Влияние эксплуатационных изменений параметров тележек КВЗ-ЦНИИ на межремонтный пробег пассажирских вагонов

Актуальность работы. .Перспективное развитие железнодорожного транспорта России предусматривает модернизацию существующих пассажирских вагонов и переоснащение вагонного парка вагонами нового поколения с улучшенными конструктивными схемами и технико-экономическими характеристиками.

Особая роль в решении данной проблемы отводится совершенствованию ходовых частей вагонов, от надежной работы которых во многом зависят плавность хода экипажей и безопасность движения поездов.

При модернизации существующих и создании вагонов нового поколения чрезвычайно важной становится проблема прогнозирования и учета влияния эксплуатационных изменений параметров тележек на межремонтный пробег пассажирских вагонов, что позволит еще на стадии проектирования выявлять перспективные варианты и оптимизировать технико-экономические параметры сборочных единиц.

Созданию новых и совершенствованию существующих тележек пассажирских вагонов посвящены монографии и научные труды многих ученых ВНИИЖТа, ВНИИВа, МИИТа, ПГУПСа и ряда других научных и производственных коллективов.

Однако эти исследования в основном посвящены выбору конструктивных схем и оптимальных параметров тележек, без учета возможных эксплуатационных изменений их параметров, значительно влияющих на межремонтный пробег пассажирских вагонов.

В результате, при эксплуатации пассажирских вагонов часто возникают отказы в ходовых частях, которые резко снижают эффективность использования вагонов и угрожают безопасности движения поездов.

Все вышеизложенное подтверждает, что актуальной является проблема разработки уточненных методов учета эксплуатационных изменений параметров сборочных единиц тележек, например КВЗ-ЦНИИ, на межремонтный пробег пассажирских вагонов, на основе которых можно было бы ускорить модернизацию существующих и создание нового поколения ходовых частей вагонов.

Цель работы состояла в проведении уточненного анализа надежности деталей тележек КВЗ-ЦНИИ и разработке на этой основе методов учета изменений параметров ее сборочных единиц в эксплуатации, а также необходимых модернизаций лимитирующих узлов с целью повышения межремонтных пробегов пассажирских вагонов.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Разработан уточненный алгоритм анализа эксплуатационной надежности тележек КВЗ-ЦНИИ и установлены закономерности изнашивания деталей буксового и центрального подвешивания этих тележек.

2. Аналитически и на основе компьютерного моделирования установлены зависимости изменения параметров рессорного подвешивания тележек КВЗ-ЦНИИ и влияния их на динамическую нагруженность элементов вагона.

3. Модернизирована методика эксплуатационных испытаний усовершенствованных узлов тележек КВЗ-ЦНИИ, позволяющая разрабатывать мероприятия по увеличению межремонтных пробегов пассажирских вагонов.

Практическая ценность и реализация работы.

Практическое использование уточненного алгоритма анализа эксплуатационной надежности тележек КВЗ-ЦНИИ позволяет определять параметры надежности не только этих, но и других типов тележек с учетом реальных условий (климатических, географических и других) эксплуатации вагонов в данном регионе и разрабатывать рациональные методы их технического обслуживания и ремонта.

Разработанные контрольные стенды, устройства и варианты модернизации тележки КВЗ-ЦНИИ позволяют значительно улучшить качество технического обслуживания и ремонта, а также увеличить межремонтный пробег пассажирских вагонов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических советах и конференциях: в Департаменте пассажирских перевозок ЦЛ МПС (1999 г.), на НТС управления Красноярской дороги (1998 г.), на НПК Красноярского Государственного Технического Университета (2000 г.), НТС «Транссервис» Октябрьской ж. д. (2000 г.), на НТК ХабИИЖТа (2001 г.), на научных семинарах кафедры «Вагоны» и НИЛ «Динамика вагонов» ПГУПСа (2002 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в пяти печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, три главы, заключение, приложения и изложена на 136 страницах машинописного текста.

Список использованных источников

насчитывает 84 наименования.

Выводы.

Результаты эксплуатационных испытаний модернизированных узлов тележек КВЗ-ЦНИИ позволили сделать следующие выводы и рекомендации.

1. Разработанная уточненная методика эксплуатационных испытаний тележек КВЗ-ЦНИИ позволяет эффективно определять ресурс основных элементов рессорного подвешивания и разрабатывать мероприятия по повышению межремонтного пробега пассажирских вагонов.

2. Экспериментальные исследования вариантов модернизации буксового гасителя колебаний тележки КВЗ-ЦНИИ показали, что наибольший ресурс имеет вариант крепления втулки на шпинтоне с помощью горячей посадки и с композиционным стопорением крепительной гайки. После пробега вагона в 250 тыс. км соединение находилось в хорошем техническом состоянии, а износ втулки не превышал 2,0−3,0 мм.

3. Ходовые испытания модернизированных узлов тележек КВЗ-ЦНИИ выявили следующие закономерности:

— при снижении параметра сопротивления буксовых гасителей колебаний в два раза вертикальные и горизонтальные ускорения рамы тележки уменьшались на 30% при скоростях движения до 120 км/ч;

— при выходе из строя одного гидравлического гасителя колебаний центрального подвешивания тележки происходит увеличение вертикальных ускорений кузова над данной тележкой на 20%, а при выходе из строя двух гасителей колебаний (на каждой тележке по одному гасителю колебаний) плавность хода вагона ухудшается на «40%;

— большое влияние на вписывание вагона в кривые участки пути оказывает момент сопротивления повороту тележек. Снижение момента сопротивления на 20−25% от конструкционного значения, за счет применения специальной смазки в опорных скользунах, приводило к уменьшению продольных смещений деталей тележки на 30−40% при скоростях движения до 120 км/ч.

В результате был сделан вывод о целесообразности снижения момента сопротивления повороту тележки КВЗ-ЦНИИ на 30−40%, если эти тележки будут эксплуатироваться в поездах со скоростями до 120 км/ч.

4. Эффективным техническим средством безразборной диагностики динамических характеристик пассажирских вагонов является сигнализатор неисправности рессорного подвешивания (СНРП), разработанный в ПГУПСе. Этот прибор можно рекомендовать к широкому использованию при контроле эксплуатации пассажирских вагонов.

5. Для диагностирования технического состояния тележек КВЗ-ЦНИИ при их ремонте на вагоноремонтных предприятиях рекомендуется использовать, разработанные в данной работе, следующие устройства: стенд для проверки монтажа шпинтонов на тележке и устройство для определения момента трения в опоре кузова на тележку.

6. Сравнительные испытания гидравлических гасителей колебаний типа КВЗ-ЛИИЖТ, BBW, RABA и ПГУПС выявили более надежную работу гидравлических демпферов ПГУПС, снабженных резиновыми сильфонами.

7. Разработанная в данной работе модернизация узлов тележек КВЗ-ЦНИИ повышает межремонтный пробег пассажирских вагонов и может быть рекомендована, после широких испытаний, для внедрения на всех вагонах, эксплуатирующихся в поездах со скоростями движения до 120 км/ч.

Заключение

.

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований по установлению влияния эксплуатационных изменений параметров тележек КВЗ-ЦНИИ на межремонтный пробег пассажирских вагонов позволил констатировать следующее.

1. Тележка КВЗ-ЦНИИ эксплуатируется под всеми типами пассажирских вагонов уже более 40 лет и из-за недостаточной надежности отдельных элементов не удовлетворяет современным требованиям эксплуатации. Повышение надежности лимитирующих узлов тележек КВЗ-ЦНИИ является актуальной задачей, т. к. ее решение будет способствовать увеличению межремонтных сроков службы, приведет к более полному использованию пассажирских вагонов, сократит расходы на их ремонт и техническое обслуживание.

2. Разработанный комплексный алгоритм исследования надежности узлов тележек, включающий эксплуатационные наблюдения, инструментальный контроль и стендовые испытания, позволяет достаточно точно определять ресурс основных частей тележек в конкретных условиях эксплуатации и обосновывать меры по повышению их работоспособности и технологии технического обслуживания.

3. Экспериментальные исследования влияния износов деталей буксового гасителя колебаний тележки КВЗ-ЦНИИ на его силовую характеристику показали, что данный демпфер не может обеспечивать рациональный режим колебательного процесса тележки при различных эксплуатационных воздействиях. Сила сопротивления демпфера часто является нестабильной и в большой степени зависит от состояния трущихся пар, поперечных деформаций и других факторов. Параметр сопротивления гасителя колебаний может изменяться от номинального в 2.0−3.0 раза.

Разработанные методики и стендовое оборудование для испытания фрикционных гасителей колебаний могут быть рекомендованы для внедрения на вагоноремонтных предприятиях для контроля качества ремонта демпферов. 4. Анализ износов деталей центральной ступени подвешивания тележки КВЗ-ЦНИИ выявил, что постепенный износ сопряженных пар трения люлечного подвешивания, в поле нормированных допусков, не вызывает сколько-нибудь заметного ухудшения динамических характеристик вагона. Более значительное влияние на работу центрального подвешивания оказывают эксплуатационные изменения параметров: гидравлических гасителей колебанийобрезиненных шарниров ведущих поводков и момента трения в опоре кузова на тележку. Полученные зависимости изнашивания деталей люлечного подвешивания тележки КВЗ-ЦНИИ могут быть использованы при разработке технологических процессов их ремонта и технического обслуживания.

5. Полученная суммарная зависимость частоты отказов деталей тележки КВЗ-ЦНИИ от пробега вагонов выявила влияние на этот показатель условий эксплуатации: скоростного режима движения поезда, наличия кривых участков пути, температурных режимов, состояния пути, качества ремонта и технического обслуживания вагонов.

6. Стендовые испытания пассажирского вагона на тележках КВЗ-ЦНИИ с различными параметрами сопротивления буксовых и центральных гасителей колебаний выявили следующее: — при свободных затухающих колебаниях рамы тележки, с номинальными параметрами буксовых гасителей, наблюдаются апериодические колебания, что говорит об излишних силах трения, реализуемых демпферами в вертикальном направлении. При экспериментах с изношенными в виде «уступа» втулками гасителей колебаний система еще больше «заклинивается», что говорит о недопустимости эксплуатации таких гасителей колебаний;

— снижение сил трения в буксовом гасителе колебаний на 50%, путем смазки основной трущейся поверхности, приводит к возникновению колебательного процесса с относительным демпфированием «0,3 от критического;

— снижение параметра сопротивления гидравлических гасителей колебаний от номинального значения, во всех случаях, приводит к снижению эквивалентного относительного демпфирования ниже 0,3 от критического, что может вызвать ухудшение плавности хода вагона, особенно в резонансных областях скоростей движения.

7. Разработанная прикладная расчетная схема пассажирского вагона позволяет исследовать вертикальные колебания кузова, рамы тележки и навесного оборудования при эксплуатационном изменении жесткостных и демпфирующих параметров, а также разрабатывать мероприятия по снижению их динамической нагруженности и увеличению межремонтных сроков эксплуатации.

8. Компьютерное моделирование вынужденных колебаний пассажирских вагонов с различными параметрами буксовых и центральных гасителей колебаний выявило следующие закономерности:

— влияние эксплуатационных изменений параметров буксовых гасителей колебаний значительно больше проявляется на динамических характеристиках рамы тележки, чем кузова вагона. Снижение вертикального параметра сопротивления буксовых гасителей колебаний на 50% от существующей нормы, при сохранении номинального демпфирования в центральной ступени подвешивания, благоприятно сказывается на динамической нагруженности рамы (уменьшение «30%о) и навесного оборудования. Завышение параметра сопротивления буксовых гасителей колебаний аналогично повышению жесткости буксовой ступени подвешивания, что снижает ее антивибрационные качества;

— снижение параметра сопротивления гидравлических гасителей колебаний, от установленной нормы, во всех случая приводит к ухудшению плавности хода вагона. Выход из строя одного гидрогасителя на тележке приводит к значительному ухудшению плавности хода (до 20%), особенно в области резонансных скоростей движения вагона. Значительно меньшее влияние снижение параметров гидравлических гасителей колебаний оказывает на ускорения рамы тележки. Однако, отказ гидрогасителя колебаний неблагоприятно воздействует на работу буксовых гасителей колебаний и, особенно, навесного оборудования;

— для повышения ресурса навесного оборудования необходимо снижать его динамическую нагруженность путем рационального подбора жесткостных и демпфирующих параметров их связей с кузовом и рамой тележки таким образом, чтобы в области эксплуатационных скоростей движения вагона не реализовывались резонансные явления. Целесообразно навесное оборудование устанавливать на кузов и раму тележки таким образом (через прокладки, специальные амортизаторы, ограничители, связи, динамические гасители колебаний), чтобы их собственные частоты не совпадали с превалирующими частотами возмущающего воздействия, передающегося от колесных пар на элементы тележки и кузова вагона.

9. Разработанная уточненная методика эксплуатационных испытаний тележек КВЗ-ЦНИИ, включающая инструментальный контроль правильности установки шпинтонов на раме тележки, стендовую тарировку демпферов, приборное определение момента трения в опоре кузова на тележку, экспериментальную фиксацию динамических характеристик рессорного подвешивания, позволяет эффективно определять ресурс основных элементов рессорного подвешивания и разрабатывать мероприятия по повышению межремонтного пробега пассажирских вагонов.

10. Экспериментальные исследования вариантов модернизации буксового гасителя колебаний тележки КВЗ-ЦНИИ показали, что наибольший ресурс имеет вариант крепления втулки на шпинтоне с помощью горячей посадки и с композиционным стопорением крепительной гайки. После пробега вагона в 250 тыс. км соединение находилось в хорошем техническом состоянии, а износ втулки не превышал 2,0−3,0 мм.

11. Ходовые испытания модернизированных узлов тележек КВЗ-ЦНИИ выявили следующие закономерности:

— при снижении параметра сопротивления буксовых гасителей колебаний в два раза вертикальные и горизонтальные ускорения рамы тележки уменьшались на 30% при скоростях движения до 120 км/ч;

— при выходе из строя одного гидравлического гасителя колебаний центрального подвешивания тележки происходит увеличение вертикальных ускорений кузова над данной тележкой на 20%, а при выходе из строя двух гасителей колебаний (на каждой тележке по одному гасителю колебаний) плавность хода вагона ухудшается на «40%;

— большое влияние на вписывание вагона в кривые участки пути оказывает момент сопротивления повороту тележек. Снижение момента сопротивления на 20−25% от конструкционного значения, за счет применения специальной смазки в опорных скользунах, приводило к уменьшению продольных смещений деталей тележки на 30−40% при скоростях движения до 120 км/ч. В результате был сделан вывод о целесообразности снижения момента сопротивления повороту тележки КВЗ-ЦНИИ на 30−40%, если эти тележки будут эксплуатироваться в поездах со скоростями до 120 км/ч.

12.Эффективным техническим средством безразборной диагностики динамических характеристик пассажирских вагонов является сигнализатор неисправности рессорного подвешивания (СНРП), разработанный в ПГУПСе. Этот прибор можно рекомендовать к широкому использованию при контроле эксплуатации пассажирских вагонов.

13. Для диагностирования технического состояния тележек КВЗ-ЦНИИ при их ремонте на вагоноремонтных предприятиях рекомендуется использовать, разработанные в данной работе, следующие устройства: стенд для проверки монтажа шпинтонов на тележке и устройство для определения момента трения в опоре кузова на тележку.

14. Разработанная в данной работе модернизация узлов тележек КВЗ-ЦНИИ повышает межремонтный пробег пассажирских вагонов и может быть рекомендована, после широких испытаний, для внедрения на всех вагонах, эксплуатирующихся в поездах со скоростями движения до 120 км/ч.