СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
СОКРАЩЕНИЯ............................................... 5
ВВЕДЕНИЕ................................................. 6
1. СОСТОЯНИЕ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, СПОСОБЫ И
СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ
НАДЕЖНОСТИ РЫЧАЖНО-ШАРНИРНЫХ СРЕДСТВ
ВИБРОЗАЩИТЫ.......................................... 11
1.1. Анализ существующих и перспективных конструкций виброзащитных устройств транспортной техники..........11
1.2. Классификация, области применения и конструктивное исполнение рычажно-шарнирных механизмов виброзащитных устройств............................................ 16
1.3. Некоторые особенности центрирования и повышения износостойкости в рычажных виброизоляторах штоков и других подвижных элементов пар фения возвратнопоступательного действия .............................21
1.4. Тенденции развития и перспективы повышения функциональной надежности и технического уровня рычажношарнирных средств виброзащиты транспортной техники 33
1.5. Определение цели и постановка задач исследования.36
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В РЫЧАЖНЫХ
ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ С МЕХАНИЗМАМИ УПРАВЛЕНИЯ
РАЗЛИЧНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ...........................38
2.1. Виброизолятор с клиновым плунжерным механизмом управления............................................. 38
2.2. Виброизолятор с механизмом управления на базе клапаноседельной пары.........................................45
2
2.3. Пневматический виброизолятор с шатунным рычажнопоршневым механизмом управления...........................47
2.4. Выводы...............................................61
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ВИБРОЗАЩИТНОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ МОДЕЛИ ИММИТАТОРОВ....................................... 62
3.1. Экспериментальное исследование взаимного влияния резонансных колебаний кинематически связанных упругоподвешенных масс рычажных механизмов при транспортном нагружении...................................62
3.2. Выводы ..............................................69
4. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ, УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ РЫЧАЖНЫХ ВИБРОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ И ПРИМЕРЫ ИХ КОНСТРУКТОРСКОЙ РЕАЛИЗВЦИИ..................................70
4.1. Роль конструктивного анализа и классификаторов рычажношарнирных средств виброзащиты и их составных элементов в повышении качества и сокращении сроков проектирования высокоэффективных конструкций............................ 64
4.2. Совершенствование известных и разработка новых средств виброзащиты агрегатов и оборудования железнодорожного транспорта............................................... 73
4.2.1. На базе механических корректирующих устройств..73
4.2.2. На базе механизмов рассеивания энергии и изменения вида и направления движения кинематических звеньев ... 76
4.2.3. На базе демпферов различной физической природы.77
3
4.2.4. С механизмом переключения жесткости упругого элемента....................................... 82
4.2.5. Пространственный рычажно-шарнирный виброизолятор блочно-пружинного типа......................... 88
4.3. Выводы........................................90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................92
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................94
ПРИЛОЖЕНИЕ П. 1. ВИДЫ, ВЗАИМОСВЯЗЬ И АМПЛИТУДНО-
ЧАСТОТНЫЙ СПЕКТР КОЛЕБАНИЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА............... 105
ПРИЛОЖЕНИЕ П.2. ВОПРОСЫ ВЫБОРА И РАСЧЁТА
ПАРАМЕТРОВ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ
РЫЧАЖНОГО ВИБРОИЗОЛЯТОРА...........115
ПРИЛОЖЕНИЕ П.З. ЛИСТИНГ' ПРОГРАММЫ «РАСЧЕТ
ПАРАМЕТРОВ РЫЧАЖНО-ШАРНИРНОГО ВИБРОИЗОЛЯТОРА»....................131
4
СОКРАЩЕНИЯ
ВВФ - внешние воздействующие факторы
ВНТИЦ - Всероссийский научно-технический информационный центр ГПТА - гидропневмотопливный агрегат НО - исполнительный орган
МЕРЕТРАНС или МРТ - металлическая резина транспортных систем МР - металлический аналог резины или «металлорезина»
НТД - научно-техническая документация
ПГС - пневмогидросистема
ППП - пакет прикладных программ
Орел ГТУ - Орловский государственный технический университет
СамГАПС - Самарская государственная академия путей сообщения
САПР - система автоматизированного проектирования
СПГ - сжиженный природный газ
ТЗ - техническое задание
ТУ - технические условия
УДЭ - упругодемпфирующий элемент
ЧЭ - чувствительный элемент
ЭУ - энергетическая установка
ЭДС - электродвижущая сила
5
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время четко отслеживается тенденция роста скоростей и грузоподъемности подвижного состава железнодорожного транспорта, энерговооруженности его энергетических установок, в частности в связи с переходом на нетрадиционные, более эффективные источники топлива (сжиженный природный газ и жидкий водород). В то же время одновременно возрастают требования к эксплуатационной надежности (величине гарантийного ресурса) его агрегатов и оборудования, подвергающихся значительным динамическим нагрузкам со стороны рельсового пути, энергетических установок и подвижного состава. Это заставляет уделять все большее внимание устранению вибрации динамически нагруженных элементов, тем более что до сих пор усталостные поломки составляют значительную долю дефектов транспортной техники, как на этапе доводки выходных параметров, так и при ее эксплуатации.
Среди проблем, связанных со снижением вибрации агрегатов и оборудования подвижного состава, должное место занимает разработка новых высокоэффективных средств виброзащиты, к которым в силу специфики эксплуатации железнодорожного транспорта предъявляется ряд приоритетных требований: повышенный ресурс при простоте
обслуживания и высокой ремонтопригодности, всепогодность эксплуатации и обеспечение живучести подвижного состава при внештатных ситуациях в системах его жизнеобеспечения (перебои с подачей электроэнергии, смазочных и охлаждающих сред; сверхнормативные ударные нагрузки при роспуске вагонов с горки, торможении подвижного состава и др.).
На взгляд автора, именно эти требования обусловили широкое применение в железнодорожном транспорте простых конструкций пассивных (самодействующих) виброзащитных механических устройств,
6
реализующих принципы конструкционного демпфирования (демпферы сухого трения), а также многочисленного ряда пневматических и гидравлических средств виброзащиты, самоадаптирующихся в условиях смены эксплуатационных нагрузок. Причем в последние годы в практику отечественной промышленности все более активно внедряются отдельные разработки пассивных рычажных виброзащитных устройств, реализующих лучшие стороны рычажных механизмов с учетом последних достижений отечественных и зарубежных ученых в области транспортной техники.
В частности, рычажные виброзащитные устройства обладают:
- малой склонностью к автоколебаниям и наложению резонансных частот колебаний упругих звеньев на колебания упругоподвешенных элементов исполнительного органа;
- возможностью работы в широком диапазоне внешних нагрузок при малых ходах и усилии упругих звеньев с самоподстройкой указанных параметров при перестройке режимов работы;
- простотой обслуживания и коррекции выходных параметров под варьируемый амплитудно-частотный спектр внешних нагрузок;
- хорошей сочленяемостью (способностью к комбинированию) с другими видами виброизолирующих (демпфирующих) устройств с получением более высоких показателей функциональной надежности, ресурса и экономичности работы (потребляемой энергии).
Но, к сожалению, до настоящего времени работы по созданию высокоэффективных рычажных виброзащитных устройств ведутся эпизодически без ориентации на системный подход, а их результаты известны лишь узкому кругу специалистов. Следует также отметить отсутствие в отрасли специализированной литературы по расчету и проектированию рычажных виброзащитных устройств и входящих в них рычажно-шарнирных механизмов.
В связи с этим, работа, нацеленная на восполнение недостающих знаний о рычажных виброзащитных устройствах транспортной техники,
7
является актуальной и важной с точки обеспечения безопасности эксплуатации подвижного состава и сохранности транспортируемых по железной дороге грузов различного назначения.
В работе отражаются следующие научные положения:
- систематизированные и дополненные авторскими разработками классификационные схемы рычажных виброзащитных устройств и входящих в них рычажно-шарнирных механизмов и упругодемпфирующих элементов;
- ряд новых конструкций рычажных виброзащитных устройств, созданных на базе новых знаний науки и техники в области вибро-, ударозащиты динамически нагруженных агрегатов и оборудования железнодорожного транспорта;
- новые математические модели рычажно-шарнирных виброзащитных устройств на базе: шатунно-поршневого управляющего механизма, клапанно-седельного управляющего механизма и клинового управляющего механизма;
- новая методика расчета динамических параметров пневматического рычажно-шарнирного виброзащитного устройства с учетом изменения амплитудно-частотного спектра транспортных нагрузок;
- новые результаты исследования изменения динамического качества рычажно-шарнирных механизмов виброзащитных механизмов в условиях варьирования внешних воздействующих факторов.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений.
В первой главе на основе всестороннего обзора российской и зарубежной научно-технической литературы и патентной документации, а также разработанных при участии автора оригинальных конструкций рычажно-шарнирных средств виброзащигы, охарактеризовано состояние исследований по конструированию и расчету функциональных параметров их составных звеньев в условиях варьирования внешней нагрузки при
8
выработке гарантийного ресурса в составе подвижного железнодорожного транспорта.
На основе проведенного обзора сформулированы цель и задачи исследования.
Вторая глава освещает вопросы аналитического исследования работоспособности рычажных средств виброзащиты при вибрационном и ударном нагружении. Представлены разработанные математические модели ряда новых конструкций рычажно-шарнирных виброзащитных устройств. Представлены результаты моделирования переходных процессов в такого рода устройствах для получения заданных параметров при варьировании ВВФ.
В третьей главе охарактеризованы конструкция разработанных имитаторов, используемых стендового оборудования и аппаратуры, методика и результаты эксперимента по сопоставленному анализу взаимного влияния резонансных колебаний кинематически связанных упругоподвешенных масс при транспортном нагружении при традиционном их последовтельном их расположении и при ортогональном их размещении с кинематическим зацеплением при помощи рычажношарнирного исполнительного механизма.
В четвертой главе охарактеризованы вопросы систематизации, совершенствования и разработки способов и средств обеспечения эксплуатационной надежности рычажных виброзащитных устройств различной физической природы и примеры их конструкторской реализации.
Заключение, отражающее наиболее значимые результаты, полученные в процессе исследований, характеризует выявленные закономерности и особенности работы объектов исследования.
В приложениях освещены сведения о видах, взаимосвязи и амплитудно-частотном спектре колебаний подвижного состава современного железнодорожного транспорта, определяющих назначение,
9
выходные параметры и тип принимаемой конструкции средства виброзащиты, принципы классифицирования, выбора и расчета параметров их упругих звеньев и листинг программы расчета параметров рычажно-шарнирного виброизолятора.
Работа выполнена в НИЛ «Динамическая прочность и виброзащита транспортных систем» СамГАПС в соответствии с координационными планами федеральных и отраслевых программ: «Программа
энергосбережения на железнодорожном транспорте в 1998-2000, 2005 годах» (Постановление Правительства РФ от 04.07.98 № 262 пру) и «Проірамма создания нового поколения грузового подвижного состава на 2000-2005годы (Постановление Коллегии МПС РФ от 24-25 декабря 1999г. № 23).
10
1. СОСТОЯНИЕ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ РЫЧАЖНО-ШАРНИРНЫХ СРЕДСТВ ВИБРОЗАЩИТЫ
1.1. Анализ существующих и перспективных конструкций виброзащитных устройств транспортной техники
Из анализа научно-технической литературы и патентной документации /93, 98, 99/ вытекает, что развитие виброзащитных устройств транспортной техники происходит по следующим направлениям:
- совершенствование классических схем виброзащиты, реализующих лучшие качества пассивных УДЭ;
- разработка систем и устройств виброзащиты с параметрическим управлением;
- создание активных средств виброзащиты, в том числе на базе последних достижений в области конструкционного демпфирования.
Наиболее просты по конструкции и наиболее распространены в практике виброзащитные устройства на пассивных неуправляемых элементах.
Такие устройства могут состоять из одного упругого элемента, упругого элемента с демпфером; комбинации упругого элемента; демпфера и совокупности инерционных масс с последовательнопараллельным, а в ряде случаев, многокаскадным соединением этих элементов.
По исполнению упругодемпфирующих элементов виброзащитные устройства подразделяются на пневматические /14, 26, 80, 88, 100/, гидравлические /46, 96/, пружинные упруго демпфирующие элементы /1, 10/, рессорные /27, 84/, резиновые /68/, тросовые /77, 78, 79/ из искусственных упругопористых металлических материалов типа МР или МЕРЕТРАНС /67, 85, 92/ и другие типы, охарактеризованные в /48, 58/.
11
- Київ+380960830922