|
Вид ремонта
|
Срок или
пробег
|
|
Техническое обслуживание
|
ТО-1
|
Ежедневно
|
|
ТО-2
|
24-48 часов
|
|
ТО-3
|
5 суток
|
|
Текущий ремонт
|
ТР-1
|
50 суток
|
|
ТР-2
|
150 тыс. км
|
|
ТР-3
|
300 тыс. км
|
|
Капитальный
ремонт
|
КР-1
|
600 тыс. км
|
|
КР-2
|
1800 тыс. км
|
В соответствии с Правилами текущего ремонта и технического
обслуживания электропоездов ЦТ-3972 величина пробега при постановке
электропоезда в ремонт может быть принята в пределах +10% от указанной в
руководстве по эксплуатации, для равномерной загрузки ремонтных цехов и
заводов.
Анализ отказов тяговых передач электропоездов ЭР2 по депо
Апрелевка показал устойчивый характер выхода из строя, в частности
резинокордовых муфт по обрыву болтов и разрушению корда. В 1998 году из 298
случаев отказа эти составляли 42,3%, а в 1999 году из 285 случаев - 42,1%.
В месте с обрывом сочленяющих болтов корпуса редуктора и
осевым разбегом вала малой шестерни с выдавливанием крышки малой шестерни, эти
три группы неисправностей являются основными и составляют 95% всех
неисправностей.
Нужно заметить, что в данном случае большое количество
неисправностей и устойчивая их группировка вызваны большим общим износом
тяговых передач, так как поезда в этом депо были старыми.
Анализ неисправностей по месяцам одного года показывает
сезонную зависимость количества выходов из строя по неисправности муфты. Нарастание
числа неисправностей происходит с началом летнего графика движения.
Зависимость числа неисправностей от пробега после последнего
деповского ремонта (ТР-2 или ТР-3) показывает, что неисправности по узлу малой
шестерни и по муфте имеют близкий характер распределения с максимумом около 100
тыс. км пробега, что указывает на их низкую надёжность и необходимость
неплановых ремонтов (2, стр. 10-21).
1.2 Условия эксплуатации тяговых приводов
электропоездов
Условия эксплуатации тяговых приводов электропоездов в общем
случае можно охарактеризовать воздействиями, выделенными в три группы.
Первую группу составляют различные воздействия от окружающей
среды. Сюда можно отнести действия пыли, влаги, температуры (низкой и высокой),
различного рода загрязнении.
При движении с большой скоростью на ходовые части
воздействуют частица песка и щебня, поднимающихся с верхнего строения пути,
низкая температура косвенно влияет на работу ходовых частей и выражается в
увеличении жёсткости резинотехнических изделий и увеличений ускорений колёсных
пар из-за увеличения жёсткости пути при замерзании балластного слоя.
Вторая группа воздействий связана с силами и моментами,
вызывающими сам процесс движения - это тяговые силы и моменты, которые в общем
случае переменны, так как определяются условиями сцепления колеса с рельсом,
сопротивлением движению, скоростью движения, режимом движения (тяга, выбег,
торможение). Интенсивность действия этих нагрузок на ходовые части
электропоездов пригородного движения очень велика, так как всё время
реализуется режим:
- разгон до установленной скорости движения по участку;
- выбег;
торможение до полной остановки.
В третью группу входят силовые воздействия, связанные с
движением экипажа по железнодорожному пути, обладающему различными
неоднородностями структуры, которые проявляют себя изменением траектории
движения колёс в пространстве, главным образом по вертикали.
Так как неоднородности структуры пути являются в большей
части случайными, то и возмущающая функция (траектория пути оси колёсной пары) является
случайной функцией проходимого пути или, при постоянной скорости движения,
случайной функцией времени.
Под неоднородностью структуры пути понимается изменение
жёсткости пути вдоль направления движения, появления неровностей.
Это параметрические и кинематические возмущения
соответственно, а воздействия, выделенные нами во вторую группу, вместе с
периодическим силами от дисбаланса вращающихся частей различных узлов и
аппаратов, относятся к силовым возмущения [1, стр. 25].
Вертикальная составляющая движения колёсной пары является
возмущающей функцией для моторной тележки электропоезда, на которой установлена
тяговая муфта.
Тележка представляет с точки зрения механики сложную
динамическую систему со всеми присущими ей свойствами, что проявляется возникновении
вынужденных колебаний и возможности возникновения резонансных явлений, как в
системе рессорного подвешивания тележки, так и в системе тягового привода.
Для удобства анализа весь диапазон спектра возмущений условно
делится на два - низкочастотные возмущения до 50 Гц, и высокочастотные - свыше
50 Гц и до 5000 Гц. Соответственно классифицируются и нагрузки, действующие на
элементы тягового привода и передачи.
Высокочастотные нагрузки возникают при взаимодействии плохо
обработанных или изношенных кинематических пар. Они зачастую являются
следствием износов и неудачных вмешательств в систему при обслуживании и
ремонте, то есть носят технологический характер.
Низкочастотные нагрузки присущи тяговым приводам класса II и возникают из-за
специфической кинематической схемы тяговой передачи. Специфика кинематической
схемы заключается в том, что тяговый редуктор кинематически связан с рамой
тележки, которая в свою очередь покоится на упругих элементах, опирающихся на
колёсные пары.
Траектории движения последних задаются неровностями пути и
скоростью движения по ним. Второй стороной редуктор опирается жёстко на ось
колёсной пары. Таким образом имеем редуктор, который совершает движения в
пространстве из-за того, что двум его точкам опирания заданы разные траектории движения.
Из-за этой зависимости, при проходе неровности пути, малой
шестерне задаётся не только поступательное (координата Z), но и вращательное (φш) движение, которое, будучи передана якорю тягового двигателя с
моментом инерции IЯ относительно оси вращения, вызовет появление динамического
момента.
Мдин = Iя (1+И) φр, при ωк = const (1.2)
или
Мдин = Iя φя, при ωк = const (1.3)
где: φр φя - угловое ускорение корпуса редуктора и якоря соответственно,
рад/с2.
Из рассмотрения условий работы тяговых приводов
электропоездов, особенностей кинематической схемы тягового привода класса II, можно сформулировать
ряд требований, которые должны быть учтены при разработке конструкции тяговой
муфты.
Для снижения низкочастотных динамических моментов и сил в
тяговой передаче и приводе должны быть предусмотрены технические решения,
ослабляющие кинематическую связь корпуса редуктора с рамой тележки. Особенно
это необходимо при тяговой муфте с большой торсионной жёсткостью (свыше 400
кНм/рад).
В случае применения тяговой муфты с низкой торсионной
жёсткостью степень ослабления кинематической связи должна быть определена после
динамических расчётов, в которых учитывается допустимые па конструкции муфты
величины расцентровки (несоосности) валов редуктора и двигателя.
2. Особенности конструкции и ремонта
резинокордовой муфты
Так как муфта расположена между тяговым редуктором и тяговым
электродвигателем и соединяет их, то понятно, что её конструкция оказывает
существенное влияние на работу и того и другого. От конструкции муфты зависит
конструкция узлов тягового редуктора, вала якоря тягового электродвигателя,
выбор его подшипников.
Тяговая муфта является неотъемлемым элементом тягового
привода класса II, являясь в тоже время узлом, на который отведено наименьшее
пространство.
В тяговых передачах серии ЧС тяговая муфта в виде карданного
механизма находится в полом вале тягового электродвигателя, являясь его частью
и занимает наименьшее пространство между двигателем и редуктором.
При той мощности тягового электродвигателя, который применяется
для привода электропоездов (мощность 235-245 кВт) ещё возможно разместить муфту
в пространстве между двигателем и редуктором, что не требует дорогостоящего
усложнения конструкции тягового электродвигателя (то есть устройства полого
вала).
В упругой муфте взаимная подвижность валов обеспечивается
благодаря деформациям резинокордовой оболочки.
Муфта состоит из следующих частей:
ü ведущего фланца;
ü ведомого фланца, напрессованных на
конические хвостовики валов якоря электродвигателя и осевого редуктора;
ü разрезного кольца и неразрезного кольца;
ü разгружающие втулки.
С помощью болтов к фланцам крепится торообразный
резинокордовый упругий элемент, состоящий из каркаса двух металлических колец,
наружного и внутреннего защитных резиновых покрытий.
Каркас оболочки выполнен из перекрещивающихся под углом 45˚
десяти слоёв капронового корда, пропитанного синтетической резиной. Края корда
для надёжного его крепления в бортовых частях упругого элемента завёрнуты
вокруг металлических колец. Для предотвращения механических повреждений
кордовый каркас покрыт слоем резины, снаружи толщиной 9-12 мм и внутри 1,4-2
мм. В муфте нет подвижных соединений с поверхностным трением, по этому не
требуется постоянный уход за ними, в частности её смазывание. Снижение торсионной
жесткости по отношению к жёсткости кулачковой муфты привело к уменьшению
максимальных динамических нагрузок передачи примерно в два раза.
Недостатки муфты:
ü высокая радиальная жёсткость;
ü значительные осевые силы, возникающие при
высоких частотах вращения.
Появление этих сил объясняется тем, что под действием
центробежных сил Рцi оболочка муфты (рис. 1.8
а) деформируется таким образом, что её боковые поверхности принимают коническую
форму (показано штриховыми линиями).
Силы в каждой радиальной полоске корда действуют под углом αцi к вертикали (рис. 1.8 б), при этом появляется
осевая составляющая:
Т = Σ Рцi sin αцi, (1.4)
где: Рцi - результирующая
центробежных сил в радиальных полосках корда.
Действие осевых сил на фланцы упругой муфты
Для снижения осевых сил Т впервые на скоростном электропоезде
ЭР200 в 1973 году была изменена форма оболочки муфты (осевые линии старой и
новой оболочек показаны соответственно на рис. 1.8 б и в), так, что угол αц стал близок к нолю при деформации оболочки и осевые силы
снизились. В такой муфте резинокордовая оболочка снабжена дополнительным
«экваториальным» кордным поясом, в результате чего каркас приобрёл вместо
арочной характерную вогнутую форму. «Экваториальный» пояс имеет высокую
жёсткость на растяжение, что препятствует развитию деформации, приводящей к
появлению осевой составляющей реакции от центробежных сил. Такая конструкция
резинокордовой оболочки позволило снизить аксиальные (осевые) силы в
четыре-пять раз и теперь устанавливается на всех пригородных электропоездах,
начиная с ЭР2Р.
Прежняя муфта с размером оболочки 580х130 мм обладала большой
радиальной жёсткостью (порядка 700 кН/м) и передавала на валы двигателя и редуктора
при расцентровке большие динамические силы. В новой муфте с размером оболочки
520х150 мм радиальные силы так же как и осевые были снижены в силы в
четыре-пять раз.
В эксплуатации возможны следующие неисправности упругой
муфты:
– распрессовка фланцев двигателя или шестерни;
– повреждение упругой оболочки или трещины верхнего
слоя резины в месте крепления к металлическим поверхностям;
– ослабление болтов, крепящих упругую оболочку.
Муфты, имеющие хотя бы одну из указанных неисправностей, к
эксплуатации не допускаются.
При разборке муфты, которая необходима при ТР-2, ТР-3, КР-1,
КР-2, происходит нарушение посадок как между разгружающими втулками и
отверстиями во фланцах, так и в месте крепления резины к металлическими
поверхностям.
Анализ характера неисправностей показал, что причина
неисправностей является образование зазоров между втулками и отверстиями под
эти втулки во фланцах муфты.
Схема образования зазоров во втулках и фланцах: а - во
фланцах, б - во втулках, штриховкой показаны зона износа
Образование зазоров связано с рядом факторов:
1. низкая точность изготовления фланцев, особенно
несоблюдение размеров отверстий, (разношаговость) их расположения по
окружности;
2. выработка отверстий, которое происходит уже после
образования зазоров, особенно это проявилось с применением на электропоездах
электрического торможения.
Образование зазоров приводит к неравномерной выработке
отверстий и создаётся такая схема передачи сил фланцам, при которой втулки
передают силы только частью своей поверхности, которая контактирует с
поверхностью отверстий фланцев.
Разная направленность передачи сил создаёт равнодействующую
этих на валу, не равную нулю. Эта сила, действуя на вал и кольцо или полукольцо
муфты, вызывает интенсивные радиальные колебания фланца, которые ещё больше
разбивает отверстия. Кольца и полукольца иногда разрушают болты и
резинокордовую оболочку, вылетает в вагон салона, выбивая смотровой люк.
Разработке отверстий способствуют крутильные колебания
шестерни, которые поддерживаются плохим состоянием зубчатого зацепления или
из-за пересопряжения зубьев.
Анализ посадочных размеров на чертежах показывает, что втулки
в кольцо запрессовываются с натягом, а во фланцы с зазором, который может быть
от 0,339 мм до 0,439 мм [2, стр. 78]. Это вызывает работу болтов на изгиб, так
как посадочные размеры кольца во фланец допускают образование зазора.
Попытки увеличить прочность болтов за счёт применения лучших
марок стали, изготовления резьбы методом накатки, дали временные незначительные
увеличения межремонтых пробегов.
Из анализа работы тяговой муфты, проведенного в этом разделе,
можем сделать следующие выводы:
1. несмотря на появление новых серий электропоездов и
постоянное совершенствование тяговой передачи, она остаётся ненадёжной
системой;
2. более 60% от всех неисправностей тяговой передачи
приходится на упругую муфту;
. резинокордовая муфта не удовлетворяет одному из
главных условий, предъявляемых к тяговой муфте - выполнять функции и
соединительной муфты (приспособленность беспрепятственной её разборки без
нарушения типа посадки). Частые монтаж и демонтаж муфты приводят к изменению
посадочных размеров из-за нарушения приработанности втулок к отверстиям во
фланцах,
. в муфте, работающей в реверсивном режиме, не должно
быть несущих элементов с зазорами.
Таким образом, можем заключить, что для повышения надёжности
тяговой передачи требуется модернизация существующей муфты или разработка новой
муфты, которая удовлетворяла бы вышеперечисленным требованиям.
В данной работе исследуем возможность модернизации
существующей муфты с целью обеспечения её ремонтопригодности.
3. Разработка вариантов ремонтопригодной
резинокордовой муфты тяговой передачи на эскизе
3.1 Расчёт размерной цепи двигатель - редуктор
для определения габаритов муфты
С помощью чертеже ДМЗ 302.30.01.013 СБ «Балка поперечная.
Сборочный чертёж» определим размер BC между внутренним кронштейном подвески двигателя
и кронштейном подвески редуктора.
Определение
размера ВС на поперечной балке
Расчёт допусков неизвестных размеров производим методом
максимума-минимума, учитывающим предельные отклонения звеньев размерной цепи и
самые неблагоприятные их сочетания, то есть арифметически складываем допуски в
ту или иную сторону [6, стр. 251].
ВС = АС - АВ = (770 ± 1) - (186,5 ± 1) = 583,5 ± 2 мм.
По чертежу завода «Сибстанкоэлектропривод» (г. Новосибирск)
ГПИН.652432.001 ГЧ «Электродвигатель тяговый постоянного тока ТДЭ - 235 У1.
Габаритный чертёж» определяем габарит щита двигателя, обращенного к муфте.
Габарит
щита двигателя
Конструкция нижних кронштейнов подвески двигателя на
поперечной балке предусматривает возможность смещения двигателя вдоль его оси,
в ту или иную сторону. Это обеспечивают отверстия под болты крепления, имеющие
вертикальный диаметр ø 50 мм, а горизонтальный
диаметр ø 75 мм.
Для удобства построения габаритов муфты найдём расстояние
между хвостовиком вала якоря тягового электродвигателя и точкой подвески
редуктора как разность размера ВС = 583,5 ± 2 и размера 280 ± 3 из рисунка 2.2:
(583,5 ± 2) - (280 ± 3) = 303,5 ± 5 мм.
На этом расстоянии от габарита щита электродвигателя строим
на листе 2 габарит редуктора с помощью чертежа ДМЗ 302.30.10.000 СБ «Колёсная
пара с редуктором и буксами. Сборочный чертёж».
Расстояние от точки подвески редуктора до поперечной балки
157 мм определяем из чертежа поперечной балки, а расстояние от точки подвески
редуктора до оси колёсной пары 648 мм рассчитываем как разность расстояния от
точки подвески редуктора до центра большого зубчатого колеса 740 мм (из чертежа
ДМЗ 302.30.10.020 СБ «Корпус верхний. Сборочный чертёж») и радиуса оси колёсной
пары на данном участке 184/2 мм: (740 ± 1) - (184/2) = 648 ± 1 мм.
На рисунке представлен упрощённый, а на листе 2 точный
габарит тяговой муфты. При построении использовались минимальные значения
размеров, штриховкой указан зазор 5 мм между узлами привода и резинокордовой
муфты.
Габариты
тяговой муфты
3.2 Эскизные варианты ремонтопригодной муфты
Эскизные варианты разрабатываем на основании имеющихся
габаритных ограничений. Резинокордовую оболочку не изменяем и оставляем на том
же месте. Из листа 2 видно, что габариты не позволяют произвести какие-либо
изменения конструкции со стороны редуктора, поэтому усовершенствовать
конструкцию муфты будем со стороны тягового электродвигателя, тем более, что
согласно технологии разъединения муфты должно производиться именно здесь.
Для всех вариантов общим является следующее:
·
применение
двух, диаметрально расположенных прямоугольных зубьев для передачи вращающего
момента;
·
разделение
фланца электродвигателя на кольцо, зажимающее вместе с полукольцами
резинокордовую оболочку и поводок, обеспечивающий доступ к болтам, стягивающим
оболочку;
·
ступицу
фланца двигателя, насаженную на хвостовик вала якоря тягового электродвигателя,
оставляем без изменений.
Зуб может быть расположен как на кольце, так и на поводке.
Фиксация поводка и кольца относительно друг друга осуществляется с помощью
горизонтальных поверхностей, стягиваемых четырьмя или восемью болтами М10,
расположенными вертикально. Болты воспринимают радиальную и осевую нагрузки, а
в случае образования зазора в зубчатом зацеплении - и окружную нагрузку.
Недостатками данного варианта является следующее:
·
невозможность
применения болтов диаметром более 10 мм, из-за недостатка места под ключ и
малой возможной глубины отверстий под болты, определяемой высотой зуба;
·
необходимость
нарезки резьбы и в поводке и в кольце;
·
трудность
сборки при совмещении вертикальных поверхностей зуба и паза, но и
горизонтальных поверхностей соединения кольца и поводка.
Зуб размещён на поводке, а в кольце имеется сквозной паз под
зуб. Центрирование кольца и поводка относительно друг друга осуществляем с
помощью кольцевых буртиков, имеющих зазор и не воспринимающих поэтому никаких
нагрузок. Соединение кольца и поводка производим по вертикальной плоскости и
фиксируем горизонтально расположенными болтами М16. Болты передают радиальную и
осевую нагрузки, а при зазоре в зубчатом зацеплении - и окружную нагрузку.
Вариант 2 имеет ряд преимуществ перед вариантом 1:
·
лёгкость
сборки из-за совмещения только вертикальных плоскостей;
·
доступность
болтов поводка;
·
набольшая
доступность болтов кольца;
·
возможность
применения болтов диаметром более 16 мм;
·
имеется
всего четыре болта на поводке вместо восьми болтов М10.
Недостатками варианта 2 является следующее:
·
большая
масса кольца и поводка, а соответственно и момент инерции;
·
наличие
опасно тонких сечений в поводке и кольце;
·
большой
диаметр и изгиб деталей, что будет вызвать большие амплитуды колебаний поводка
и кольца в осевом и радиальном направлениях.
Так как вариант 2 имеет неоспоримые преимущества перед
вариантом 1 по лёгкости сборки и разборки, а так же по возможностям
совершенствования конструкции, для дальнейшей разработки выбираем вариант 2.
3.3 Расчёт сил, действующих на элементы муфты
Максимальную частоту вращения колёсной пары определяем при
конструкционной скорости Vк = 130 км/ч по формуле:
|
n
КП max=
|
Vк.
|
с-1,
(2.1)
|
|
3,6 π ДКП
|
|
где: ДКП - диаметр колёсной пары по кругу катания,
ДКП = 1050 мм = 1,05 м
Отсюда:
|
n
КП max=
|
130.
|
= 10,95 с-1
|
|
3,6 π 1,05
|
|
Максимальная частота вращения вала якоря тягового
электродвигателя определяется по формуле:
n дв max= n КП max и, с-1, (2.2)
где: и - передаточное отношение редуктора,
и = 72/22 = 3,41
Тогда, из выражения 2.2:
n дв max= 10,95 х 3,41 = 37,34 с-1.
Максимальный момент, развиваемый тяговым электродвигателем
определяем по формуле:
|
М дв max=
|
2 П
max φр ДКП/2
|
Нм, (2.3)
|
|
и
|
|
где: 2 П max - нагрузка от оси
моторного вагона на рельс при максимальной населённости вагона (7 пассажиров на
квадратный метр),
П max = 14,9 тс = 194 х 103
Н;
φр - расчётный коэффициент
сцепления,
φр = 0,33.
Подставляем данные в формулу (2.3) и получаем:
|
М дв max=
|
194 х 103
х 0,33 х (1,05/2)
|
= 9856 Нм.
|
|
3,41
|
|
Максимальную окружную силу, приложенную к деталям муфты по
касательной к траектории вращения, может определить из выражения:
|
F
t max i
=
|
(1
+ Кд) М дв max
|
Н, (2.4)
|
|
R i
|
|
где: Кд - коэффициент динамики;
R i - расстояние от оси
вращения муфты до точки, в которой определяем окружную силу, м.
Коэффициент динамики для электропоездов определяем по
эмпирической формуле [1, стр. 194]:
Кд = (а + 0,022 (V - 55)) / fст, (2.5)
где: а - коэффициент, равный 0,05 - для элементов
кузова, и, 0,10 - для обрессоренных. элементов тележки;
fст, - суммарный статический прогиб
рессорного подвешивания,
fст, = 120 мм.
Тогда для V = Vк = 130 км/ч, и, учитывая,
что рассматриваемая часть муфты находится на тележке и обрессорена, из
выражения 2.5 определяем:
Кд = (0,10 + 0,022 (130 - 55)) / 120 = 0,114
Окружную силу на расстоянии R 1 = 290 мм и равную 0,29 м
от оси вращения муфты (для соединительных болтов поводка и кольца тягового
электродвигателя и для зубьев поводка) определяем по формуле 2.4:
|
F
t max i
=
|
(1 + 0,114)
9856
|
= 37861 Н
|
|
0,29
|
|
Максимальную радиальную силу, приложенную к элементам муфты
перпендикулярно к оси вращения муфты, определяем по эмпирической формуле [13,
стр. 250]:
Fr max = (1 + Кд)
2 Жрадоб (1 + 0,3 х 10-3 М дв
max + 0,35 х 10-6 n2 дв max) Δmax, Н, (2.6)
где: 2 - коэффициент, учитывающий увеличение жёсткости
оболочки при температуре -35°С;
Жрадоб - жёсткость резинокордовой оболочки 520х150 в
радиальном направлении,
Жрадоб = 2,7 х 105 Нм [13, стр. 250];
Δmax - максимальная допустимая
расцентровка муфты при частоте оборотов свыше 2000 об/мин,
Δmax = 6 мм = 6 х 10 -3 м
[13, стр. 249].
Величину частоты вращения вала якоря n дв max для подстановки в формулу
(2.6) переведём из с-1 в обороты в минуту:
n дв max = 37,34 х 60 = 2240
об/мин
Подставляем данные в зависимость 2.6. получаем:
Fr max = (1 + 0,114) 2 х 2,7 х
105 (1 + 0,3 х 10-3 х 98,56 + 0,35 х 10-6 х
22402) 6 х 10-3 = 20620 Н
Максимальную осевую силу так же определяем по эмперической
формуле [13, стр. 250]:
Fа max = 0,25 М дв max - 0,45 х 10-4 n2 дв max, Н, (2.7)
Из расчёта по формуле 2.7 получаем:
Fа max = 0,25 х 9856 - 0,45 х 10-4
22402 = 2238 Н
Таким образом, теперь нам известны все три силы, действующие
на элементы муфты:
1. окружная сила
2. радиальная сила
Fr max = 20620 Н
3. осевая сила
Fа max = 2238 Н
Так как прочность деталей муфты рассчитываем в разделе 3
методом конечных элементов, то здесь оценим только контактную прочность зуба,
сравнивая наибольшее давление на площадке контакта с допускаемым значением, для
сталей Ст. 45 равным [1, табл. 8.3]:
р0 = 1050-1350 Н/мм2, (2.8)
Наибольшее давление на площадке контакта определяем по
формуле:
|
р0 =
|
F
t
max.
|
Н/мм2,
(2.9)
|
|
2 х 0,5642 S
|
|
где: 2 - коэффициент, учитывающий действие силы F t max на два зуба;
,5642 - коэффициент площади контакта;
S - площадь контактирующей
поверхности зуба, из приложения 2 S = 38х14 = 532 мм2.
Подставив данные в выражение 2.9, получаем:
|
р0 =
|
37861.
|
= 63,07 Н/мм2
|
|
2 х 0,5642 х
532
|
|
Как видно из сравнения полученного значения р0 с
[р0 ], конструкция зуба имеет значительный запас контактной
прочности.
3.4 Расчёт болтового соединения поводка и кольца
На болты действуют радиальная и осевая силы, а окружную силу
передают зубья.
Нагрузка от осевой сила на один болт определяем по следующей
формуле:
|
Р =
|
Fа max
|
Н, (2.10)
|
|
4
|
|
|
Р =
|
= 559,5 Н
|
|
4
|
|
Нагрузка от радиальной силы на один болт определяем по
следующей формуле:
|
Q =
|
Fr max
|
Н, (2.11)
|
|
4
|
|
|
Q =
|
20620
|
= 5155 Н
|
|
4
|
|
Из условия плотности стыка, усилие затяжки болтов выбираем по
соотношению [11, стр. 350]:
Т = k (1 - χ) Р, Н, (2.12)
где: k - коэффициент затяжки,
для переменной нагрузки k = 1,5;
χ - коэффициент внешней
нагрузки,
χ = 0,25 [11, стр. 350].
Подставляя значения в формулу 2.12, получаем:
Т = 1,5 (1 - 0,25) 559,5 = 629,5 Н
Сила затяжки, обеспечивающая силу трения, которая удерживает
стыкуемые детали, определяется по формуле:
|
F зат = k
|
Q.
|
Н,
(2.13)
|
|
i f
|
|
где: i - число плоскостей сдвига,
i = 1;
f - коэффициент трения в стыке,
f = 0,3 [12, стр. 30].
Подставляя значения в формулу 2.13, получаем:
|
F зат = 1,5
|
5155
|
= 25775 Н
|
|
1 х 0,3
|
|
Суммарная сила затяжки определяется по формуле:
F зат Σ = Т + F зат, Н, (2.14)
Подставив данные в формулу 2.14, определяем суммарную силу
затяжки:
F зат Σ = 629,5 + 25775 = 26404,5 Н
Момент затяжки определим по формуле [11, стр. 352]:
Мк = ξ F зат Σ d, Н/м, (2.15)
где: ξ - коэффициент, зависящий
от трения в резьбе,
ξ = 0,12;
d - наружный диаметр
резьбы, d = 16 мм = 0,016 м
Подставив данные в формулу 2.15, определяем момент затяжки:
Мк = 0,12 х 26404,5 х 0,016 = 50,7 Н/м
Данный момент затяжки соответствует интервалу Мк =
49-57 Н/м [5, прил. 4], установленному для болтов М16 класса прочности 3.6.
Номинальные напряжения от осевых нагрузок определяем по
формулам:
ü напряжение затяжки
|
σ зат =
|
F зат Σ
|
Н/мм2,
(2.16)
|
|
F
|
|
ü напряжение от внешней нагрузки
|
σ вн =
|
Р.
|
Н/мм2,
(2.17)
|
|
F
|
|
где: F - площадь поперечного сечения болта, мм2,
определяемая по формуле:
где: d1 - внутренний диаметр резьбы, d1 = 15 мм.
Таким образом, по формулам (2.16) - (2.18):
|
F =
|
π 152
|
= 176,7 мм2;
|
|
4
|
|
|
σ зат =
|
26404,5
|
= 149,4 Н/мм2;
|
|
176,7
|
|
|
σ вн =
|
559,5.
|
= 3,2 Н/мм2.
|
|
176,7
|
|
Суммарное напряжение составляет:
σ = σ зат + σ вн; Н/мм2;
(2.19)
Таким образом:
σ = 149,4 + 3,2 = 152,6
Н/мм2
Напряжение от кручения в нарезанной части составит:
|
τ =
|
М к
|
; Н/мм2;
(2.20)
|
|
0,2 d31
|
|
По формуле (2.20) определяем:
|
τ =
|
50,7.
|
= 75,1 Н/мм2
|
|
0,2 х 0,0153
|
|
При действии на болт осевых нагрузок и крутящего момента
запас по пластическим деформациям определяем по следующей формуле:
|
n =
|
[σ т ].
|
; (2.21)
|
|
√ σ2
+ 3 τ2
|
|
где: [σ т ] - предел текучести, для
стали Ст. 45 [σ т ] = 400 Н/мм2
Подставив данные в выражение (2.21), получаем:
|
n =
|
400.
|
= 1,995.
|
|
√ 152,62
+ 3 х 75,12
|
|
Полученные значения n соответствуют интервалу n = 1,5 - 3,0,
следовательно болтовое соединение обладает достаточным запасом прочности.
4. Расчёт динамики и прочности деталей муфты
методом конечных элементов
Расчёт динамики и прочности деталей муфты методом конечных
элементов выполняем для поводка, как наименее прочного элемента, на
электронно-вычислительной машине с помощью прикладной программы COSMOS/M.
Исследуем напряжения и колебания поводка при приложении к
нему сил Ft max, Fr max и Fa max. Схема приложения сил к
поводку представлена на рисунке 3.1.
Схема приложения сил к поводку
Модель поводка показана в приложении 3. Она упрощена -
отсутствует ступичная часть. Как видно, максимальные напряжения (как сжатие так
и растяжение) возникают на плоскости касания зуба и паза у нижней кромки зуба.
Это обусловлено концентрацией напряжений в месте перехода от внутренней
поверхности поводка к зубу.
Что бы устранить концентратор напряжений осуществим переход
данных плоскостей через галтель радиусом 5 мм, что показано на листе.
В остальных объёмах поводка напряжения меньше и обусловлены
так же переходами одних форм сечений в другие.
По величине напряжения, если изготавливать поводок из стали
Ст. 3, приближаются к пределу текучести (для Ст. 3 [σ т ] = 220-240 Н/мм2, а σ max = 347,64 Н/мм2),
по этому для поводка и кольца оставляем материал Ст. 45 как и у фланца
двигателя, у которого материал с пределом текучести [σ т ] = 400-600 Н/мм2, а предел прочности [σ в ] = 600-700 Н/мм2.
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.
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
|
5. Динамический расчёт участка передачи
шестерня-якорь тягового электродвигателя
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; Сi j - жёсткость участка вала
и оболочки; Lя, Lв, Lд - индуктивности якоря, обмотки возбуждения и дополнительных
полюсов; rя, rв, rд - сопротивления обмоток
При расчёте производим исследование реакции системы на
воздействие единичной силой Pz на шестерню. Эта сила создаёт момент Мz. Система реагирует
моментом сопротивления Мс. Так же при моделировании учитываем зазор
в болтах и втулках фланца шестерни. Суммарный зазор во всех восьми втулках δ = 0,55 мм. Зазор образуется на расстоянии Rδ = 124 от оси муфты.
Моделирование зазора:
К = 0 при | Rδ (φ2 - φ3) | ≥ δ;
К = 1 при | Rδ (φ2 - φ3) | < δ.
Дифференциальные уравнения колебаний системы
В уравнениях таблицы 4.1 φi - углы поворота
элементов системы вокруг оси вращения; вij - коэффициенты
демпфирования крутильных колебаний, вычисляемые по формулам:
для в12 и в56
вij = 0,01 х 2 √ Сi j Jj; Нм/рад/с; (4.1)
для в23 и в45 и в34
вij = 0,05 х 2 √ Сi j Jj; 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.
Расчёт моментов инерции кольца двигателя и поводка
|
Площадь
поперечного сечения кольца S, м2
|
Средний радиус
кольца r/, м
|
Длинна средней
линии кольца l =
2 π r/, м
|
Объём кольца V = S l, м3 (для Sп5 - Sп9 V = 0,45 S l)
|
Масса кольца m = V γ, кг, где γ - плотность стали, γ= 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
|
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:
ü rя = 0,069414 Ом;
ü rв = 0,13372 Ом;
ü rд = 0,024564 Ом.
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
|
Далее линеаризуем магнитную характеристику построением касательной
в точке, соответствующей часовому току тягового электродвигателя Iч = 350 А (см. рис. 4.3.)
и получаем величину индуктивности обмотки возбуждения по формуле [15, стр. 15]:
|
Lв =
2 р σ Wв
|
Δ
Ф/.
|
; Гн; (4.3)
|
|
Δ I /
|
|
где: 2 р - число полюсов двигателя,
р = 4;
σ - коэффициент магнитного
рассеяния,
σ = 1,1;
Wв - число витков одной полюсной катушки,
Wв = 56;
Δ Ф/ΔI - тангенс угла наклона касательной к магнитной характеристике,
Δ Ф/ / Δ I / = 0,0065/360 = 1,8 х 10-5 Вб/А.
Подставим значения в формулу 4.3, получаем:
Lв = 4 х 1,1 х 56 х 1,8 х 10-5 = 0,00445
Гн
Индуктивность якоря Lя и дополнительных полюсов Lд приближённо равны [15,
стр. 15]:
Lя = 0,17 Lв = 0,17 х 0,00445 =
0,00076 Гн (4.4)
Lд = 0,08 Lв = 0,08 х 0,00445 =
0,00036 Гн (4.5)
Суммарная индуктивность цепи якоря определяется по следующей
формуле:
LΣ = Lв + Lя + Lд, Гн (4.6)
Подставив в формулу 4.6 значения, получим:
LΣ = 0,00445 + 0,00076 +
0,00036 = 0,00557 Гн
Для создания массива зависимости Ф(iя) аппроксимируем
магнитную характеристику тягового электродвигателя пятью отрезками прямых и
заносим данные в таблицу.
Аппроксимация зависимости Ф(iя)
|
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 2π
|
|
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 2π
|
|
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
электродвигателя (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)
|
|
3,6π Дкп
|
|
где: Zz -количество зубьев
большого зубчатого колеса,
Zz = 75;
V - скорость движения поезда, км/час.
Расчёт ведём для четырёх гармоник: f z, 2f z, 3f z, 4f z. Результаты заносим в
таблицу.
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
|
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.
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 строим зависимости частот возмущения от
скорости движения поезда и частоты колебаний фланца тягового электродвигателя.
Из сравнения 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.
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.
6. Технология сборки и разборки тяговой муфты
тяговый электропоезд резинокордовый муфта
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 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
|
Базовая
муфтаНовая 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, 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.
7. Экономический расчёт 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;
. увеличение срока службы резинокордовой муфты
тягового привода электропоезда.
7.1 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 Кpi, 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:
ü фланца тягового электродвигателя базовой
муфты
Sфб = 104 см2;
ü кольца тягового электродвигателя новой
муфты
Sкн = 28,5 см2;
ü поводка новой муфты
Sпн = 125 см2.
Тогда, коэффициенты пересчёта определяются:
ü для кольца тягового электродвигателя
|
Кр1 =
|
Sкн
|
; (6.1)
|
|
Sкн
|
|
|
Кр1 =
|
28,5
|
= 0,274
|
|
104
|
|
|
|
|
|
|
ü для поводка
Подставив значения в формулу 6.2, получаем:
Пересчёт статей калькуляции ведём по следующей формуле:
Сзнj = Крi Сзбj, р; (6.3)
где: Сзнj - стоимость j-той статьи калькуляции
на новую муфту, (руб.);
Сзбj - стоимость j-той статьи калькуляции
на базовую муфту, (руб.).
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
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
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
|
|
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 (неизменны)
|
5538
|
18885
|
1028
|
5410
|
18885
|
|
19.1 НИОКР
|
1,5% от строки
18 (неизменны)
|
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: Тб (н) - срок службы тяговой муфты, лет;
Nв - годовая программа выпуска вагонов
электропоездов на ДМЗ,
Nв = 534 ед.;
- 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 / Тб (н) - учитывает
долю тяговых муфт, выпускающихся ежегодно в качестве запасных частей.
Из выражения 6.4 определим:
|
А б =
(1 +
|
1.
|
)
|
534
|
4 = 1201,5
ед./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:
|
Δ 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:
|
Δ 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):
Цб = 5778960 руб.;
Цн = 6402202 руб.
7.2 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 Тч, производимых при текущих
ремонтах ТР-2 и ТР-3, сократиться после внедрения новых муфт на величину k = 40% = 0,4.
Для базовой муфты Тчб = 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:
Δ И ТР-2 = 2 k Тчб СТР-2
nр/г 2, р/год; (6.6)
где: 2 - коэффициент, учитывающий, что производится как
разборка, так и сборка;
СТР-2 - себестоимость одного человеко-часа на
текущих ремонтах ТР-2,
СТР-2 = 24977 руб./чел. час (по данным депо
Перерва);
nр/г 2 - число ТР-2 в год,
nр/г 2 = 1 ед./год.
Из выражения 6.6 определим
Δ 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:
Δ И ТР-3 = Δ ТТР-3 СТР-3 nр/г 3, руб./год; (6.7)
где: Δ ТТР-3 -
экономия трудоёмкости на текущем ремонте ТР-3,
Δ ТТР-3 = 0,5
чел. час;
СТР-3 - себестоимость одного чел. часа на текущем
ремонте ТР-3,
СТР-3 = 26773 руб./чел. час (по данным депо
Перерва);
nр/г 3 - число текущих ремонтов ТР-3,
приходящихся на один год,
nр/г 3 = 0,5 ед./год (один ТР-3 в два года).
По формуле 6.7 определим:
Δ 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 Δ =
(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;
nм - число муфт на моторном вагоне,
nм = 4 ед.;
- 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:
nн.н. = (1 - Δ) nн.б., ед./год (6.9)
Подставляя данные в выражение 6.9, получаем:
nн.н. = (1 - 0,135) 1,07 = 0,93 ед./год
По сведениям, предоставленным депо Перерва, средняя
трудоёмкость устранения отказов по тележке Тн.б. = 18,73 чел. час.
Исходя из этого, ежегодные расходы на неплановые ремонты, приходящиеся на одну
базовую муфту, определяем по следующей формуле:
Ин.б. = nн.б. Тн.б.СТР-2, руб./год,
(6.10)
где: СТР-2 - себестоимость одного чел. час на
ТР-2, принимаемая и для неплановых ремонтов.
Из выражения 6.10 определим:
Ин.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:
Тн.н. = Тн.б. - k Тч.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:
Тн.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:
Ин.н. = nн.н. Тн.н. СТР-2, руб./год,
(6.12)
По формуле 6.12 определим:
Ин.н. = 0,93 х 16,33 х 24977 = 379323 руб./год
Величину снижения эксплуатационных расходов за счёт
сокращения неплановых ремонтов определяем следующим образом:
ΔИн. = Ин.б.
- Ин.н., руб./год (6.13)
Подставим данные в формулу 6.13, получаем:
ΔИн. = 500567 -
379323 = 121244 руб./год
Суммарную величину снижения эксплуатационных расходов
определяем из выражения:
ΔИ = ΔИТР-2 + ΔИТР-3 + ΔИн., руб./год (6.14)
Подставим данные в формулу 6.14, определим:
ΔИ = 59945 +
6693 + 21244 = 187882 руб./год
7.3 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
|
+
|
ΔИ.
|
0,9
|
|
|
Пб
|
|
1 / Тн
+ Ен
|
|
1 / Тн
+ Ен
|
|
|
где: Цл - лимитная цена, руб. (принимаем равной
оптовой цене новой муфты:
Цн = Цл = 6402202 руб. (цена 1996
года);
Пб, Пн - годовая производительность,
соответственно, базовой и новой муфт их производительности равны,
следовательно, Пн/ Пб = 1;
Ен - нормативный коэффициент эффективности,
Ен = 0,15;
,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
|
|
|
,8496 ≤ 0,85
Условие 6.15 выполняется, следовательно, оптовая цена новой
муфты обоснована с точки зрения эффективности в масштабах всего народного
хозяйства.
7.4 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
|
+
|
ΔИ.
|
- Цн)
Ан, руб./год, (6.16)
|
|
Пб
|
|
1 / Тн
+ Ен
|
|
1 / Тн
+ Ен
|
|
где: Цб, Цб - цена базовой и новой
муфт, соответственно, в рублях;
Пн, Пб - годовая
производительность соответственно базовой и новой муфт (их производительности
равны, поэтому Пн / Пб = 1);
Тн, Тн - сроки эксплуатации
соответственно базовой и новой муфт, лет;
Ен - нормативный коэффициент эффективности,
Ен = 0,15;
ΔИ - величина сокращения
эксплуатационных расходов в год за счёт внедрения новой муфты, руб./год;
Ан - 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.
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;
. 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;
. 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;
. в целях защиты пассажиров от удара в случае разрыва
муфты предложена и рассчитана конструкция защитного устройства.
Список литературы
1. 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.
2. 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.; 1990 г. -91 стр.
3. 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. - 368 стр.
. 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, 1986 г. -256 стр.
. Фаворин
М.М. Моменты инерции тел. - М.: Машиностроение, 1970 г. -312 стр.
. 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 1993 г. - 38 стр.
. Методические
указания к дипломному проектированию. Часть 2. Экономическая эффективность
совершенствования контсрукции 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
12.04.1987 г.: - М.: МИИТ, 1988 г. - 52 стр.
. В.Д.
Кузмич «Дипломное и курсовое проектирование» Краткие методические указания для
студентов. - М.: МИИТ, 2000 г. -22 стр.