технические науки/ 4. Транспорт

Д.т.н. Мороз В.І.

Українська державна академія залізничного транспорту, Україна,

К.т.н. Братченко О.В.

Українська державна академія залізничного транспорту, Україна,

аспірант Бобрицький С.В.

Українська державна академія залізничного транспорту, Україна.

Особливості визначення коефіцієнтів зміщення зубчатих коліс тягових передач рухомого складу залізниць

У відповідності до задач, сформульованих в Комплексній програмі оновлення залізничного рухомого складу України на 2006-2010 роки, (затверджена Наказом міністерства транспорту та зв’язку України № 535 від 5 червня 2006 р.), в Україні розгорнені науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи, спрямовані на створення, освоєння серійного виробництва і введення в експлуатацію нових технічних засобів (ТЗ) тягового рухомого складу (ТРС) залізниць – електровозів, тепловозів, дизель-поїздів, електропоїздів. Причому успішне вирішення питань забезпечення високих показників технічного рівня нових ТЗ, що визначають їх працездатність, надійність і економічність в експлуатації, залежить від досконалості конструкції механізмів, які входять до складу відповідних агрегатів і систем [1].

Одним з основних модулів конструкції ТРС є екіпажна частина, до складу якої входить електропривод з тяговою зубчастою передачею (ТЗП). Високі вимоги, що пред’являються до експлуатаційної надійності ТЗП, визначають важливість етапів проектування, які спрямовані на вибір відповідних конструкційних параметрів [2].

При цьому збереження міцності та експлуатаційної довговічності зубців зубчастих коліс (обмеження інтенсивності зношування) пов’язано з вибором цілого ряду параметрів зачеплення, до яких відносяться: коефіцієнт питомого тиску в полюсі зачеплення υ_р, коефіцієнт перекриття ε, коефіцієнти питомих ковзань λ₁ і λ₁.

Відомо, що при заданих числах зубців шестерні z₁ та колеса z₂ зубчатої передачі і прийнятій величині модуля m, забезпечення потрібних показників якості і контрольованих умов на проектування досягається за рахунок обґрунтованого вибору раціональних значень коефіцієнтів зміщення зуборізного інструменту (ξ₁, ξ₂) при виготовленні зубчатих коліс [2,3].

Аналіз науково-технічної літератури показав, що існуючі на теперішній час системи вибору коефіцієнтів ξ₁ і ξ₂ (блокувальних контурів, Кудрявцева, ЦКБР та інш.) [3, 4] не повністю враховують особливості експлуатації ТЗП (динамічні навантаження, реверсивний характер роботи) і необхідність вибору таких коефіцієнтів за умов забезпечення заданої міжцентрової відстані a_w і відсутності загострення зубців (s_a ≥ 0,4m) .

Авторами запропонований підхід до вибору коефіцієнтів зміщення зубчатих коліс ТЗП на основі комплексного аналізу відповідних узагальнених математичних моделей (УММ), що складаються за допомогою методів математичного планування експерименту [5]. З його використанням в Українській державній академії залізничного транспорту були проведені дослідження з обґрунтованого вибору коефіцієнтів зміщення зубчатих коліс ТЗП вантажного тепловозу 2ТЕ116, пасажирських електровозів ЧС-2 і ЧС-4, а також електропоїздів серій ЕР-2, ЕР-2Р і ЕР-2Р.

Нижче наведені результати досліджень з вибору раціональних значень коефіцієнтів і для зубчатих коліс ТЗП електропоїзду серії ЕР–2 (параметри існуючої ТЗП: m=10 мм; z₁ = 23; z₂ = 73; ξ₁ = 0,478; ξ₂ = 0,041; a_w =485 мм).

На першому етапі дослідження з використанням відповідної матриці планування було складено ортогональний математичний план другого порядку для двох змінних (коефіцієнтів ξ₁= -0,2…0,8 і ξ₂= -0,4…0,6), що варіюються на трьох рівнях і для кожного режиму плану (сполучення значень змінних ξ₁ і ξ₂) розраховані величини показників υ_р, ε, ∆λ=λ_1max – λ_2max , s_a1, a_w.

За отриманими масивами величин контрольованих показників були визначені коефіцієнти потрібних УММ, які наведено нижче у вигляді поліномів другого порядку

;

;

;

;

.

Перевірка адекватності отриманих моделей обґрунтувала можливість їх використання при вирішенні поставленої задачі.

За допомогою спеціальної підсистеми з використанням наведених УММ був отриманий допоміжний графік (бінарний переріз [6]), який містить криві показників υ_р, ε, ∆λ і геометричних параметрів ТЗП - s_a1 і a_w (рис.1). Наявність такого графіка дозволяє обґрунтувати вплив вибору коефіцієнтів ξ₁ і ξ₂ на величини контрольованих показників якості ТЗП і геометричних параметрів.

Так для тягової зубчатої передачі, яка використовується в даний час на електропоїздах серії ЕР-2, були обрані коефіцієнти зміщення ξ₁=0,478 і ξ₂=0,041. Їм відповідає точка А на графіку, для якої ε=1,54, ∆λ=1,33, υ_р=0,308, s_a1=5,48 мм, a_w=485 мм.

Аналіз наведених на графіку кривих свідчить про наявність резервів покращення контрольованих параметрів за рахунок зміни коефіцієнтів зміщення ξ₁ і ξ₂ для виготовлення зубчастих коліс. При виборі коефіцієнтів зміщення ξ₁^*= 0,27, ξ₂^*=0,249 (точка В на графіку) можуть бути отримані величини: ε=1,58, ∆λ=0,003, υ_р=0,308, s_a1=6,37 мм

Видно, що вибір коефіцієнтів ξ₁^* і ξ₂^* для т. В на графіку при незмінному рівні коефіцієнту питомого тиску в полюсі зачеплення υ_р забезпечить підвищення коефіцієнту ε, а також вирівнювання максимальних питомих ковзань, що обумовлює позитивний вплив на експлуатаційні характеристики та довговічність ТЗП .

Наведені матеріали обґрунтовують доцільність використання представленого підходу в дослідженнях з оптимізації конструкції тягового рухомого складу залізниць.

Література

1. Мороз В.І. Методологічний аспект формалізованого описання і оцінювання механічної досконалості конструкції транспортних технічних засобів// Зб. наук. праць / УкрДАЗТ, 2004. - Вип. 64. – С. 31 - 37.

2. Бирюков И.В., Беляев А.И., Рыбников Е.К. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог. – М.: Транспорт, 1986. – 256 с.

3. Фролов К.В. Теория механизмов и машин. – М.: Высшая школа, 1987. – 496 с.

4. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных и червячных передач / Под ред. И.А.Болотовского. – М.: Машиностроение, 1986. – 448 с.

5. Мороз В.І., Братченко О.В., Ліньков В.В. Основи конструювання і САПР– Харків: Нове слово, 2003. – 194 с.

6. Мороз В.І., Линьков В.В., Братченко О.В. Методика згортання векторного критерію при оптимізаційному проектуванні зубчатих механізмів тепловозних двигунів із застосуванням узагальнених математичних моделей// Зб. наук. праць / УкрДАЗТ, 2001. - Вип. 45. – С. 77 - 82.