же о чрезмерном износе резиновых вкладышей шаровой головки стержня.
Если на ходу поезда на ходу слышны слабые, как бы внутренние стуки, это может быть признаком излома зубьев конических шестерен из-за наличия технологических пороков или попадания в масло посторонних примесей. Нередко излом одного зуба ведет за собой заклинивание шестерен редуктора. При выходе из строя подшипников хвостовика малой шестерни или полого вала или неправильной регулировке зацепления шестерен в процессе сборки работающий редуктор создает характерный звук (вой).
Осматривая редуктор, проверяют болты 7 крепления деталей корпуса и убеждаются в отсутствии подтеков масла по плоскостям разъема и из-под сливной пробки. Утечка масла (даже капельная) в месте выхода хвостовика малой шестерни из корпуса редуктора указывает на нарушение плотности сальника или неисправность лабиринтного уплотнения. Следует иметь в виду, что даже частичная утечка масла неизбежно приведет к перегреву и заклиниванию шестерен и подшипников. Колесная пара в таком случае перестает вращаться и скользит по рельсам (идет юзом). На поверхности катания колес появляются ползуны. Часто при заклинивании редуктор проворачивается на колесной паре.
Обнаружив неисправный редуктор в вагоне поезда, необходимо в первую очередь демонтировать карданный вал 10, отсоединив его от фланца 9 на хвостовике малой шестерни и от фланца муфты сцепления 12.
Освободив таким образов большую коническую шестерню от зацепления, можно как бы расклинить редуктор при изломе зубьев шестерен или повреждении подшипников. В таком состоянии вагон может следовать в поезде до ближайшего пункта технического обслуживания.
При осмотре необходимо проверять на ощупь температуру редуктора, муфту 12 и для сравнения подшипникового щита генератора. Перегрев редуктора свыше 80 °С, как правило, возникает из-за недостатка или избытка в нем масла или применения в нем масла несоответствующего сорта. Нагрев может быть так же в случае повреждения подшипников качения или недостаточного (менее 0.15 мм) зазора между зубьями конических шестерен. Хвостовик редуктора может нагреваться из-за неправильной сборки лабиринтного уплотнения. Если корпус муфты окажется горячее подшипникового щита генератора или на нагревшейся муфте невозможно держать ладонь руки, значит она неисправна или неправильно отрегулирована. Об исправности муфты во время движения поезда можно судить по режиму заряда аккумуляторной батареи: включение должно происходить при скорости поезда около 36 км/ч (600 об/мин).
На трубчатой части карданного вала не должно быть вмятин со свежими следами ударов, поскольку они могут вызывать нарушение балансировки вала и повреждения подшипников крестовин. Нередки случаи излома крестовин или развинчивания фланцев.
При техническом осмотре вагона на станции формирования или оборота дополнительно выполняют ряд профилактических операций: проверяют обстукиванием затяжку болтов и гаек крепления корпуса редуктора, карданного вала, опоры момента и предохранительных устройств 11. Затянутые болты и гайки издают звонкий металлический звук, ослабшие глухой или дребезжащий. Затяжку болтов крепления фланца карданного вала лучше всего проверять динамометрических ключом.
Уровень масла в редукторе проверяют через заливочное отверстие, закрывающееся резьбовой пробкой с предохранительной цепочкой. Предельный низший уровень совпадает с нижней кромкой этого отверстия. В картер вмещается около 5 литров масла. Игольчатые подшипники крестовин и шлицевую часть карданных валов смазывают на ПТО станций формирования и оборота поездов, а так же участковых станций при выполнении осмотров и единой технической ревизии. Смазочное масло подают с помощью специальной пресс-масленки (рис. 2). Перед подачей масла необходимо убедиться в чистоте как самих масленок , так и близлежащих участков. Запрессовку масла производят до тех пор пока она не появится из-под смазываемых деталей. Следует иметь в виду, что для смазывания карданного вала нельзя применять консистентные смазки, так как они вызывают преждевременный износ рабочих поверхностей.
Рис. 4.2.2. Способ заправки смазки с помощью пресс-масленки.
Одной из ответственных операций является проверка совпадения оси редуктора с геометрической осью колесной пары. Эксцентриситет при высокой скорости поезда вызывает динамические нагрузки, способные разрушить конические подшипники полого вала. Кроме того, крепление полого вала на оси осуществляется через амортизирующие резиновые подушки, которые способствуют нарушению центровки редуктора. Поэтому необходимо периодически проверять соосность. Эта операция сводится к постепенному затягиванию гаек нажимных колец при одновременном контроле эксцентричности посадки редуктора на оси с помощью двух индикаторов (рис.3), ножки которых должны упираться в цилиндрические поверхности фланцев 4 левого и правого монтажных стаканов. Подтягивая поочередно и равномерно через одну гайки с левой и правой сторон редуктора и одновременно вращая ось колесной пары, отмечают отклонения стрелки индикатора. Максимальное биение редуктора после окончания регулировки допускается не более 0.15 мм.
Рис. 4.2.3. Способ измерения осевого и радиального биения редуктора и оси колесной пары.
В случае замены резиновых колец поверхность колесной оси в месте их установки следует тщательно очистить от грязи, краски и налета масла. Устанавливаемые кольца или подушки так же надо промыть подогретым до 50 °С щелочным раствором, а затем – проточной холодной водой. На поверхности резиновых деталей не должно быть трещин, вырывов и оттисков от башмаков.
Перед окончательной установкой шестерни хвостовика на место проверяют и при необходимости регулируют зубчатое зацепление шестерен. Для этого на протертые насухо боковые грани зубьев шестерни-хвостовика наносят водный раствор краски ультрамарин или тонкий слой машинного масла и проворачивают на полный оборот большую шестерню, что бы на поверхности ее зубьев остались отпечатки. При правильном зацеплении овальные контактные пятна расположатся на середине боковых граней зубьев большой и малой шестерен. Если эти пятна смещены в какую-нибудь сторону, значит, зацепление зубьев надо отрегулировать.
После сборки редуктора восстанавливают белой масляной краской контрольные полосы шириной 30-40 мм на его кольцах и средней части оси колесной пары. По белилам вдоль оси и с переходим на торцы колец наносят красной краской полосы шириной 20 мм, при этом полоса на одной стороне редуктора должна быть диаметрально противоположна полосе на другой стороне.
Центробежную муфту сцепления в условиях эксплуатации не ремонтируют. Неисправную муфту с вала генератора спрессовывают и заменяют исправной. Наиболее характерный внешний признак отказа муфты – утрата способности включаться (боксование под нагрузкой) или отключаться. Причиной первой неисправности является, как правило, износ фрикционной накладки 2 (рис.4), излом или проседание пружин 6, загрязнение и ржавление деталей или повреждение нажимной шайбы 3. Первую неисправность можно определить по чрезмерному нагреву корпуса, вторую обнаруживают прокручивание вручную, у исправной муфты вместе с валом генератора должна вращаться часть корпуса, насаженная на этот вал, в то время как другая часть, связанная с карданным валом, должна быть неподвижна. У неисправной муфты вал генератора 7 (рис.4) прокручиванию на стоянке поезда не поддается.
Рис. 4.2.4. Муфта сцепления типа EKNM-46.
При ремонте карданных валов, снятых с эксплуатируемых вагонов, заменяют неисправные игольчатые подшипники, а иногда и крестовины. Внешним признаком неисправности крестовины являются: заметный зазор в игольчатых подшипниках, выкрашивание игл, заедание в сочленении и отпечатки игл на поверхности крестовины. Восстановлению игольчаные подшипники и крестовины не подлежат, их заменяют исправными с следующей последовательности: карданный вал разъединяют по шлицевому соединению на две части. Затем из вильчатых поводков острогубщами удаляют стопорные кольца, а сами поводки поочередно устанавливают на вертикальные планки приспособления 4 (рис.5) и с помощью пресса 2 и втулки 3 выжимают наружные подшипниковые кольца.
Далее можно отсоединить фланцевую часть 1 крестовины, которую в свою очередь разбирают так же. После сборки у отремонтированного карданного вала проверяют радиальный и боковой зазоры в шлицевом соединении (должно быть соответственно 2 и 0.8 мм) и уравновешенность при вращении. В случае необходимости выполняют балансировку.