Вдосконалення реостатних випробовувань тепловозів в умовах депо

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

Автореферат

десертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ РЕОСТАТНИХ ВИПРОБУВАНЬ ТЕПЛОВОЗІВ В УМОВАХ ДЕПО

Спеціальність: Рухомий склад залізниць та тяга поїздів

Венгер Дмитро Іванович

Харків, 1999 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність.

Державна програма поліпшення роботи залізничного транспорту передбачає реструктуризацію локомотивних депо, де однією із задач ставиться виконання заводських видів ремонту в умовах депо. Невід'ємною частиною підвищення експлуатаційної надійності локомотивів та покращення якості виконання ремонтів є обкатка основного та допоміжного обладнання після ремонту.

Проведення обкатки дизель-генераторної установки (ДГУ) тепловоза сумісно з допоміжним механічним обладнанням наближає даний процес до реальних експлуатаційних умов.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню основних закономірностей обкатки основного та допоміжного обладнання тепловоза при проведенні реостатних випробовувань в умовах депо, взаємного впливу степені обкатки дизеля та допоміжних агрегатів, визначенню раціональної тривалості проведення реостатних випробовувань і контролю стану припрацювання пар тертя деталей та вузлів. Комплексне дослідження особливості обкатки агрегатів безпосередньо на тепловозі дає можливість призначати відповідні режими навантаження при обкатці в процесі проведення реостатних випробовувнь, що підвищить експлуатаційну надійність тепловозів за рахунок якісного припрацювання пар тертя і в подальшому сприйняття ними експлуатаційних навантажень. Крім цього, скорочення тривалості обкатки за рахунок раціональних режимів навантаження дозволить зекономити кошти та паливо для проведення реостатних випробовувань.

Дослідження особливості обкатки дизель-генераторних установок тепловозів в умовах заводських стендів проводилось раніше, але в умовах обкатки на локомотиві разом з допоміжним механічним обладнанням не досліджувалось. Враховуючи вимоги Державної програми по підвищенню надійності та ефективності роботи залізничного транспорту і необхідності в умовах депо проводити види ремонтів по об'єму наближених до заводських, а також недостатнє дослідження цієї проблеми, тему дисертаціїї можна кваліфікувати як актуальну, яка направлена на вирішення значної науково-технічної задачі.

Раціонально вибрані режими та навантаження при обкатці дозволяють не тільки покращити припрацювання поверхонь тертя, що сприяє підвищенню надійності та довговічності, а й змінити тривалість обкатки та її рівень навантаження.

Програма обкаточних випробовувань значно відрізняється від заводської для ідентичних серій тепловозів, що ремонтуються в умовах депо. Основною причиною такого положення є невдосконалена технологія, відсутність єдиної науково-обґрунтованої методики визначення тривалості та режимів обкатки дизель-генераторної установки і допоміжних агрегатів при проведенні реостатних випробовувань в умовах депо.

Мета та основні задачі досліждження. Мета роботи - дослідження та обґрунтування раціональних режимів обкатки ДГУ в умовах депо, що дасть змогу покращити технічний стан тепловозного парку залізниць України шляхом вдосконалення реостатних випробовувань на основі вибору тривалості та раціонального рівня навантаження, яке визначається ефективною потужністю або крутильним моментом.

Для досягнення поставленої мети в роботі використовувався комплексний метод дослідження, що включає в себе:

- аналіз закономірностей протікання процесу припрацювання;

- методику визначення закономірностей зміни навантаження та крутильного моменту в процесі обкатки;

- визначення раціональної тривалості обкатки та ступінь припрацювання пар тертя;

- теоретичні основи для розробки математичної моделі розрахунку потужності механічних втрат вузлів тертя основного та допоміжного обладнання тепловозів при проведенні обкатки;

- встановлення основних закономірностей впливу показників обкатки допоміжного обладнання на стан припрацювання дизеля при проведенні реостатних випробовувань тепловозів в умовах депо;

- оцінку степені припрацювання пар тертя в процесі експлуатаційних режимів навантаження;

- аналіз основних засобів та методів контролю припрацювання пар тертя.

Порівняння ефективності режимів серійної та розробленої програми реостатних випробовувань в умовах депо проводилось за допомогою співставлення техніко-економічних показниках стендової заводської обкатки дизеля і обкатки, що проводилась безпосередньо на тепловозі, з допоміжним обладнанням, в умовах депо.

А також контролю стану пар тертя в експлуатаційний період використання локомотивів.

Методи дослідження. Матеріали досліджень опрацьовувались за допомогою методів математичної статистики, теорії ймовірності, згладжування емперичних даних, метода малих відхилень, визначення критеріїв подібності процесів. Теоретичні розрахунки проводились на персональних комп'ютерах.

Наукова новизна роботи полягає в розроблені:

- узагальненої методики визначення тривалості обкатки дизеля та допоміжного механічного обладнання тепловозів при проведенні реостатних випробовувань в умовах депо за основу якої принято визначення величини потужності механічних втрат при дотриманні необхідних закономірностей зміни навантаження та частоти обертання в період обкатки безпосередньо на тепловозі;

- методики визначення потужності механічних втрат тепловозного дизеля, в залежності від величини шорсткості шийок колінчатого валу;

- сетодики аналізу впливу основних закономірностей степені обкатки допоміжного механічного обладнання на тривалість обкатки дизеля безпосередньо на тепловозі та узагальнення тривалості проведення реостатних випробовувань в умовах локомотивного депо.

Практичне значення результатів дослідження полягає в підтвердженні можливості в умовах депо, при відсутності стаціонарного спеціалізованого стенду для обкатки дизель-генераторної установки, виконувати обкатку основного та допоміжного обладнання в процесі реостатних випробовувань, контролювати тривалість їх проведення, визначати раціональні режими навантаження, що особливого значення набуває при проведенні заводських видів ремонту в умовах депо.

Рівень реалізації роботи. Дана робота виконувалась на замовлення Служби локомотивного господарства Львівськоі залізниці. Дослідження проводились в локомотивному депо Львів-Захід Львівської залізниці, на серії тепловозів 2М62 та 2М62У.

Над експериментальною партією локомотивів проводились реостатні випробовування по серійній програмі та опробовувалась прискорена програма після проведення ремонту. За цими ж локомотивами встановлений нагляд за станом припрацювання вузлів тертя основного та допоміжного обладнання тепловозів в процесі експлуатації.

Апробація роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на:

- науково-технічних конференціях та семінарах ХарДАЗТ, Харків 1996-1998 рр;

- технічних нарадах Служби локомотивного господарства Львівської залізниці 1997-1998 рр;

- нарадах локомотивного депо Львів-Захід Львівської залізниці.

Повністю дисертаційну роботу було докладено на розширеному засіданні кафедри ЕРРС 1998 р.

Публікації. За темою дисертації опубліковано п'ять друкованих робіт.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 130 сторінках машинописного тексту, складається із вступу, чотирьох розділів, висновнік та додатку, вміщує 30 рисунків, 23 таблиці і бібліографії 86 найменувань вітчизняних та 3 найменувань зарубіжних авторів.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. У вступі обґрунтовано необхідність проведення та вдосконалення реостатних випробовувань тепловозів в умовах депо, вказано, що раціонально проведена обкатка створює необхідні структурні властивості поверхонь тертя для сприйняття номінального навантаження, забезпечує оптимальний початковий знос, сприяє загальному зменшенню зношення в експлуатації при мінімальній затраті часу на обкатку, значно підвищує експлуатаційну надійність локомотивного парку залізниць, чого вимагає Державна програма реструкторизації та підвищення ефективності залізничного транспорту України.

В першому розділі дисертації приведені основні закономірності протікання процесу припрацювання пар тертя, відзначено, що з точки зору макрогеометрії процес припрацювання закінчується тоді. коли при зношуванні перестане зростати приріст площі контакту. Період припрацювання, як небажане явище, необхідно скорочувати за рахунок призначення таких режимів по частоті обертання, тривалості та навантаженню, які б в мінімальний час призвели до повного припрацювання пар тертя.

Розглянуті критерії припрацювання, котрі можна подати як зміну деяких показників до порівняно стабільних значень по відношенню до часу, наприклад чистота поверхні Ra, потужність механічних втрат N, угар мастила Gm, пропуск газів Vr, пускова частота обертів колінчатого валу n, зазор в з'єднанні пар тертя та ряд інших.

Проаналізовано основні фактори, що впливають на режими обкатки. Відзначено, що раціональний варіант режиму обкатки повинен задовільняти вимоги найменшого первинного зносу деталей тертя, мінімальних затрат часу та засобів.

Згідно робіт Малоземова Н.А. перевага віддається змінному швидкісному режиму навантаження.

Із гідродинамічної теорії слідує, що мінімальна товщина масляної плівки для нормальної роботи пар тертя в з'єднанні "шийка вала-підшипник" повинна бути:

Де:

d - діаметр шийки вала, м.;

- абсолютна в'язкість мастила, нс/м;

n - частота обертання, с-1;

Р - навантаження на шийку вала, Н;

S - діаметральний зазор, м.

Як відзначає Казанцев В.І., збільшення Р i n може не тільки не збільшити відношення:



Але навіть зменшити, що призведе до різкого зростання температури з'єднання t=f і зниження hmin до небезпечних меж, зменшення частоти обертання n може привести до сухого тертя, а малі значення Р при високих обертах призводять до надмірного згладжування поверхонь тертя.

Буше Н.А. вказує, що загальна навантажувальна властивість з'єднання gзаг характеризується мінімальним тиском сприйняття навантаження контурною поверхнею контакту, тому для проведення правильної обкатки тепловозного дизеля необхідно забезпечити приріст навантаження від режиму до режиму де зміна відносного приросту до режиму крутильного моменту від навантаження:

- повинна проходити по гіперболоїчній залежності.

Значний вклад в розробку методик припрацювання двигунів в процесі обкатки внесли Л.М. Гаєнко, В.А. Владіміров, Е.М. Мухін.

Стосовно тепловозних дизелів процес зношення та припрацювання досліджували Н.А. Буше, В.В. Чанін, Н.А. Малоземов, А.М. Тарасов, даним питанням займались Б.П. Соколов, Г.А. Фофанов, хоча на теперішній час питання обкатки та деталей ДГУ і допоміжного механічного обладнання тепловозів безпосередньо на локомотиві в умовах депо, взаємний вплив обкатки одного виду обладнання на інший, тривалість та закінчення обкатки обладнанння на тепловозі вивчено недостатньо.

Відзначено, що недооцінка та складність проблеми обкатки дизелів та допоміжного механічного обладнання безпосередньо на тепловозі в умовах депо, на сьогоднішній день, обумовлена відставанням виробничого процесу від всезростаючих вимог до підвищення працездатності та надійності тепловозів, особливо в період їх експлуатації після деповських видів ремонту. Незважаючи на окремі позитивні результати більшість дослідників прийшли до висновку, що використання під час обкатки присадок до мастил неактивних речовин із складною будовою, тільки зміщує по часу процес припрацювання і створює видимість завершення припрацювання, а після заміни мастила з присадками на сорта, що використовуються в експлуатації, проходить повторне припрацювання.

Технологія і якість деповського ремонту відрізняється від заводського, тому обкатка тепловозних дизелів в умовах депо має ряд особливостей:

- по-перше, проводиться сумісно із допоміжним обладнанням тепловоза;

- по-друге, це суттєво ускладнює контроль за ходом обкатки;

- по-третє, на данний час відсутні методики проведення обкаток на реостатних установках в умовах депо.

Задачі дисертаційної роботи полягає в теоретичному обґрунтувуванні залежності якості припрацювання пар тертя від швидкісного та навантажувального режимів, розробці методики реостатних випробувань дизеля тепловозу після капітального ремонту в депо сумісно з допоміжним обладнанням, розробці методів контролю якості обкатки.

В другому розділі подається розробка математичної моделі режимів обкатки тепловозних дизелів в умовах депо. Оцінка існуючих методів визначення режимів обкатки дизеля показує, що всі вони розроблені для обкатки на спеціальному стенді без допоміжного обладнання.

При визначенні потужності механічних втрат розрахунковим методом, тривалість припрацювання пар тертя визначається аналітичним шляхом на основі епюр зношення.

При:



Де:

b1 - зношення в з'єднанні в процесі макроприпрацювання;

bn - величина припрацьованого зносу;

- кут відхилення вертикальної поверхні;

Н0 - ділянка зношення.

Особливої уваги по визначенню механічих втрат методом співставлення індикаторної та ефективної потужностей, так само як і методом виключення циліндра не приділяється із-за складності та неефективності використання в умовах депо на реостатній установці.

Найбільш простим для використання в умовах депо пропонується застосовувати визначення потужності механічних втрат методом прокрутки непрацюючого дизеля від стороннього джерела:

Де:

І - величина струму, А;

V - напруга, В;

- ККД електродвигуна.

Визначення потужності механічних втрат при цьому визначається за формулою:

Nmv = Npr - (Nnv.pr + Nnv.nav) - Ntp

Де:

Npr - потужність, що затрачається на прокрутку двигуна;

Nnv.pr - потужність насосних втрат при прокрутці;

Nnv.nav - потужність насосних втрат при роботі під навантаженням;

Ntp - потужність теплових втрат.

Одним із способів контролю степені припрацювання деталей дизеля розглядається метод спектрального аналізу картерного мастила.

Концентрація продуктів зношення в мастилі по В.В. Чанкіну визначається за формулою:

Де:

Q0 i K0 - початкова кількість мастила (кг) та концентрація продуктів зношення (кг/кг);

qf - інтенсивність фільтрації мастила, кг/год;

qy - інтенсивність угару мастила, кг/год;

t - тривалість роботи дизеля, год.

При тривалій роботі мастила в двигуні, постійному інтенсивному очищенні та його витраті, швидкість зношення двигуна характеризується концентрацією продуктів зношення в мастилі.

Відповідно, стабілізація цих значень або зменшення їх по часу є признаком закінчення припрацювання на режимі, що досліджується.

Запропонована математична модель по визначенню механічних втрат в двигуні враховує сумарні механічні втрати допоміжного обладнання, поскільки його обкатка в умовах депо відбувається сумісно з допоміжним механічним обладнанням, що забезпечує функціонування не тільки ДГУ, але і тепловоза в цілому. Увесь двигун розбивається на певні групи тертя, такі як привід:

- газорозподільчого механізму;

- паливних насосів високого тиску;

- водяного насосу, масляного насосу, нагнітача і т. д.

Розрахунки потужності механічних втрат для кожної групи тертя основного та допоміжного механічного обладнання тепловоза проводились окремо з врахуванням особливості їх роботи на теплововзі.

Визначення потужності тертя механічних втрат підшипників колінчатого валу велось із врахуванням шорсткості шийок колінчатого валу.

В основу методики визначення потужності тертя покладено метод гідродинамічного розрахунку підшипників колінчатого валу ЕУ з використанням диференціального ріівняння Рейнольдса:

Третій розділ присвячено розробці методів випробування дизелів після ремонту.

Для розробки оптимальних режимів реостатних випробовувань проводилось дослідження динаміки припрацювання дизеля типу 14Д40 при обкатці в умовах депо на основі використання різноманітних методів випробовування.

Враховуючи рекомендації вище зазначених дослідників, було проведено аналіз режимів навантаження обкатки по серійній програмі, визначено, що приріст потужності навантаження здійснюється ступенево і практично не зменшується по мірі її зростання. На основі графо-аналітичного аналізу були зроблені раціональні режими навантаження при обкатці на реостаті по прискореній програмі. Графічно порівнювалась характеристики зміни відностних приростів потужності по серійній та прискореній програмі. Одночасно проводилась розробка раціональних методів обкатки допоміжного механічного обладнання при проведені реостатних випробувань в умовах депо на основі розроблених програм обкатки компресорів та допоміжного механічного обладнання на Полтавському турбомеханічному заводі та досліджень, що проводились в тепловозній лабораторії ХарДАЗТ в стендових умовах. Для достовірності оцінки зміни повної потужності дизеля та допоміжних агрегатів тепловоза, як в період експлуатації, так і при проведенні реостатних випробовувань, на основі методики ВО "Луганськтепловоз" розроблена номограма впливу температури палива, та параметрів навколишнього середовища на повну потужність ДГУ тепловоза 2М62. Оцінка впливу різноманітних факторів на проведення реостатних випробовувань тепловозів в умовах депо проводилась також за допомогою метода малих відхилень, що давало можливість привести основні параметри робочого процесу, отриманих в різний час і при різноманітних атмосферних умовах та стану рівня регулюючих систем до ідентичних умов роботи.

Четвертий розділ присвячений експериментальному дослідженню проведення випробовувань по визначенню степені припрацювання дизеля та допоміжних агрегатів при проведенні реостатних випробовувань тепловозів в умовах депо по серійній та прискореній програмі.

Контроль стану вузлів тертя, тобто закінчення припрацювання на кожному запропонованому режимі проводилось по наступних параметрах:

- стабілізації витрати палива, визначеної ваговим методом;

- стабілізації концентрації продуктів зношення в картерному мастилі, на основі проведення спектрального аналізу мастила;

- стабілізації потужності механічних втрат на привід основного та допоміжного механічного обладнання тепловозів методом прокрутки від стороннього джерела при непрацюючому дизелі.

В окремих випадках контроль стану припрацювання деталей тертя дизеля контролювався методом двійного "вибігу".

При визначенні витрати палива по закінченні випробовувань для визначення нормального розподілу оцінювалось математичне сподівання дисперсії та середньоквадратичне відхилення, що стосовно даної задачі мають вигляд:

Де:

N - число замірів витрати палива;

- годинна витрата палива при і-тому замірі.

Проведена статистична обробка результатів обкаточних випробовувань дозволяє зробити висновок про стабілізацію витрати палива, котра складає 241,6 г/кВт год в межах довірчого інтервалу + 5,36 г/кВт год при 95% довірчої ймовірності.

Результати спектрального аналізу картерного мастила дизелів експериментальних тепловозів, що проходили випробовування по скороченій програмі показав, що припрацювання основних поверхонь пар тертя відбувалось більш інтенсивно і рівномірно, ніж при обкатці, що проводились по серійній програмі.

Перед початком випробовувань та після них для визначення степені припрацювання циліндро-поршньової групи проводився вимір щільності даної групи методикою, що розроблена в ХарДАЗТ.

Отримані результати щільності показали, що до обкатки двигуна вони значно менші, ніж заміряні після обкатки.

Взаємний стан припрацювання основного та допоміжного механічного обладнання безпосередньо на тепловозі визначався також методом прокрутки непрацюючого дизеля від стороннього джерела на основі стабілізаціїї механічних втрат. Джерелом струму для прокручування служить АвтоДІН потужністю 500 кВт.

Припрацювання деталей допоміжного механічного обладнання контролювалось двоступенево по результатах стендової обкатки згідно програм, запропонованих кафедрою "ЕРРС" ХарДАЗТ та Полтавським турбомеханічним заводом, при стендових випробуваннях.

Потужність, що споживається компресором (аналогічно іншими агрегатами) визначається через крутильний момент:

Величина крутильного моменту визначається за допомогою тензування привідних валів агрегатів за формулою:

Де:

h - відхилення променя від нульової лінії на осцилограмі, мм.;

Кm - масштаб запису;

- коефіцієнт, що враховує зміну тензочутливості датчика в залежності від температури.

Результати реостатних випробовувань по серійній та прискореній програмі вказують на те, що серійна програма більш тривала і на деяких режимах відсутній процес припрацювання.

Прискорена програма забезпечує більш інтенсивне і рівномірне припрацювання в порівнянні із серійною програмою. Огляд дизелів (через люки картера та продувочні вікна) показав, що всі вони мале хороше припрацювання поршньових кілець та втулок циліндра. Викидів мастила у повітряний ресивер не спостерігалось. Параметри дизелів відповідали встановленим при випуску із деповського ремонту. Результати зміни потужності механічних втрат на привід основного та допоміжного механічного обладнання тепловоза, обкатка котрих проводилась по серійній та прискореній програмах, показують, що стабілізація або незначна зміна механічних втрат при обкатці по прискоренній програмі проходить на 2 год. раніше, ніж при обкатці по серійній програмі.

Для оцінки зміни повної потужності дизеля і допоміжних агрегатів в період експлуатаційної обкатки проводилось дослідження зміни сумарних механічних втрат дизеля та допоміжного механічного обладнання.

В зоні 40000-50000 км., пробігу сумарні механічні втрати зменшились на 20-35 кВт. Таким чином на даному етапі наступає процес стабілізації припрацювання деталей тертя.

По результатам проведених експериментальних дослідженнях рекомендується прискорена методика контролю тривалості реостатних випробовувань в умовах депо, яка базується на контролі зміни сумарного значення потужності механічних втрат основного та допоміжного механічного обладнання тепловоза. тепловоз дизель залізничний

ВИСНОВКИ

1. Враховуючи відсутність методики проведення реостатних випробувань тепловозів після капітального ремонту в депо проведені дослідження дали змогу вирішити проблему обкаточних випробувань тепловоза на реостаті;

2. Вперше розроблена методика та проведені обкаточні реостатні випробування сумісно дізеля і допоміжного обладнання при проведені деповського капітального ремонту тепловозів;

3. Розроблені теоретичні основи математичної моделі по визначенню потужності механічних витрат дизеля та допоміжного механічного обладнання тепловозів;

4. Запропонована методика проведення обкаточних випробовувань дизеля тепловоза на реостатній установці в депо, яка відмінна від стендових випробувань;

5. На базі стендових випробувань розроблено методику обкаточних випробувань допоміжного обладнання тепловоза на реостатній устновці депо, яка впровадженна в технологічний процесс ремонту тепловозів;

6. Розроблена програма обкаточних випробувань тепловоза після капітального ремонту, проведенного в депо, яка відповідає вимогам сучасних понять процесу припрацювання пар тертя, тривалість якої скорочена на дві години;

7. В результаті аналізу випробувань визначений метод найбільш надійного контролю якості протікання процесів припарцювання пар тертя, яким є метод прокрутки колінчатого валу дизеля від сторонього джерела енергії;

8. Аналіз точності і адекватності розрахунків за допомогою математичної моделі та результатів експериментальних випробувань показав, що похибка на перевищує вісім відсотків;

9. Експлуатаційні дослідження підтвердили, що стабілізація процесу припарцювання пар тертя наступає після пробігу 40000-50000 км., ефективна потужність дизеля зростає при цьому на 20-35 кВт.

Размещено на Allbest.ru