Разработка надёжной тяговой передачи с ремонтопригодной и контролепригодной муфтой электропоездов серии ЭР9

В таблице 3.1 приведены возможные частоты колебаний для поводка, которые находятся в пределах от 1675,1 Гц до 13552,9 Гц. В приложении 5 указаны формы колебаний, соответствующие восьми низшим частотам собственных колебаний.

Наиболее неблагоприятной формой колебаний является колебание с частотой 1675,1 Гц, так как это самая низкая частота, и её величина может совпасть с одной из частот возмущений от зубчатой передачи, а форма колебаний вызывает ослабление болтовых соединений, поэтому болтовые соединения должны иметь надёжную контровку.

Поскольку, в целях снижения трудоёмкости рассоединения муфты предусмотрено минимальное количество болтов, то для надёжности их контровки предусматриваем применение храповых шайб и корончатых гаек со шплинтовкой.

Болты должны быть изготовлены из стали не ниже Ст.45..

Таблица 3.1

Частоты собственных колебаний поводка

№ п/п	Частота, (Гц)	Период, (с )
1	2	3
1	1675,1	0,5970 х 10-3
2	2379,5	0,4203 х 10-3
3	2578,4	0,3878 х 10-3
4	3399,0	0,2942 х 10-3
5	3731,6	0,2680 х 10-3
6	3932,3	0,2543 х 10-3
7	4942,1	0,2023 х 10-3
8	5317,3	0,1881 х 10-3
9	5636,6	0,1774 х 10-3
10	5777,2	0,1731 х 10-3
11	6505,8	0,1537 х 10-3
12	7219,1	0,1385 х 10-3
13	7304,0	0,1369 х 10-3
14	7748,5	0,1291 х 10-3
15	7830,6	0,1277 х 10-3
16	8166,1	0,1225 х 10-3
17	8931,3	0,1120 х 10-3
18	9417,1	0,1062 х 10-3
19	9863,4	0,1014 х 10-3
20	10117,1	0,0988 х 10-3
21	10505,5	0,0952 х 10-3
22	10892,6	0,0918 х 10-3
23	11263,0	0,0888 х 10-3
24	11664,5	0,0857 х 10-3
25	11905,5	0,0840 х 10-3
26	12053,1	0,0830 х 10-3
27	12339,3	0,0810 х 10-3
28	12946,2	0,0772 х 10-3
29	13216,4	0,0757 х 10-3
30	13552,9	0,0738 х 10-3

4.ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ УЧАСТКА ПЕРЕДАЧИ ШЕСТЕРНЯ - ЯКОРЬ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Расчёт производим для модели участка передачи, приведённой на рисунке 4.1.

Расчётная модель участка передачи

J₁ - момент инерции шестерни и участка вала;

J₂ - момент инерции фланца шестерни и вала;

J₃ - момент инерции кольца и вала;

J₄ - момент инерции кордооболочки;

J₅^/ - момент инерции двух полуколец и вала;

J₅^// - момент инерции кольца электродвигателя;

J₅^/// - момент инерции поводка;

J₆ - момент инерции якоря тягового электродвигателя;

С_{i j} - жёсткость участка вала и оболочки;

L_я, L_в, L_д - индуктивности якоря, обмотки возбуждения и дополнительных полюсов;

r_я, r_в, r_д - сопротивления обмоток.

Рис. 4.1

На рисунке 4.1 :

ь U - напряжение на двигателе, U = 750В;

ь E - противо ЭДС двигателя, В;

ь i_{я -} ток якоря, А.

При расчёте производим исследование реакции системы на воздействие единичной силой P_z на шестерню. Эта сила создаёт момент М_z. Система реагирует моментом сопротивления М_с. Так же при моделировании учитываем зазор в болтах и втулках фланца шестерни. Суммарный зазор во всех восьми втулках д = 0,55 мм. Зазор образуется на расстоянии R_д = 124 от оси муфты.

Моделирование зазора:

К = 0 при | R_д (ц₂ - ц₃) | ? д;

К = 1 при | R_д (ц₂ - ц₃) | < д.

Уравнение системы представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Дифференциальные уравнения колебаний системы

В уравнениях таблицы 4.1 ц_i - углы поворота элементов системы вокруг оси вращения; в_ij - коэффициенты демпфирования крутильных колебаний, вычисляемые по формулам:

для в₁₂ и в₅₆

в_ij = 0,01 х 2 v С_{i j} J_j; Нм/рад/с; (4.1)

для в₂₃ и в₄₅ и в₃₄

в_ij = 0,05 х 2 v С_{i j} J_j; Нм/рад/с; (4.2)

Значение жесткостей для базовой и новой муфт:

с₁₂ = 9,05 х 10⁶; Нм/рад;

с₂₃ = 1,3 х 10⁵; Нм/рад;

с₃₄ = 2,0 х 10⁵; Нм/рад;

с₄₅ = 2,0 х 10⁵; Нм/рад;

с₅₆ = 5,1 х 10⁶; Нм/рад.

Значение моментов инерции для базовой и новой муфт:

J₁ = 0,2535 кг м²;

J₂ = 0,6207 кг м²;

J₃ = 0,2250 кг м²;

J₄ = 0,2780 кг м²;

J₆ = 28 кг м².

Для базовой муфты момент инерции полуколец и фланца двигателя J₅ = 1,4522 кг м². Для новой муфты остаётся неизменным момент инерции полуколец J₅^/ = 0,8238 кг м². Моменты инерции кольца двигателя и поводка J₅^// и J₅^/// рассчитывают с помощью рисунка 4.2 в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Расчёт моментов инерции кольца двигателя и поводка

Площадь поперечного сечения кольца S, м2	Средний радиус кольца r/, м	Длинна средней линии кольца l = 2 р r/, м	Объём кольца V = S l, м3 (для Sп5 - Sп9 V = 0,45 S l)	Масса кольца m = V г, кг, где г- плотность стали, г= 7850 кг/м3	Внешний радиус кольца R, м	Внутренний радиус кольца r, м	Момент инерции кольца J = m/2 (R2+ r2), кг м2
S1кд = 800 х 10-6	0,0885	0,5558	4,45 х 10-4	3,49	0,101	0,076	0,0279
S2кд = 1400 х 10-6	0,1210	0,7599	10,64 х 10-4	8,35	0,141	0,101	0,1256
S3кд = 864 х 10-6	0,1640	1,0299	8,90 х 10-4	6,99	0,182	0,146	0,1903
S4кд = 704 х 10-6	0,2110	1,3251	9,33 х 10-4	7,32	0,227	0,195	0,3278
S5кд = 483 х 10-6	0,2535	1,5920	7,69 х 10-4	6,04	0,264	0,243	0,3888
S6кд = 480 х 10-6	0,2910	1,8275	8,77 х 10-4	6,89	0,309	0,275	0,5895
кольцо двигателя	39,08		1,6499
S1п = 292 х 10-6	0,0430	0,2700	0,79 х 10-4	0,62	0,045	0,041	0,0011
S2п = 2632 х 10-6	0,0590	0,3705	9,75 х 10-4	7,65	0,073	0,045	0,0281
S3п = 722 х 10-6	0,0825	0,5181	3,75 х 10-4	2,94	0,092	0,073	0,0203
S4п = 896 х 10-6	0,1060	0,6657	5,96 х 10-4	4,68	0,120	0,092	0,0535
S5п = 960 х 10-6	0,1350	0,8478	3,66 х 10-4	2,87	0,150	0,120	0,0530
S6п = 1073 х 10-6	0,1685	1,0582	5,11 х 10-4	4,01	0,187	0,150	0,1152
S7п = 736 х 10-6	0,2110	1,3251	4,39 х 10-4	3,45	0,227	0,195	0,1545
S8п = 462 х 10-6	0,2535	1,5920	3,31 х 10-4	2,60	0,264	0,243	0,1889
S9п = 512 х 10-6	0,2910	1,8275	4,21 х 10-4	3,30	0,309	0,275	0,2823
поводок	32,12		0,8969

Таким образом, момент инерции кольца тягового электродвигателя J₅^// = 1,6499 кгм², момент инерции поводка J₅^/// = 0,8969 кг м², а суммарный момент инерции полуколец, кольца тягового электродвигателя и поводка J₅ = J₅^/ + J₅^// + J₅^/// = 0,8238 + 1,6499 + 0,8969 = 3,3706 кг м².

Сопротивление обмоток якоря, обмотки возбуждения и дополнительных полюсов равны соответственно:

ь r_я = 0,069414 Ом;

ь r_в = 0,13372 Ом;

ь r_д = 0,024564 Ом.

Для определение величин индуктивности обмоток строим магнитную характеристику тягового электродвигателя по данным таблицы 4.3.

Таблица 4.3.

Магнитная характеристика тягового электродвигателя

Ф, Вб	0,0028	0,0055	0,0083	0,0111	0,0138	0,0166	0,0193	0,0221	0,0249	0,0276	0,0300
I, А	13	26	39	54	71	89	118	157	210	299	439

Магнитная характеристика построена на рисунке 4.3.

Далее линеаризуем магнитную характеристику построением касательной в точке, соответствующей часовому току тягового электродвигателя I_ч = 350 А (см.рис.4.3.) и получаем величину индуктивности обмотки возбуждения по формуле [15, стр. 15]:

Lв = 2р у Wв	Д Ф/ .	; Гн; (4.3)
	Д I /

где: 2р - число полюсов двигателя,

2р = 4;

у - коэффициент магнитного рассеяния,

у = 1,1;

W_в - число витков одной полюсной катушки,

W_в = 56;

Д Ф^/ / Д I ^/ - тангенс угла наклона касательной к магнитной характеристике (см. рис. 4.3),

Д Ф^/ / Д I ^/ = 0,0065/360 = 1,8 х 10^-5 Вб/А.

Подставим значения в формулу 4.3, получаем:

L_в = 4 х 1,1 х 56 х 1,8 х 10^-5 = 0,00445 Гн

Индуктивность якоря L_я и дополнительных полюсов L_д приближённо равны [15, стр. 15]:

L_я = 0,17 L_в = 0,17 х 0,00445 = 0,00076 Гн (4.4)

L_д = 0,08 L_в = 0,08 х 0,00445 = 0,00036 Гн (4.5)

Суммарная индуктивность цепи якоря определяется по следующей формуле:

L_У = L_в + L_я + L_д , Гн (4.6)

Подставив в формулу 4.6 значения, получим:

L_У = 0,00445 + 0,00076 + 0,00036 = 0,00557 Гн

Для создания массива зависимости Ф(i_я) аппроксимируем магнитную характеристику тягового электродвигателя пятью отрезками прямых и заносим данные в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Аппроксимация зависимости Ф(i_я)

Ф, Вб	0	0,0102	0,0181	0,0243	0,0271	0,0300
iя, А	0	48	99	190	266	439

Постоянные тягового электродвигателя рассчитываем по формуле [16, стр. 14]:



СЕ = СМ =	Р N .	; (4.7)
	а 2р

где: Р - число пар полюсов тягового электродвигателя,

Р = 2 ;

N - число проводников обмотки якоря,

N = 700;

а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря тягового электродвигателя,

а = 2.

Подставив данные в формулу 4.7, получаем:

СЕ = СМ =	2 х 700 .	= 111,46.
	2 х 2р

Решение системы дифференциальных уравнений таблицы 4.1 производим методом Рунге-Кутта на ЭВМ. В результате получаем графики колебаний и распределения частот колебаний для фланца шестерни, кольца и фланца тягового элетродвигателя (у базовой муфты) или поводка (у новой муфты), которые обозначены Y(2), Y(3) и Y(5) соответственно ( смотри прил. 6-9).

Для базовой муфты - смотри приложение 6, 7; для новой муфты - смотри приложение 8, 9.

Рассчитаем частоты возмущения от зубчатой передачи по следующей формуле [1, стр. 403]:

f z =	Zz V .	; Гц; (4.8)
	3,6р Дкп

где: Z_z -количество зубьев большого зубчатого колеса,

Z_z = 75;

V - скорость движения поезда, км/час.

Расчёт ведём для четырёх гармоник: f _z , 2f _z , 3f _z , 4f _z . Результаты заносим в таблицу 4.5.

Таблица 4.5

Частоты возмущения

V, км/час	f z , Гц	2f z , Гц	3f z , Гц	4f z , Гц
40	253	506	759	1012
60	379	758	1137	1516
80	505	1010	1515	2020

Из приложений 7 и 9 запишем в таблицу 4.6 частоты колебаний фланца тягового электродвигателя базовой муфты и поводка новой муфты соответственно, указывая интенсивности колебаний на каждой частоте в процентах, и, распределяя частоты по мере уменьшения интенсивности.

Таблица 4.6

Частоты колебаний фланца тягового электродвигателя и поводка

Частоты	Фланец тягового электродвигателя (базовая муфта)	Поводок (новая муфта)
f1 , Гц	50	100 %	200	100 %
f2 , Гц	150	58 %	50	43 %
f3 , Гц	300	40 %	150	34 %
f4 , Гц	233	32 %	-	-

По данным таблиц 4.5 и 4.6 строим зависимости частот возмущения от скорости движения поезда и частоты колебаний фланца тягового электродвигателя и поводка на рисунках 4.4. и 4.5.

Из сравнения (рис. 4.4 и 4.5) видим, что вероятность резонанса в зона рабочих скоростей от 40 до 80 км/час у новой муфты меньше по сравнению с базовой, хотя возрастает интенсивность колебаний на более высоких частотах.

По графикам колебаний приложений 6 и 8, видно, что колебанийя новой муфты затухают медленнее, чем базовой.

В целом, по результатам динамического расчёта можем сделать вывод, что новая муфта обладает удовлетворительными динамическими характеристиками и не впадает в резонанс в зоне рабочих скоростей от 40 до 80 км/час.

5. ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ И РАЗБОРКИ ТЯГОВОЙ МУФТЫ

Так как произведённые в конструкции муфты усовершенствования направлены на облегчение рассоединения муфты при технических ремонтах ТР-2, ТР-3, сравним порядок сборки и разборки муфты на текущих ремонтах ТР-2, ТР-3, то есть при каждой выкатке колёсных пар.

Для выкатки колёсной пары необходимо разъединить тяговый электродвигатель и тяговый редуктор, для этого муфту разбирают только со стороны тягового электродвигателя.

Порядок разборки приведен в таблице 5.1

Таблица 5.1

Порядок разборки тяговой муфты

Базовая муфта	Новая муфта
1	2
1. Выкатить тележку из под вагона (при необходимости)
1	2
2. Отвернуть восемь болтов М24, крепящих упругую оболочку к фланцу тягового электродвигателя; сжать в осевом направлении упругую оболочку на величину, позволяющую вывести втулки полуколец из отверстий фланца тягового электродвигателя	2. Отвернуть четыре болта М16, соединяющих поводок и кольцо тягового электродвигателя; сжать в осевом направлении упругую оболочку на величину, позволяющую вывести зубья поводка из пазов кольца тягового электродвигателя
3. Опустить редуктор, отвернув верхнюю гайку подвески редуктора
4. Вынуть освободившиеся полукольца из полости упругой оболочки	-

Порядок сборки тяговой муфты приведен в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Порядок сборки тяговой муфты

Базовая муфта	Новая муфта
1	2
1. Завести в упругую оболочку два полукольца и насадить их на фиксаторы	-
2. Поднять корпус редуктора до совпадения осей вала тягового электродвигателя и вала шестерни
3. Сжать упругую оболочку в осевом направлении на величину, позволяющую завести концы втулок полуколец в отверстия фланца тягового электродвигателя	3. Сжать упругую оболочку в осевом направлении на величину, позволяющую завести зубья поводка в пазы кольца тягового электродвигателя
4. Закрепить упругую оболочку восемью болтами М24	4. Закрепить поводок и кольцо тягового электродвигателя четырьмя болтами М14

Как видно из таблицы 5.1 и таблицы 5.2, при разборке и сборке новой муфты уменьшается число совмещаемых поверхностей (с восьми до двух) и число болтовых соединений ( с восьми до четырёх). Благодаря этому достигается существенная экономия трудоёмкости разборки и сборки тяговой муфты.

Равномерность затяжки упругого элемента и отсутствие перекоса определять замерами через отверстие диаметром 5 мм.

Разница в замерах не должна превышать 2 мм.

После каждой разборки и сборки необходимо проверить размеры:

1. у базовой муфты ширину 174 + 3 мм и смещение фланцев друг относительно друга (3 + 1,5 мм);

2. у новой муфты ширину 160 + 3 мм и смещение фланцев друг относительно друга (3 + 1,5 мм) по размеру 120 + 1,5 мм.

При незагруженности вагона фланец двигателя должен быть выше фланца шестерни.

В случае, если указанные размеры не соблюдаются, нужно установить их перемещением тягового электродвигателя вдоль его оси и затяжкой стержня в подвеске редуктора.

6. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗИНОКОРДОВОЙ РЕМОНТОПРИГОДНОЙ МУФТЫ ТЯГОВОЙ ПЕРЕДАЧИ

В настоящем дипломном проекте производится модернизация существующей тяговой передачи и резинокордовой тяговой муфты электропоездов с целью обеспечения ремонтопригодности конструкции и повышения её надёжности.

Экономический эффект от внедрения тяговой передачи с новой ремонтопригодной муфтой достигается за счёт:

1. повышения надёжности болтовых соединений, и, следовательно, сокращение числа неплановых ремонтов;

2. уменьшение трудоёмкости выкатки колёсно-редукторного блока при текущих ремонтах ТР-2, ТР-3;

3. увеличение срока службы резинокордовой муфты тягового привода электропоезда.

6.1 Определение оптовой цены ремонтопригодной муфты тяговой передачи электропоезда

Рассчитаем себестоимость и оптовую цену поводка и кольца тягового электродвигателя ремонтопригодной муфты, а затем и всей новой муфты, основываясь на калькуляции для фланца электродвигателя и базовой муфты, предоставленной ДМЗ (цены апреля 1996 г.).

Пересчёт статей калькуляции производим с помощью коэффициентов пересчёта К_pi, которые получаем из соотношения площадей поперечного сечения фланца тягового электродвигателя базовой муфты и кольца двигателя и поводка новой муфты.

При похожем характере обработки заготовок такое соотношение, эквивалентное увеличению массы деталей, приблизительно отражает увеличение их стоимости.

Из приложения 2 площади поперечного сечения:

ь фланца тягового электродвигателя базовой муфты

S_фб = 104 см²;

ь кольца тягового электродвигателя новой муфты

S_кн = 28,5 см²;

ь поводка новой муфты

S_пн = 125 см².

Тогда, коэффициенты пересчёта определяются:

ь для кольца тягового электродвигателя

Кр1 =	Sкн	; (6.1)
	Sкн

Подставив значения в формулу 6.1, получаем:

Кр1 =	28,5	= 0,274
	104

ь для поводка

Кр2 =	Sпн	; (6.2)
	Sкн

Подставив значения в формулу 6.2, получаем:

Кр1 =	125	= 1,202
	104

Пересчёт статей калькуляции ведём по следующей формуле:

С_знj = К_рi С_збj, р; (6.3)

где: С_знj - стоимость j-той статьи калькуляции на новую муфту, (руб.);

С_збj - стоимость j-той статьи калькуляции на базовую муфту, (руб.).

Результаты пересчёта калькуляции сводим в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Калькуляция на муфту упругую, (руб.)

Наименование статьи затрат	Примечание	Базовая муфта	Новая муфта
		Фланец двигателя	Муфта	Кольцо двигателя	Поводок	Муфта
1	2	3	4	5	6	7
1. Сырьё и материалы		-	111292	-	-	111292
2. Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги кооперированных предприятий	для новой муфты + 4 болта М16 по 0,2 кг: 4х0,2х9800 = 7840	672618	2693125	184297	808487	3021131
3. Транспортно -заготовительные расходы	5% (сумма строк 1+2)	33631	103970	9215	40424	151057
4. Полуфабрикаты собственного производства		-	-	-	-	-
5. Возвратные отходы		-880	-5600	-241	-1058	-6019
6. Топливо и энергия на технологические цели		-	-	-	-	-
7. Итого затрат на материалы		705369	2902787	193271	847853	3277461
8. Основная заработная плата производственных рабочих, в том числе доплаты (премии) по прогрессивно-премиальным системам		50500	108800	13837	60701	132838
9. Дополнительная заработная плата производственных рабочих	входит с троку 8	-	-	-	-	-
1	2	3	4	5	6	7
10. Отчисления на социальное страхование с заработной платы производственных рабочих	40% от строки 8	20200	43520	5535	24280	53135
11. Расходы на подготовку и освоение новых видов продукции	смотри формулу 6.5	-	-	166	729	895
12. Износ инструментов и приспособлений целевого назначения и прочие специальные расходы		10000	20000	2740	12020	24760
13. расходы на содержание и эксплуатацию оборудования	390% от строки 8	196950	424320	36561	160389	424320
14. Цеховые расходы	не изменяются	196950	424320	36561	160389	424320
15. Общезаводские расходы	240 % от строки 8 (не изменяются)	121200	261120	22499	98701	261120
16. Внутризаводские перемещения сырья, материалов, полуфабрикатов, продукции		3245	16520	889	3900	18064
17. Потери от брака		-	-	-	-	-
18. Производственная себестоимость	Сумма строк 7 - 17	1107544	3777067	275498	1208573	4192593
19. Внепроизводственные расходы	0,5 % от строки 18 (не изменны)	5538	18885	1028	5410	18885
19.1 НИОКР	1,5 % от строки 18 (не изменны)	16613	56656	3084	13529	56656
20. Полная себестоимость	Сума строк 18 + 19	1129695	3852608	279610	1226612	4268134
21. Норматив рентабельности к себестоимости	25 %	25,0	25,0	25,0	25,0	25,0
22. Прибыль	(Произведение строк 20 и 21) / 100	282495	963192	69903	306653	1067034
23. Проект оптовой цены	Сумма строк 20 и 22	1412100	4815800	349513	1533265	5335168
24. Налог на добавленную стоимость	20 % от строки 23	282420	963160	69903	306653	1067034
25. Проект оптовой цены с НДС	Сумм строк 23 и 24	1694520	5778960	419416	1839918	6402202

Расходы на подготовку и освоение новых видов продукции (строка 11 в таблице 6.1) принимаем равными 1035000 рублей в год на всю программу выпуска.

По данным депо Перерва, средний срок эксплуатации резинокордовой муфты составляет восемь лет. Благодаря улучшению условий работы болтов фланцев и резинокордовой оболочки, ожидаемый срок эксплуатации ремонтопригодной муфты составит двенадцать лет.

Определим программы выпуска базовой и новой муфт в год по следующей формуле:

А б (н) = ( 1 +	1 .	)	Nв	n М; ед./год ; (6.4)
	Тб (н)		2

где: Т_{б (н)} - срок службы тяговой муфты, лет;

N_в - годовая программа выпуска вагонов электропоездов на ДМЗ,

N_в = 534 ед.;

2 - коэффициент, учитывающий то, что моторные вагоны составляют половину от общего числа вагонов;

n _М - число тяговых муфт, приходящихся на один моторный вагон,

n _М = 4.

В формуле (6.4) величина 1 / Т_{б (н)} - учитывает долю тяговых муфт, выпускающихся ежегодно в качестве запасных частей.

Из выражения 6.4 определим:

А б = ( 1 +	1 .	)	534	4 = 1201,5ед./год ;
	8		2
А н = ( 1 +	1 .	)	534	4 = 1157,0 ед./год.
	12		2

Таким образом, можем определить удельные расходы на подготовку и освоение новых видов продукции, приходящуюся на одну муфту, по формуле:

Д Р n =	Р n	; руб.; (6.5)
	А н

где: Р _n - расходы на подготовку и освоение новых видов продукции,

Р _n = 1035000 руб..

Из выражения 6.5 определим:

Д Р n =	1035000	= 895 руб.
	1157

Полученные данные заносим в таблицу 6.1, в строку 11.

По результатам расчётов таблицы 6.1 оптовые цены базовой и новых муфт равны (цены апреля 1996 года):

Ц_б = 5778960 руб.;

Ц_н = 6402202 руб..

6.2 Расчёт эксплуатационных расходов на железнодорожном транспорте

На основании анализа технологии сборки и разборки тяговой муфты принимаем, что трудоёмкость частичной разборки или сборки муфты со стороны тягового электродвигателя Т_ч, производимых при текущих ремонтах ТР-2 и ТР-3, сократиться после внедрения новых муфт на величину k = 40% = 0,4.

Для базовой муфты Т_чб = 3 чел.час.. Величину снижения эксплуатационных расходов на текущих ремонтах ТР-2 и ТР-3 в расчёте на одну муфту в год рассчитаем по следующей формуле:

Д И _ТР-2 = 2 k Т_чб С_ТР-2 n_{р/г 2}, р/год; (6.6)

где: 2 - коэффициент, учитывающий, что производится как разборка, так и сборка;

С_ТР-2 - себестоимость одного человеко-часа на текущих ремонтах ТР-2,

С_ТР-2 = 24977 руб/чел час ( по данным депо Перерва);

n_{р/г 2} - число ТР-2 в год,

n_{р/г 2} = 1 ед./год.

Из выражения 6.6 определим

Д И _ТР-2 = 2 х 0,4 х 3 х 24977 х 1 = 59945 р/год

За счёт облегчения сборки тележки на текущих ремонтах ТР-3 экономия трудоёмкости составит, согласно экспертным оценкам, 0,5 чел.час. Величину снижения эксплуатационных расходов на текущем ремонте ТР-3 в расчёте на одну муфту в год, определяем из выражения:

Д И _ТР-3 = Д Т_ТР-3 С_ТР-3 n_{р/г 3}, руб./год; (6.7)

где: Д Т_ТР-3 - экономия трудоёмкости на текущем ремонте ТР-3,

Д Т_ТР-3 = 0,5 чел.час;

С_ТР-3 - себестоимость одного чел.часа на текущем ремонте ТР-3,

С_ТР-3 = 26773 руб./чел.час (по данным депо Перерва);

n_{р/г 3} - число текущих ремонтов ТР-3, приходящихся на один год,

n_{р/г 3} = 0,5 ед./год (один ТР-3 в два года).

По формуле 6.7 определим:

Д И _ТР-3 = 0,5 х 26773 х 0,5 = 6693 руб./год;

По результатам эксплуатации (рис.1.2) обрыв болтов базовой муфты составляет 60% от всех неисправностей по тележке, из них 1/5 часть, то есть 12%, - обрыв болтов со стороны тягового электродвигателя.

Разрушение упругой оболочки составляет 7,5%.

Принимаем, что после внедрения ремонтопригодной муфты обрыва болтов со стороны тягового электродвигателя не будет, а число неисправностей упругой оболочки снизится на одну пятую часть от 7,5%, то есть на 1,5% от всего количества отказов.

Таким образом, число отказов новой муфты должно быть меньше, чем у базовой муфты на величину Д = (12 + 1,5)% = 13,5% = 0,135.

Число неплановых ремонтов с выкаткой колёсной пары и демонтажем тяговой муфты, приходящийся на одну муфту в год, определяем по данным депо Железнодорожная из выражения (для базовой муфты):

nн.б. =	N	, ед./год; (6.8)
	235 nм

где: N - число отказов по тележке за год,

N = 1004 ед./год;

n_м - число муфт на моторном вагоне,

n_м = 4 ед.;

235 - число моторных вагонов в депо, ед.

По формуле 6.8 определим:

nн.б. =	1004	= 1,07 ед./год;
	235 х 4

Число неплановых ремонтов, приходящихся на год на одну новую муфту, рассчитываем по формуле:

n_н.н. = (1- Д) n_н.б., ед./год (6.9)

Подставляя данные в выражение 6.9, получаем:

n_н.н. = (1- 0,135) 1,07 = 0,93 ед./год

По сведениям, предоставленным депо Перерва, средняя трудоёмкость устранения отказов по тележке Т_н.б. = 18,73 чел.час. Исходя из этого, ежегодные расходы на неплановые ремонты, приходящиеся на одну базовую муфту, определяем по следующей формуле:

И_н.б. = n_н.б. Т_н.б.С_ТР-2, руб./год, (6.10)

где: С_ТР-2 - себестоимость одного чел.час на ТР-2, принимаемая и для неплановых ремонтов.

Из выражения 6.10 определим:

И_н.б. = 1,07 х 18,73 х 24,977 = 50567 руб./год

Определим величину трудоёмкости непланового ремонта новой муфты с учётом её снижения по сравнению с базовой муфтой аналогично ТР-2 по следующей формуле:

Т_н.н. = Т_н.б. - k Т_ч.б. 2, чел.час, (6.11)

где: 2 - коэффициент, учитывающий, что производится как разборка так и сборка.

Подставляя данные (смотри формулы 6.6 и 6.10) в зависимость 6.11, определим:

Т_н.н. = 18,73 - 0,4 х 3 х 2 = 16,33 чел.час.

Ежегодные расходы на неплановые ремонты, приходящиеся на одну новую муфту, определяем из выражения:

И_н.н. = n_н.н. Т_н.н. С_ТР-2, руб./год, (6.12)

По формуле 6.12 определим:

И_н.н. = 0,93 х 16,33 х 24977 = 379323 руб./год

Величину снижения эксплуатационных расходов за счёт сокращения неплановых ремонтов определяем следующим образом:

ДИ_н. = И_н.б. - И_н.н. , руб./год (6.13)

Подставим данные в формулу 6.13, получаем:

ДИ_н. = 500567 - 379323 = 121244 руб./год

Суммарную величину снижения эксплуатационных расходов определяем из выражения:

ДИ = ДИ_ТР-2 + ДИ_ТР-3 + ДИ_н. , руб./год (6.14)

Подставим данные в формулу 6.14, определим:

ДИ = 59945 + 6693 + 21244 = 187882 руб./год

6.3 Обоснование уровня лимитных цен

Экономическую обоснованность уровня лимитных (оптовых) цен на новую муфту, обеспечивающих снижение затрат потребителя на единицу конечного полезного эффекта, проверяем сопоставлением их с действующими ценами на базовую муфту с учётом изменений технико-экономических и социальных параметров по формуле из [17, стр. 9]:

Цл .	? 0,85 ; (6.15)
Цб	Пн.	х	1 / Тб + Ен	+	ДИ .	0,9
	Пб		1 / Тн + Ен		1 / Тн + Ен

где: Ц_л - лимитная цена, руб. (принимаем равной оптовой цене новой муфты:

Ц_н = Ц_л = 6402202 руб.) (цена 1996 года);

П_б, П_н - годовая производительность, соответственно, базовой и новой муфт (их производительности равны, следовательно, П_н/ П_б = 1);

Е_н - нормативный коэффициент эффективности,

Е_н = 0,15;

0,9 и 0,85 - коэффициенты, относительного удешевления новой продукции, гарантирующие снижение лимитных цен на единицу конечного полезного эффекта.

Подставляя данные в выражение 6.15 получим следующее выражение:

6402202 .	? 0,85
5778960	1/8 + 0,15		+	187882 .	0,9
	1/12 + 0,15			1 / 12 + 0,15

0,8496 ? 0,85

Условие 6.15 выполняется, следовательно, оптовая цена новой муфты обоснованна с точки зрения эффективности в масштабах всего народного хозяйства.

6.4 Расчёт экономического эффекта

Эффект от эксплуатации и производства новой муфты (народнохозяйственный эффект) за год в расчёте на годовой объём выпуска определяем по следующей формуле [17, стр. 15]:

Эн/х = (Цб	Пн	х	1 / Тб + Ен	+	ДИ .	- Цн) Ан , руб./год, (6.16)
	Пб		1 / Тн + Ен		1 / Тн + Ен

где: Ц_б, Ц_б - цена базовой и новой муфт, соответственно, в рублях;

П_{н ,} П_б - годовая производительность соответственно базовой и новой муфт (их производительности равны, поэтому П_{н /} П_б = 1);

Т_н ,Т_н - сроки эксплуатации соответственно базовой и новой муфт, лет;

Е_н - нормативный коэффициент эффективности,

Е_н = 0,15;

ДИ - величина сокращения эксплуатационных расходов в год за счёт внедрения новой муфты, руб./год;

А_н - годовая программа выпуска новой муфты, ед./год.

Исходя из рассчитанных выше показателей по формуле 6.16 рассчитываем годовой народно-хозяйственный экономический эффект от внедрения новой муфты в расчёте на годовой объём производства:

Эн/х = (5778960 х 1	1 / 8+ 0,15.	+	187872 .	- 6402202) 1157 = 1404509572 руб./год
	1 / 12 +0,15		1 / 12 + 0,15

На основании проведённого выше технико-экономического расчёта можно сделать вывод о том, что внедрение ремонтопригодной тяговой муфты для тяговой передачи электропоезда в производство и эксплуатацию на железнодорожном транспорте экономически обосновано, и ожидаемый годовой экономический эффект от этого мероприятия составит 1404509572 руб./год.

В тоже время необходимо заметить, что ряд показателей в данном расчёте определён с помощью экспертных, приближённых оценок, поэтому величина экономического эффекта нуждается в уточнении по результатам испытаний и эксплуатации опытных образцов ремонтопригодной тяговой муфты. Только после этого можно сделать окончательный вывод об эффективности внедрения её в производство и эксплуатацию.

7. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ ТЯГОВОЙ ПЕРЕДАЧИ С РЕЗИНОКОРДОВОЙ МУФТОЙ

Вследствие частого монтажа и демонтажа упругой муфты, обусловленных тем, что, во-первых она выполняет функции соединительной муфты между тяговым электродвигателем м тяговым редуктором, а, во-вторых, сама имеет низкие показатели надёжности и нуждается в частых неплановых ремонтах, нарушаются посадки между разгружающими втулками и фланцами муфты.

Между ними образуются зазоры.

Образование зазоров приводит к неравномерной выработке отверстий во фланцах, в которые помещены втулки, и создаётся такая схема передачи сил фланцем, при которой втулки передают силы только частью своей поверхности, которая контактирует с поверхностью отверстий фланцев.

Разная направленность передачи сил создаёт равнодействующую этих сил на валу, не равную нулю.

Эта сила вызывает интенсивные радиальные колебания фланца, которые ещё больше разбивают отверстия.

Следствием этого является работа болтов на изгиб и их излом.

Даже при использовании разработанной нами тяговой передачи, призванной устранить эти недостатки, остаётся вероятность обрыва болтов фланцев упругой муфты.

В эксплуатации довольно часты случаи, когда происходит излом одного болта во время движения, при этом на остальные болты начинает действовать увеличенная нагрузка, и в результате, как правило, ломаются оставшиеся семь болтов.

При этом одно из полуколец (или оба, но в разные стороны), устанавливаемых на муфте со стороны тягового электродвигателя, под действием центробежной силы разрушают резинокордовую оболочку и вылетает из муфты.

При вылете полуколец по направлению вверх, происходит его удар о днище кузова вагона (смотри рис.7.1).

При этом возможно попадание полукольца в следующие:

ь пол вагона;

ь балки рамы кузова;

ь трубы тормозной системы;

ь смотровой люк.

Схема вылета полукольца и удара его в смотровой люк пола вагона

Рис. 7.1

В первых трёх случаях происходит деформация или разрушение указанных узлов, пол в салоне вагона остаётся целым.

В последнем же случае, силе удара противостоит лишь слабо закреплённый смотровой люк, масса которого составляет около 3-5 килограмм (конструкция вагона такова, что в разных его концах стоят не одинаковые смотровые люки).

Люк выбивается полукольцом и вылетает в салон вагона, что может привести к травмированию пассажиров.

Для того, чтобы предотвратить травмирование пассажиров, можно предложить следующие способы защиты:

1. отказаться от использования полуколец и вместо них использовать одно кольцо, что сейчас и делается в ряде депо, но в этом случае возникают трудности технологического характера при монтаже и демонтаже муфты;

2. убрать смотровые люки над муфтами, сделав в этих местах сплошной пол, а осматривать муфты только из смотровой канавы под вагоном;

3. усилить крепление смотровых люков, что не возможно из условия удобства их быстроты закрывания и открывания их;

4. установить под люком защитное устройство, предохраняющее от удара полукольца и не мешающее при этом осматривать муфту.

Рассмотрим вариант 4 как наиболее обеспечивающий минимальные изменения в организации работ по осмотру и ремонту тяговой передачи.

Используем в качестве защиты стальной брус, который может быть закреплён по схеме фирмы "Vulkan" (ФРГ) - на кронштейне подвески редуктора, расположенного на раме тележки (см. рис.7.2.а), или на поперечной балке рамы кузова вагона непосредственно под смотровым люком (см. рис.7.2.б).

Размещение защитного бруса

Рис. 7.2 (а)



ВИД СВЕРХУ

Рис. 7.2 (б)

Вариант "а" предусматривает размещение бруса на тележке, что хуже варианта "б" - размещение бруса на кузове с точки зрения динамических воздействий, а так же не удобства при разборке тяговой передачи для обслуживающего персонала.

Поэтому, окончательно принимаем для размещения защитного бруса схему, представленную на рисунке 7.2.б

Рассчитаем защитный брус на ударную прочность.

Максимальную окружную скорость на расстоянии r от оси тяговой муфты вычисляем по следующей формуле:

V _max = r n_{дв max}, м/с, (7.1)

где: r - расстояние от оси вращения муфты до условной линии сосредоточения массы полукольца,

r = 140 мм = 0,14 м;

n_{дв max} - максимальная частота вращения тягового электродвигателя, определяемая по формуле (2.2),

n_{дв max} = 37,34 с^-1.

Подставляя данные в выражение 7.1, получаем:

V _max = 0,14 х 37,34 = 5,23 м/с.

Максимальную центробежную силу, приложенную к полукольцу (смотри рис.7.3), можем определить из выражения:

Fц max =	m V2max	, Н, (7.2)
	r

где: m - масса полукольца,

m = 6 кг.

Подставив значения в формулу 7.2, получаем:



Fц max =	6 х 5,232	= 1172 Н
	0,14

Схема приложения центробежной силы к полукольцу

Рис.7.3

В технической системе F_{ц max} = 117,2 кгс.

Для схемы, представленной в на рисунке 7.4, динамическое напряжение при изгибающем ударе в опасной точке опасного сечения бруса постоянного сечения можем определить по приближённой формуле [12, стр.287].

Расчётная схема удара защитного бруса

Рис.7.4

уд = о б v	24 Е F? (1+kд) h	, кгс/м2, (7.3)
	V

где: о - коэффициент схемы удара,

о = 1 [12, стр.289];

б - коэффициент формы поперечного сечения бруса,

для прямоугольника б = 0,87 [12, стр.290];

Е - модуль продольной упругости,

для стали Ст.3 Е = 2,1 х 10⁶ кгс/см² [11, стр.418];

F_? - сумма сил, приложенных к ударяющему телу, из рисунка 7.4,

F_? = F_{ц max} - Р, кгс, (7.4)

где: Р - вес ударяющего тела,

Р = 6 кгс, тогда:

F_? = 117,2 - 6 = 111,2 кгс

k_д - коэффициент динамики, по формуле из [1, стр. 194]:

k_д = (а + 0,022 (V_{констр.} - 55)) / f_ст, (7.5)

где: а - коэффициент, равный 0,05 для элементов кузова;

f_ст - суммарный статический прогиб рессорного подвешивания,

f_ст = 120 мм, тогда:

k_д = (0,05 + 0,022 (130 - 55)) / 120 = 0,064;

h- расстояние от ударяющей детали до оси бруса, из рисунка 7.5 h = 830 - 140 - 200 = 490 мм = 0,49 м;

V - объём ударяемой системы (бруса), который модем определить по следующей формуле:

V = b c l , м³, (7.6)

где: b - высота бруса, м;

c - ширина бруса, принимаем с = 80 мм = 0,08 м;

l - длинна бруса, принимаем l = 290 мм = 0,29 м, по длине смотрового люка (смотри рис. 7.5).

Условия прочности конструкции представить в виде следующего неравентсва:

n у_д ? [ у ] , (7.7)

где: n - коэффициент запаса прочности, принимаем n =1,5;

[ у ] - предельные напряжения в сечени, равное пределу прочности у_в (для стали Ст.3 у_в =2400 кгс/см² = 2,4 х 10⁷ кгс/м² [ 11, стр.418 ] .

Из выражений (7.3), (7.6) и (7.7) запишем расчётную формулу для определения высоты бруса:

b ?	о2 б2 24 Е F?(1+kд) h	, м, (7.8)
	([ у ] / n)2 c l

Тогда. для бруса из стали Ст.3, определяем:

b ?	12 х 0,872 х 24 х 2,1 х 1010 111,2 (1+0,064) 0,49	= 3,72 м
	(2,4 х 107 / 1,5)2 0,08 х 29

В габариты, представленные на рисунке 7.5 (между полом вагона и муфтой), такой брус не вписывается, поэтому вместо стали Ст.3 применим сталь Ст.40Х, закалка, отпуск 500°С, имеющую повышенные механические свойства: [ у ] = у _в = 12 000 кгс/см² = 12 х 10⁷ кгс/м²; Е = 2,08 х 10¹⁰ кгс/м² [11, стр. 418].

Тогда по формуле (7.8) определим:

b ?	12 х 0,872 х 24 х 2,08 х 1010 111,2 (1+0,064) 0,49	= 0,148 м
	(12 х 107 / 1,5)2 0,08 х 29

Принимаем высоту бруса b = 0,148 м = 148 мм.

Общий вид защитного устройства приведен на рисунке 7.5.

Схема взаимного расположения смотрового люка, тяговой муфты и защитного бруса

Рис. 7.5

По формуле (7.6) объём бруса:

V = 0,148 х 0,08 х 0,29 = 0,0034 м³.

Зная удельную массу стали г = 7850 кг/м³ [12, стр. 74], определим массу бруса:

m_б = V г = 0,0034 х 7850 = 26,7 кг .

Так как поднятие деталей массой более 20 кг запрещено, на верхней плоскости бруса привариваем два кольца для захвата и перемещения его в цехе с помощью кран-балки или мостового крана.

В заключении можно сделать вывод, что с применением данного защитного устройства обеспечивается безопасность пассажиров в салоне и тамбурах вагона в пути следования, а так же контролепригодность и ремонтнопригодность тягового привода с тяговой муфтой.

Необходимо заметить так же, что в состав защитного устройства кроме защитного бруса входит специальный кронштейн, крепящийся болтами к швелеру рамы кузова и днищу кузова, и к которому крепится так же на болтах защитный брус (смотри рис. 7.5).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании приведенных в данном дипломном проекте исследований и расчётов можно сделать следующий выводы:

1. существующая тяговая резинокордовая муфта для тяговой передачи электропоезда является наименее надёжным элементом, а также обладает недостаточной ремонтопригодностью;

2. необходимо усовершенствовать конструкцию тяговой муфты для повышения её надёжности и ремонтопригодности;

3. расчёты прочности и динамики одного из двух разработанных вариантов ремонтопригодной тяговой муфты показали, что такая муфта обладает достаточным запасом прочности, и при её работе не возникает резонансных явлений в тяговой передаче;

4. технико-экономический расчёт показал эффективность внедрения новой муфты для тяговой передачи, которая обеспечивается повышением её надёжности и снижением трудоёмкости разборки и сборки на текущих ремонтах ТР-2, ТР-3;

5. в целях защиты пассажиров от удара в случае разрыва муфты предложена и рассчитана конструкция защитного устройства.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

муфта тяговая передача деталь электропоезд

Механическая часть тягового подвижного состава: Учебник для ВУЗов железнодорожного транспорта / И.В.Бирюков, А.Н.Савоськин, Г.П.Бурчак и др.; под редакцией И.В.Бирюкова. -М.: Транспорт, 1992 г. - 440 стр..

Внедрение стенда и методики оценки качества ремонта тяговых редукторов электропоездов в депо "Железнодорожное": Отчёт / Московский институт инженеров железнодорожного транспорта (МИИТ); Руководитель темы Е.К.Рыбников. - 43/90; Инд. УДК: 629.4.02.004.67. -М.; 1990г. -91стр.

Электропоезд ЭР9П: Руководство по эксплуатации. -Рига: Рижский вагоностроительный завод, 1974 г. -461 стр.

Электропоезд ЭР2Т модели 62-297: Руководство по эксплуатации 297.00.00.000 РЭ. - том 1. -Рига: Рижский вагоностроительный завод, 1989 г.

Электропоезд ЭД2Т модели 62-233: Руководство по эксплуатации 233.00.00.000 РЭ. - том 1. -Демихово: АО "Демиховский машиностроительный завод", 1994 г. -249 стр.

Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник для ВУЗов / А.И. Якушев, Л.Н. Воронцов, Н.М. Федотов. - Шестое издание переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1986 г. - 352 стр.

Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие в трёх книгах. Книга 1. - Издание 2-е, переработанное и дополненное. -М.: Машиностроение, 1977. - 623 стр.

Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие в трёх книгах. Книга 2. - Издание 2-е, переработанное и дополненное. -М.: Машиностроение, 1977. - 574 стр.

Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие в трёх книгах. Книга 3. - Издание 2-е, переработанное и дополненное. -М.: Машиностроение, 1977. - 360 стр.

Цукало П.В., Ерошкин Н.Г.. Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р. -М.: Транспорт, 1986 г. - 359 стр.

Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчёт деталей машин на прочность: Руководство и справочное пособие. - Издание 3-е, переработанное и дополненное. -М.: Машиностроение, 1975 г. -488 стр.

Краткий справочник машиностроителя / Под редакцией С.А. Чернавского. -М.: Машиностроение 1966 г. -798 стр.

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

Фаворин М.М. Моменты инерции тел. -М.: Машиностроение, 1970 г. -312

Захарченко Д.Д., Савоськин А.Н. Проектирование систем автоматического регулирования электрического подвижного состава: Методические указания для выполнения учебно-исследовательских работ, курсового и дипломного проектирования. -М.: МИИТ 1978 г. - 32 стр.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Математические модели в расчётах на ЭВМ" Часть 1. Моделирование электромеханических устройств электроподвижного состава. -М.: МИИТ 1993г. - 38 стр.

Методические указания к дипломному проектированию. Часть 2. Экономическая эффективность совершенствования конструкции электровозов. -М.: МИИТ 1990 г. -32 стр.

Усатенко С.Т. Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. -М.: Издательство стандартов, 1989 г. -325 стр.

Чекмарёв А.А., Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению. -М.: Высшая школа 1994 г. -671 стр.

СТП 01.87. Курсовой и дипломные проекты. Требования к оформлению. -Ведён с 12.04.1987г.: -М.: МИИТ, 1988 г. - 52 стр.

В.Д. Кузмич "Дипломное и курсовое проектирование" Краткие методические указания для студентов. -М.: МИИТ, 2000г. -22стр.

Размещено на Allbest.ru