Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
АКЕЕНКО Максим Николаевич
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВЫХ
УЗЛОВ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
С ЦЕЛЬЮ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ
Специальность 05.11.13 Приборы и методы контроля природной среды,
веществ, материалов и изделий
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Омск Ц 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Омский государственный технический университет на кафедре л Метрология и приборостроение
Научный руководитель: | доктор технических наук, доцент ГЛУХОВ Владимир Иванович |
Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор СТИХАНОВСКИЙ Борис Николаевич кандидат технических наук, доцент МИШИН Анатолий Иванович |
Ведущая организация: | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения |
Защита состоится 07 июня 2012 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 212.178.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Омский государственный технический университет по адресу: Омск, пр. Мира, 11, ауд. 8-421.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.
Автореферат разослан 5 мая 2012 г.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 644050, Омск, пр. Мира, 11, Омский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.178.01.
Ученый секретарь
Диссертационного совета Д 212.178.01
д.т.н., доцент В. Л. Хазан
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Повышение срока службы подвижного состава железнодорожного транспорта не представляется возможным без повышения срока службы тяговых электродвигателей локомотивов. Одним из основных узлов, определяющих срок службы тягового электродвигателя, является узел роликовых подшипников. Роликовые подшипники электродвигателя работают с большими переменными нагрузками (динамическая грузоподъемность до 739 кН) при частотах вращения до 30Гц и перепадах температур от -40 С до + 120 С. Основными показателями, определяющими срок службы роликовых подшипников, являются радиальный зазор и угол перекоса колец. Срок службы роликовых подшипников при эксплуатации далеко не всегда совпадает с гарантированным, а часто оказывается во много раз меньшим, поскольку при сборке изменяются, размеры и геометрические отклонения рабочих поверхностей деталей подшипника и базовых деталей подшипникового узла.
Проблеме повышения срока службы подшипников качения в конструкторском, в технологическом и метрологическом направлениях посвящены работы многих российских и зарубежных ученых:
В. И. Акифьева, А. Н. Бурмистрова, В. Б. Бальмонта, А. В. Бородина, В. А. Брагинского, Т. Н. Барковой, Б. М. Базрова, П. Н. Волкова, И. Г. Глана, З. М. Брейтмана, Н. Г.Бруевича, В. И. Глухова, Bell J.C, Dyson A., Blok H., Chang L., Cusano C., Conry T.F. и других ученых.
Большой объем работ в рамках каждого направления исследований говорит об актуальности проблемы увеличения срока службы роликовых подшипников. В ряде работ разработаны научные принципы, реализация которых позволяет успешно решать проблему увеличения срока службы тяговых электродвигателей при условии распространения сферы их действия на все стадии жизненного цикла тягового электродвигателя, и прежде всего на три основных: проектирование, изготовление и контроль.
Тема диссертации, направленная на увеличение срока службы тяговых электродвигателей за счет разработки и внедрения системы контроля геометрических отклонений расположения деталей подшипниковых узлов, является актуальной.
Объектом исследований являются подшипниковые узлы тягового электродвигателя ТЛ-2К.
Предметом исследований являются взаимосвязи геометрических величин базовых элементов деталей подшипниковых узлов и методы контроля величин.
Цель диссертационной работы заключается в разработке системы контроля точности геометрических величин деталей подшипниковых узлов тягового электродвигателя, обеспечивающей увеличение срока его службы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1 Выполнить анализ линейных и угловых размерных цепей, обеспечивающих технические требования по эксплуатации роликовых радиальных подшипников тяговых электродвигателей.
2 Разработать геометрические модели сопрягаемых деталей и сборочных единиц подшипниковых узлов с учетом информативности и служебного назначения сопрягаемых элементов.
3 Разработать математическую модель и программу расчета влияния комплексных размеров сопрягаемых элементов деталей подшипниковых узлов на угол перекоса оси внутреннего кольца относительно оси наружного и радиальные зазоры в роликовых подшипниках.
4 Разработать и внедрить систему контроля, методы и методику измерений комплексных размеров деталей подшипниковых узлов, рекомендации по увеличению срока службы подшипниковых узлов, рассчитать экономический эффект от внедрения в производство результатов работы.
Методологической основой исследования послужили работы А. В. Бородина, Н. Г. Бруевича, Н. А. Бородачева, В. И. Глухова, М. А. Палея.
Методы исследования. В работе использованы методы: геометрического моделирования; методы теории точности механизмов; методы теории измерений; математические методы планирования полного факторного эксперимента; метод компьютерного программирования на языке Делфи.
Научную новизну работы составляют:
1 Математические модели геометрических величин, характеризующих точность соединений деталей подшипниковых узлов, включая перекосы осей колец роликовых подшипников, комплексных размеров беговых дорожек колец и радиальных зазоров в подшипниках на основе графических моделей реальных деталей и сборочных единиц подшипниковых узлов, и позволяющие повысить точность оценки геометрических величин соединений по результатам контроля влияющих отклонений расположения элементов деталей до сборки.
2 Методы измерений отклонений расположения деталей, обеспечивающие достоверной измерительной информацией базу данных математической модели геометрических величин подшипникового узла, составляющие основу системы контроля качества параметров подшипниковых узлов и позволяющие увеличить срок службы тягового электродвигателя по результатам контроля.
Новизна предложенных технических решений подтверждена патентами на полезные модели: №94298 от 15.02.2010 Подшипниковый узел; №95394 от 04.03.2010 Измерительный комплекс; №109844 от 27.10.2011 Устройство для измерения геометрических параметров.
Практическую значимость работы составляют:
1 Система контроля геометрических величин деталей тягового электродвигателя до сборки с применением программы расчета комплексных диаметров беговых дорожек, радиальных зазоров и углов перекосов осей колец роликовых подшипников, обеспечивающая увеличение срока службы подшипниковых узлов.
2 Введение систем координат комплектов баз в проектную документацию с целью системного нормирования отклонений расположения в соответствии с геометрическими моделями деталей в процессе конструирования: обеспечение требуемой точности посадок на основе измерений влияющих на комплексные размеры отклонений расположения, программа для оценки и исследований комплексных размеров элементов деталей, радиальных зазоров в подшипниках и перекосов осей колец подшипников.
3 Опытные образцы запатентованных измерительных устройств и методики для контроля отклонений расположения элементов вала, подшипникового щита тягового электродвигателя.
4 Мероприятия по увеличению срока службы тяговых электродвигателей.
Достоверность результатов исследования обосновывается:
- применением известных математических методов, использовавшихся ранее при решении прикладных задач;
- соответствием аналитических результатов с экспериментальными данными и их коррелирование с работами других авторов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на V Всероссийской научной конференции, посвященной памяти главного конструктора ПО Полет А. С. Клинышкова Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники (Омск 2010); на научно-технической конференции с международным участием, посвященной 110-летнему юбилею Омского государственного университета путей сообщения Инновации для транспорта (Омск 2010); на ХХIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий (Казань 2011); на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной пятидесятилетней истории ОмГУПСа на омской земле и 100 летнему юбилею профессора Пахомова В.Н. Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава (Омск 2010); на научных семинарах кафедры Метрология и приборостроение Омского государственного технического университета на научно-технических советах Научно-исследовательского института технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта (Омск 2009, 2010, 2011, 2012 г.г).
Основные положения, представляемые к защите:
- Установлено, что срок службы механической части тягового электродвигателя лимитируется опорами качения вала-якоря и зависит от действующих размеров исполнительных поверхностей беговых дорожек наружного и внутреннего колец, разность диаметров которых определяет радиальные зазоры в роликовых подшипниках после сборки электродвигателя. Доказано, что действующие размеры беговых дорожек являются комплексными размерами, значения которых изменяются вследствие угловых перекосов осей колец, присоединяемых к различным деталям электродвигателя: наружное - к неподвижному подшипниковому щиту, внутреннее к валу-якорю.
- Показано, что системой отсчета угловых перекосов осей колец и комплексных размеров беговых дорожек колец является единая обобщенная система координат двигателя - система координат комплекта основных конструкторских баз остова, выполняющего служебное назначение базирующей детали двигателя. Установлено, что угловые перекосы осей колец подшипника создаются отклонениями расположения базовых поверхностей всех деталей двигателя. Угловые перекосы вызывают уменьшение действующего диаметра беговой дорожки наружного кольца и увеличение действующего диаметра беговой дорожки внутреннего кольца подшипника, что в итоге приводит к уменьшению радиальных зазоров в подшипниках вплоть до образования натягов, что недопустимо по правилам эксплуатации: срок службы подшипника сокращается.
- Доказано, что применение новой системы контроля геометрических величин на основе достоверных и запатентованных методов измерений отклонений расположений деталей, влияющих на перекосы осей колец подшипников и комплексные размеры беговых дорожек колец, с оценкой их влияния на основе математической модели и программы расчета, являются необходимым условием увеличения срока службы подшипниковых узлов и тягового электродвигателя в целом.
ичный вклад автора. Научные положения, представляемые к защите, получены непосредственно автором. Автором лично выполнен анализ линейных и угловых размерных цепей, обеспечивающих технические требования по эксплуатации роликовых подшипников тяговых электродвигателей; разработаны геометрические модели сопрягаемых деталей и сборочных единиц подшипниковых узлов; разработана структура и допуски комплексных размеров элементов деталей с учетом информативности и служебного назначения элементов; разработана математическая модель и программа влияния комплексных размеров сопрягаемых элементов деталей подшипниковых узлов на угол перекоса оси внутреннего кольца относительно оси наружного и радиальные зазоры в роликовых подшипниках; разработаны рекомендации по повышению срока службы подшипниковых узлов тяговых электродвигателей.
В соавторстве разработаны методы и методика измерений и оценки комплексных размеров деталей подшипниковых узлов тягового электродвигателя.
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ, из которых одна - в рецензируемом научном журнале, и три - патенты Российской Федерации на полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Основное содержание изложено на 122 с. печатного текста, включает 41 рисунок и 18 таблиц. Кроме этого имеются библиографический список из 116 наименований и два приложения. Общий объем работы составляет 166 с.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность темы исследования, научная новизна и практическая значимость результатов работы.
В первой главе приводится информация о применяемых методах и средствах контроля радиальных зазоров в роликовых подшипниках тяговых электродвигателей, анализируются статистические данные отказов локомотивов по причине выхода из строя тяговых электродвигателей, процент отказов подшипников от общего числа отказов и характер повреждений деталей по классификатору дефектов и повреждений подшипников качения. К их числу следует отнести: контактно-усталостные повреждения на дорожках качения; цвета побежалости на дорожках качения; ползуны на цилиндрических поверхностях роликов; ступенчатые износы одного из торцов роликов. Рассмотрено состояние исследований проблемы увеличения срока службы тяговых электродвигателей. Показано, что тяговый электродвигатель является сложной электромеханической системой состоящей из двух частей, электрической и механической. Большинство исследование посвящено электрической части и в работе не рассматривается.
Работа посвящена механической части электродвигателя и ограничена исследованиями подшипниковых узлов, отказы которых составляют до 20% всех отказов электродвигателей. В работе не рассматриваются исследования точности деталей роликовых подшипников - принимается, что все они стандартизованы и соответствуют действующему стандарту.
Во второй главе разработаны геометрические модели деталей подшипниковых узлов тягового электродвигателя представляющие собой графические изображения всех рабочих элементов детали вместе с их размерами и первичными погрешностями в единой обобщенной системе координат, принадлежащей детали в целом.
Система координат детали является обобщенной системой, относительно которой задается положение всех элементов детали. Под первичными погрешностями понимается любое элементарное отклонение параметра от своего номинального значения.
Для оценки количественного характера взаимодействия первичных погрешностей сопрягаемых деталей разработана геометрическая модель тягового электродвигателя в системе координат комплекта основных конструкторских баз остова (рисунок 1).
Исследования геометрических моделей деталей и тягового электродвигателя в сборе показали что, в действительности реальные детали сопрягаются не одним элементом, а комплектом элементов, конструкторские базы которых материализуют системы координат, совмещаемые при сопряжении. Следовательно, системой отсчета размеров элемента детали должна быть система координат комплекта базовых элементов, участвующих в сопряжении базирующей и присоединяемой детали. Поскольку отсчет размеров всех элементов комплекта происходит в одной системе координат, то отклонения расположения рассматриваемого элемента будут входить в структуру размера этого элемента, расширяя комплексное содержание размера и увеличивая разность между действительными граничными значениями размера наибольшим и наименьшим.
Т.к. в сопряжении вал-отверстие характер посадки определяют размер максимума диаметра вала и размер минимума диаметра отверстия, то экстремальные значения комплексных размеров вала и отверстия будут включать суммарные угловые перекосы осей колец, приведенные к длине сопряжения с роликом:
(1) | |
(2) |
где, dк.в.max и Dк.н.к.min- максимальное и минимальное значения комплексных размеров диаметров дорожек качения внутреннего и наружного колец роликового подшипника;
- среднее значение диаметра беговой дорожки внутреннего кольца роликового подшипника;
- среднее значение диаметра беговой дорожки наружного кольца роликового подшипника;
lр - длина ролика роликового подшипника;
.в.к. - суммарный угол перекоса оси дорожки качения внутреннего кольца роликового подшипника, после сборки подшипникового узла относительно базовой оси Z4 обобщенной системы координат тягового электродвигателя;
.н.к. - суммарный угол перекоса оси дорожки качения наружного кольца роликового подшипника, после сборки подшипникового узла относительно базовой оси Z4 обобщенной системы координат тягового электродвигателя.
Для определения действительных значений радиальных зазоров и угловых перекосов осей колец в роликовых подшипниках, создаваемых комплексными размерами сопрягаемых элементов разработаны математические модели, описывающие влияние отклонения расположений элементов деталей на характер их взаимодействия в собранном тяговом электродвигателе:
Математические модели определения суммарных углов перекосов осей колец подшипника со стороны коллектора и со стороны, противоположной коллектору:
| (3) |
Рисунок 1 - Геометрическая модель тягового электродвигателя
| (4) |
где и - суммарные углы перекосов осей базовых поверхностей подшипниковых щитов, предназначенных для базирования наружных колец роликовых подшипников, со стороны коллектора и со стороны, противоположной коллектору к оси Z'4, проходящей через центры средних сечений двух горловин остова тягового электродвигателя; и - суммарные углы перекосов осей базовых шеек вала якоря относительно координатной оси Z4 двигателя; - угол перекоса оси вспомогательной базовой поверхности Г4, предназначенной для базирования наружного кольца роликового подшипника, в щите относительно оси базовой поверхности Б2, предназначенной для базирования подшипникового щита в остове со стороны коллектора; - угловое отклонение от перпендикулярности привалочной поверхности остова со стороны коллектора относительно оси Z4 обобщенной системы координат остова; Ц то же со стороны, противоположной коллектору; - угол перекоса общей вспомогательной оси Z'4, проходящей через центры С1.о и С2.о горловин остова, относительно оси Z4 обобщенной системы координат остова; 7 - угол перекоса общей оси Z''4в, проходящей через средние сечения базовых поверхностей Г4, предназначенных для установки наружных колец роликовых подшипников в двух подшипниках относительно оси Z4 обобщенной системы координат тягового электродвигателя; и - угловые отклонения расположений осей базовых шеек вала якоря тягового электродвигателя в плоскости ОX2Z4; - отклонение от перпендикулярности оси вспомогательной базовой поверхности Г4, предназначенной для установки наружного кольца роликового подшипника, относительно оси основной базовой поверхности Б2, предназначенной для базирования подшипникового щита со стороны коллектора в горловину остова; Z3 - длина образующей вспомогательной базы Г4 для наружного кольца роликового подшипника; - координирующий размер, определяющий расстояние между центрами С1.о и С2.о средних сечений горловин остова; - отклонение от параллельности общей оси горловин остова, относительно оси Z4 в координатной плоскости ОХZ4; - отклонение от соосности оси вспомогательной базовой поверхности Г4, предназначенной для установки наружного кольца роликового подшипника, относительно оси основной базовой поверхности Б2, предназначенной для базирования подшипникового щита со стороны коллектора в горловину остова; - то же со стороны противоположной коллектору; - расстояние между средними сечениями поверхностей подшипниковых щитов, предназначенных для базирования наружных колец роликовых подшипников; - радиальное биение базовой шейки вала со стороны коллектора в крайнем сечении; - радиальное биение базовой шейки вала со стороны противоположной коллектору в крайнем сечении - длина базовых элементов вала.
Математические модели определения радиальных зазоров в подшипнике со стороны коллектора и со стороны, противоположной коллектору:
| (5) | |
| (6) |
и - действующие значения комплексных размеров дорожек качения наружных колец, как со стороны коллектора, так и со стороны противоположной коллектору; и - действующие значения комплексных размеров дорожек качения внутренних колец роликовых подшипников, установленных как со стороны коллектора, так и со стороны противоположной коллектору; - диаметр ролика подшипника; - среднее значение диаметра дорожки качения наружного кольца роликового подшипника; - ширина дорожки качения наружного кольца роликового подшипника на длине сопряжения с образующей ролика; - среднее значение диаметра дорожки качения внутреннего кольца роликового подшипника; - приращение диаметра дорожки качения при напрессовки кольца на вал; - ширина дорожки качения внутреннего кольца роликового подшипника на длине сопряжения с образующей ролика.
Полученные математические модели за счет объединения линейных и угловых размерных цепей позволяют при расчетах учитывать характер взаимодействия элементов деталей в собранном тяговом электродвигателе. Анализ математических моделей для расчетов радиальных зазоров роликовых подшипников показал, что основную роль на зазоры и перекосы оказывают отклонения расположения элементов деталей, как в системах координат соединяемых деталей, так и в основной системе координат тягового электродвигателя роль которой выполняет обобщенная система координат основных конструкторских баз остова.
В третьей главе исследовано влияние отклонений расположения элементов деталей тягового электродвигателя на радиальные зазоры в моторно-якорных подшипниках, которое проводилось с помощью метода планирования полного факторного эксперимента. План исследований составлен в виде матрицы по методу случайного баланса, который включает в себя варьирование семи из десяти параметров на двух уровнях.
Для определения влияний отклонения расположения элементов на радиальные зазоры с использованием ПФЭ размерные управляемые факторы Хi преобразованы в безразмерные, нормированные. За параметр оптимизации Y приняты радиальные зазоры в роликовых подшипниках тягового электродвигателя как со стороны коллектора Gr.с.к так и со стороны, противоположной ему Gr.с.п.к.
По полученным значениям параметров оптимизации со стороны коллектора, и со стороны противоположной ему, построены диаграммы рассеяния параметров оптимизации (рисунки 2 и 3).
По медианам точек найдены числовые значения вклада каждого фактора (таблицы 1 и 2).
Рисунок 2 - Диаграмма рассеяния параметра оптимизации со стороны коллектора
Рисунок 3 - Диаграмма рассеяния параметра оптимизации со стороны противоположной коллектору
Таблица 1 - Значения вкладов факторов на радиальный зазор со стороны коллектора | Таблица 2 - Значения вкладов факторов на радиальный зазор со стороны, противоположной коллектору | |||
Медианы точек | Значение вклада | Медианы точек | Значение вклада | |
Me(-X1)=-0,063 | Bx1 = 0,051 | Me(-X2)=-0,044 | Bx2 = 0,070 | |
Me(+X1)=0,114 | Me(+X2)=0,114 | |||
Me(-X3)=0,113 | Bx3 = 0,048 | Me(-X3)=0,114 | Bx3 = 0,001 | |
Me(+X3)=0,065 | Me(+X3)=0,113 | |||
Me(-X4)=0,113 | Bx4 = 0,050 | Me(-X4)=0,114 | Bx4 = 0,070 | |
Me(+X4)=0,063 | Me(+X4)=0,044 | |||
Me(-X5)=0,114 | Bx5 = 0,050 | Me(-X5)=0,114 | Bx5 = 0,001 | |
Me(+X5)=0,064 | Me(+X5)=0,113 | |||
Me(-X6)=0,064 | Bx6 = 0,049 | Me(-X7)=0,114 | Bx7 = 0,001 | |
Me(+X6)=0,113 | Me(+X7)=0,113 | |||
Me(-X7)=0,113 | Bx7 = 0,048 | Me(-X8)=0,114 | Bx8 = 0,001 | |
Me(+X7)=0,065 | Me(+X8)=0,113 | |||
Me(-X9)=0,113 | Bx9 = 0,049 | Me(-X10)=0,113 | Bx10 = 0,069 | |
Me(+X9)=0,064 | Me(+X10)=0,044 | |||
Полученные значения медиан точек факторов со стороны, противоположной коллектору, указывают на то, что факторы Х2, Х4 и Х10 являются более значимыми чем факторы Х3, Х5, Х7, Х8. Разница вкладов этих факторов объясняется тем, что эксперимент проводился на конкретной модели тягового электродвигателя ТЛ2К, у которого большое соотношение 1/1000 между расстоянием базовых поверхностей вала и отклонениями расположения элементов.
Исключать менее значимые факторы из математической модели является нецелесообразным, поскольку при применении ее для расчетов радиальных зазоров на сборочных единицах, где соотношение между расстоянием базовых поверхностей вала и отклонениями расположения элементов значительно меньше, они будут оказывать более существенное влияние.
В четвертой главе разработана система контроля (рисунок 4) и методы измерений отклонений расположения элементов деталей тягового электродвигателя относительно базовых элементов, схемы которых приведены на рисунках 5, 6, 7. Система контроля способствует более точному установлению характера сопряжения деталей в собранном тяговом электродвигателе, а именно, позволяет рассчитывать действующие значения комплексных размеров, радиальных зазоров и угловых перекосов осей колец в роликовых подшипниках, которые будут иметь место после сборки тягового электродвигателя.
Рисунок 4 - Система контроля зазоров и углов перекосов колец роликовых подшипников в тяговых электродвигателях
Методы измерений отклонений расположения элементов остова
Для измерений отклонений расположения элементов остова разработаны новые методы, схема методов измерений отклонений расположения элементов остова приведена на рисунке 5:
- метод косвенных измерений углового перекоса 1.о общей оси Z'''4, проходящей через центры средних сечений горловин остова (вспомогательных баз Е2 и Л2), относительно базовой оси Z4 основных баз А2 и Б2, на основе прямых измерений радиальных биений ECR1.o и ECR2.o горловин остова относительно номинально расположенной измерительной оси Zн4;
- метод косвенных измерений угловых перекосов 2.о и 3.о на основе прямых измерений торцовых биений ECA3.о ECA4.о привалочных поверхностей горловин остова (вспомогательных баз Ж3 и М3 для подшипникового щита), относительно номинально расположенной измерительной оси Zн4, параллельной базовой оси Z4 остова.
Отклонения от перпендикулярности EPR3.о и EPR4.о поверхностей горловин остова оцениваются по результатам измерений торцовых биений ECA3.o.изм и ECA4.o.изм как разности максимального и минимального показаний за один оборот измерительных преобразователей 4 и 5 со стороны коллектора и со стороны, противоположной ему соответственно.
1 - цилиндрическая оправка; 2 - кронштейны; 3 - вращающиеся диски; 4, 5, 6, 7 - измерительные преобразователи; 8 - остов; I, II, III - опоры.
Рисунок 5 - Схема методов измерений отклонений расположения элементов остова
Методы измерений отклонений расположения элементов подшипникового щита
Разработаны два метода измерений отклонений расположения элементов подшипникового щита, схема методов измерений отклонений расположения элементов подшипникового щита приведена на рисунке 6:
- метод косвенных измерений отклонения от соосности ЕРС оси внутренней цилиндрической поверхности, предназначенной для установки наружного кольца роликового подшипника (вспомогательной базы Г4), относительно оси наружной цилиндрической поверхности, предназначенной для установки подшипникового щита в остов (основной конструкторской базы Б2) по результатам прямых измерений радиального биения ECR в среднем сечении вспомогательной базы Г4;
- метод косвенных измерений углового перекоса 1.п.щ оси внутренней цилиндрической поверхности, предназначенной для установки наружного кольца роликового подшипника (вспомогательной базы Г4), как отклонения от перпендикулярности оси ЕРR, относительно основной конструкторской базы А3.
1 - основание; 2 - опоры; 3 - сферические опоры; 4 - стойка; 5, 6 - измерительные преобразователи; 7 - подшипниковый щит
Рисунок 6 - Схема метода измерений отклонения расположения элементов подшипникового щита
Метод измерений отклонений расположения базовых элементов вала якоря тягового электродвигателя
Схема метода измерений отклонений расположения базовых элементов вала якоря тягового электродвигателя приведена на рисунке 7.
Измерения отклонений расположения элементов вала якоря тягового электродвигателя заключается в разработке метода измерения отклонения от соосности EPC осей базовых поверхностей А2 и Б2 относительно их общей оси Z4 и оценки угловых перекосов в вспомогательных баз вала для внутренних колец роликовых подшипников.
Измерения отклонения от соосности выполняется разностным способом по разности показаний преобразователей за один оборот вала.
1 - основание; 2 - подшипниковые самоустанавливающиеся опоры; 3 - шарниры; 4 - измерительные преобразователи; 5 - вал; 6 - плавающие упоры
Рисунок 7 - Схема метода измерения радиального биения базовых поверхностей А2 и Б2 относительно оси Z4
В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований тяговых электродвигателей, отказ которых произошел по причине выхода из строя моторно-якорных подшипников. В ходе эксперимента проводились измерения отклонений расположения элементов деталей с использованием средств измерений, созданных на основе разработанных методов измерений. Обработка результатов измерений проводилась с использованием программы, разработанной на основе математических моделей. Полученные в результате комплексные значения радиальных зазоров и углы перекосов колец моторно-якорных подшипников приведены в таблице 3.
Полученные в процессе эксперимента значения комплексных размеров радиальных зазоров и углов перекосов колец подтверждают, что их отказ произошел из-за несоблюдения требований, предъявляемых к подшипникам качения, в частности, к радиальным зазорам и углам перекосов колец, значения которых, в исследуемых тяговых электродвигателях вышли за пределы допускаемых значений после сборки в результате влияния на сопряжения деталей неучтенных отклонений расположения.
Таблица 3 - Действительные значения радиальных зазоров и углов перекосов колец роликовых подшипников
Номер тягового электродвигателя | Значение параметра | ||||||
Радиальные зазоры, мм | Углы перекосов колец, угл. мин | ||||||
Допуск Т | , мм | , мм | Допуск Т 10 | , угл. мин. | , угл. мин | ||
№ 1747/93 | 0,110-0,190 | -0,005 | 0,125 | 6 | 5,7 | 2,0 | |
№229/452 | 0,110-0,190 | 0,008 | 0,109 | 6 | 5,4 | 2,4 | |
№1438/712 | 0,110-0,190 | 0,030 | 0,085 | 6 | 4,7 | 3,1 | |
Здесь же разработаны предложения по увеличению срока службы тяговых электродвигателей:
- изменения в нормировании допусков расположения;
- изменения в проектной документации.
При разработке геометрических моделей деталей подшипниковых узлов сформулированы варианты предложений по внесению изменений в нормирование допусков.
Предложена модернизация лабиринтной втулки вала якоря путем расточки конического гнезда и установки сферической шайбы, позволяющего исключить погрешность базирования внутреннего кольца роликового подшипника (рисунок 8).
1 - вал якоря; 2 - лабиринтная втулка; 3 - внутреннее кольцо роликового подшипника; 4 - сферическая шайба
Рисунок 8 - Схемы базирования внутреннего кольца роликового подшипника до и после установки сферической шайбы
Для уменьшения влияния отклонений от соосности осей вспомогательных баз подшипниковых щитов А4 и Б4 (рисунок 9) на комплексные значения радиальных зазоров в роликовых подшипниках, предлагается, внести изменения в технологическую документацию. После установки подшипникового щита в остов со стороны, противоположной коллектору, проворачивать относительно оси Z'', тем самым уменьшая значение фазового угла между векторами эксцентриситетов и их разность с целью сокращения отклонения от параллельности общей базовой оси Z'4 баз А4 и Б4 относительно основной конструкторской оси Z4.
Применение разработанных предложений на стадиях проектирования, изготовления, ремонта и сборки тяговых электродвигателей позволит повысить срок службы тяговых электродвигателей за счет уменьшения влияния отклонения расположения элементов деталей подшипниковых узлов в обобщенной системе координат на комплексные значения радиальных зазоров и угловых перекосов осей колец в роликовых подшипниках.
В этом же разделе рассчитан экономический эффект от внедрения измерительных комплексов, разработанных на основе методов определения комплексных значений радиальных зазоров и перекосов колец в роликовых подшипниках.
Расчет экономической эффективности показал что, внедрение системы контроля и измерительных комплексов, разработанных на основе математической модели и программы расчетов комплексных значений размеров радиальных зазоров и угловых перекосов в роликовых подшипниках, экономически выгодно т. к. способствует снижению затрат на внеплановые ремонты тяговых электродвигателей. Размер годового экономического эффекта по Западно-Сибирской железной дороге составит 600 тыс. руб.
Рисунок 9 - Геометрическая модель регулировки фазовых углов подшипниковых щитов при сборке с остовом
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
- Анализ линейных и угловых размерных цепей, обеспечивающих технические требования по эксплуатации роликовых подшипников тяговых электродвигателей показал, что при установлении характера сопряжения элементов деталей в сборке необходимо объединять линейные и угловые размерные цепи.
- Разработаны и исследованы геометрические модели сопрягаемых деталей и сборочных единиц подшипниковых узлов тягового электродвигателя, которые показали что, в действительности детали сопрягаются не одним элементом, а комплектом элементов, конструкторские базы которых материализуют системы координат, совмещаемые при сопряжении. Следовательно, системой отсчета размеров элементов деталей должна быть система координат участвующих в сопряжении базирующей и присоединяемой детали. Поскольку отсчет размеров всех элементов комплекта происходит в одной системе координат, то отклонения расположения рассматриваемого элемента будут входить в структуру размера этого элемента, расширяя комплексное содержание размера и увеличивая разность между действительными граничными значениями размера.
- Разработанные математические модели и программа расчета влияния отклонения расположения на комплексные размеры сопрягаемых элементов, за счет объединения линейных и угловых размерных цепей позволяют при расчетах учитывать характер взаимодействия элементов деталей в собранном тяговом электродвигателе. Из полученных математических моделей для определения радиальных зазоров и углов перекосов осей колец роликовых подшипников видно что, основную роль на эти два значения оказывают отклонения расположения элементов деталей, как в собственной системе координат детали, так и их расположение относительно основной обобщенной системы координат тягового электродвигателя.
- Разработанные система контроля и методы измерений отклонений расположения элементов деталей тягового электродвигателя, позволяют с высокой точностью измерять отклонения расположения элементов деталей в собственных системах координат. Это способствует более точному определению характера сопряжения деталей в собранном тяговом электродвигателе, и находить действующие значения комплексных размеров, беговых дорожек колец в роликовых подшипниках после сборки тягового электродвигателя.
- Применение разработанных предложений по увеличению срока службы подшипниковых узлов на стадиях проектирования, изготовления, ремонта и сборки тяговых электродвигателей позволят повысить срок службы тяговых электродвигателей за счет уменьшения влияния отклонений расположения элементов деталей подшипниковых узлов в обобщенной системе координат на действительные значения радиальных зазоров в роликовых подшипниках.
- Основываясь на результаты расчета экономического эффекта можно сделать вывод о том, что на локомотиворемонтных и на предприятиях изготовителях тяговых электродвигателей, внедрение системы контроля с применением измерительных устройств, на основе разработанных методов измерений экономически выгодно, т. к. способствует снижению затрат на внеплановые ремонты тяговых электродвигателей.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХЁ
- акеенко, М. Н. Влияние методов измерений геометрических величин на надежность моторно-якорных подшипниковых узлов тяговых двигателей локомотивов / М. Н. Лакеенко, В. И. Глухов, С. Н. Должиков // Омский научный вестник. 2009. № 1 (77).С. 169-171.
- акеенко, М. Н. Повышение геометрической точности вала якоря тягового электродвигателя / М. Н. Лакеенко, В. И. Глухов, С. Н. Должиков // Инновации для транспорта: cб. науч. статей с международным участием в трех частях. Часть 2. / Мин. Транспорта РФ; Федеральное агентство ж. д. транспорта; ОмГУПС. - ОмГУПС, 2010. - С. 51-57.
- акеенко, М. Н. Использование комплексных размеров при сборке моторно-якорных подшипниковых узлов электрических машин / М. Н. Лакеенко, В. И. Глухов, С. Н. Должиков // Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий: Сборник материалов XXIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. Ч. I. 16-18 мая 2011 г. / ГОУВПО МО РФ; ФГВОУ ВПО (Казанское ВВКУ). - Казань: Изд-во Отечество, 2011. - С. 297-299.
- акеенко, М. Н. Измерительный комплекс для контроля отклонений от соосности элементов вала относительно общей оси / М. Н. Лакеенко, В. И. Глухов, С. Н. Должиков // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники: материалы V Всероссийской научной конференции, посвященной памяти Главного конструктора ПО Полет А. С. Клинышкова./ ОмГТУ 2010. - С. 210-212.
- акеенко, М. Н. Измерительная система для определения радиального зазора и угла перекоса колец в подшипниковых узлах электрических машин / М. Н. Лакеенко, В. И. Глухов, С. Н. Должиков // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: Материалы всероссийской научно-технической конференции с международным участием (10, 11 ноября 2011 г.) / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск: ОмГУПС, 2011. - С. 111-114.
- акеенко, М.Н. Патент на полезную модель 94298 U1 (RU), F16С 33/00. Подшипниковый узел /М. Н. Лакеенко (RU), В.И. Глухов (RU), А.Н. Головаш (RU); патентообладатель(и) ОАО НИИТКД (RU), Рубежанский П.Н. (RU). - № 2010105338/22; заявл. 15.02.2010; опубл. 20.05.2010, Бюл. № 14.
- акеенко, М.Н. Патент на полезную модель 95394 U1 (RU), G01В 7/00. Измерительный комплекс / М.Н. Лакеенко (RU), В.И. Глухов (RU), А.Н. Головаш (RU); патентообладатель(и) ОАО НИИТКД (RU), Рубежанский П.Н. (RU). - № 2010108043/22; заявл. 04.03.2010; опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18.
- акеенко, М.Н. Патент на полезную модель 109844 U1 (RU), G01В 5/24. Устройство для измерения геометрических параметров / М.Н. Лакеенко (RU), С.Н. Должиков (RU), В.И. Глухов (RU), А.Н. Головаш (RU); патентообладатель Головаш А.Н. (RU). - № 2011122059/28; заявл. 31.05.2011; опубл. 27.10.2011, Бюл. № 30.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям