Автореферат разослан 2010 г
| Вид материала | Автореферат |
- Автореферат разослан 2010, 411.34kb.
- Автореферат разослан 17 декабря 2010, 454.32kb.
- Автореферат разослан " " 1996, 264.76kb.
- Автореферат разослан 2010, 237.94kb.
- Автореферат разослан 17 ноября 2010, 555.17kb.
- Автореферат разослан сентября 2010, 482.7kb.
- Автореферат разослан 2010, 539.22kb.
- Автореферат разослан " " 2010, 429.87kb.
- Автореферат разослан "12" мая 2010, 419.97kb.
- Автореферат разослан «28» сентября 2010, 928.88kb.
На правах рукописи
ЧЕРТОК
Елена Витальевна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРОВ ОХЛАЖДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ТЕПЛОВОЗОВ
Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2010
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» на кафедре «Теория механизмов и робототехнические системы».
Научный руководитель –
Доктор технических наук, профессор
ВОЙНОВ КИРИЛЛ НИКОЛАЕВИЧ
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, профессор
КИСЕЛЕВ ИГОРЬ ГЕОРГИЕВИЧ
Кандидат технических наук, доцент
ЕФИМОВ ОЛЕГ ИВАНОВИЧ
Ведущая организация –
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»
Защита состоится «18» ноября 2010 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 218.008.05 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 5-407.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.
Автореферат разослан «__» __________2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
д.т.н., профессор В.А. КРУЧЕК
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Исследования надежности дизельных двигателей в эксплуатации показали, что значительная доля отказов прямо или косвенно связана с нарушением их тепловых режимов. В процессе работы тепловоза различные нагрузки на дизель требуют постоянного изменения интенсивности работы вентилятора для поддержания определенной температуры охлаждающих дизель жидкостей.
С повышением удельной мощности дизеля усложняются условия работы других систем тепловозов, в частности, системы охлаждения, производительность которой также должна быть повышена, но при этом не должны существенно увеличиваться ее габариты. Следовательно, в качестве перспективного элемента силовой установки тепловоза можно рассматривать гидростатический привод вентиляторов охлаждающего устройства. Такой тип привода обладает высокой удельной мощностью, что в сочетании с автоматическим объемным регулированием дает предпосылки, позволяющие создать систему охлаждения с более высокими характеристиками.
Тепловозы с гидростатическим приводом вентиляторов охлаждающего устройства широко распространены на железных дорогах России, Эстонии, Латвии, Литвы, Украины, Белоруссии, Германии. Для грузовой и пассажирской службы используются также тепловозы с гидростатическим приводом вентиляторов охлаждающего устройства в Болгарии, Чехии, Словакии, Румынии, Франции, Великобритании, Греции, стран Африки, Кубы, Бразилии и США.
На пассажирских тепловозах ТЭП70 применяется гидростатический привод вентиляторов охлаждающего устройства с аксиально-поршневыми насос-моторами, который обладает недостаточно высокой надежностью. По данным ремонтного локомотивного депо Санкт-Петербург-Сортировочный-Витебский за 2009 год произошло 227 случаев неплановых ремонтов тепловозов ТЭП70, из них 14 (6,2 %) – вследствие отказов гидростатики, причем 8 (3,5 %) случаев неплановых ремонтов связано с отказами насосов и гидромоторов МН 250/100 по причинам износа сальника гидронасосов, трещин, отколов блока цилиндров, рисок и забоин глубиной более 0,0005 м на торцовой поверхности распределителя гидронасосов.
Следовательно, в настоящее время актуальной является задача разработки насос-мотора нового поколения, повышающего надежность работы тепловоза, вследствие уменьшения расходов на ремонт и техническое обслуживание при одновременном увеличении ресурса работы оборудования. Наиболее оптимальным решением является шаровой насос-мотор принципиально новой конструкции, разработанный в Петербургском государственном университете путей сообщения.
Цель работы заключается в улучшении функционирования гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов за счет применения регулируемых шаровых насос-моторов нового типа.
Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:
- выявлены основные причины неплановых ремонтов гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов;
- предложена новая схема гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов с объемным регулированием для управления подачей насоса нового типа;
- создана методика исследования работы шарового насос-мотора, обеспечивающего устойчивое перекачивание рабочей жидкости и легкость его объемного регулирования;
- разработана конструкция, созданы действующие образцы регулируемого шарового насос-мотора нового типа; проведены его испытания и на их основе составлены рекомендации к его производству и внедрению в гидростатический привод вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов;
- сделана оценка экономической эффективности применения предлагаемой конструкции.
Объектом исследования является гидростатический привод вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов.
Предметом исследования является повышение надежности и коэффициента полезного действия гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов.
Основные методы научных исследований. При выполнении работы осуществлено исследование функционирования роторных объемных насосов, прогнозирование надежности насоса нового типа проведено на основании положений теории надежности. Эксперименты выполнены на четырех моделях шарового насоса. Математическое моделирование, расчеты и обработка результатов экспериментального исследования, в основном, выполнены с помощью ПЭВМ и пакетов программ Microsoft Excel, Microsoft Visual Studio 2005 (язык программирования C #) и SolidWorks SimulationXpress 2010 на базе численных методов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана методика инженерного расчета основных характеристик и параметров шарового насос-мотора, отличающаяся методами оценки его производительности;
- получены уравнения и соответствующие графические зависимости производительности предложенной конструкции от частоты вращения его вала Q (n), от угла наклона ведомого диска Q (φ) и от внутреннего радиуса его корпуса Q (R);
- составлены алгоритмы расчета и оценки надежности гидронасосов;
- предложена методика оценки вероятностей нахождения ротора шарового насос-мотора в различных рабочих состояниях.
Практическая ценность работы:
- разработан и успешно испытан шаровой насос-мотор нового типа, обеспечивающий надежное функционирование гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов;
- предложена схема гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов с автоматическим объемным регулированием, отличающаяся от типовой более высокими надежностью и КПД;
- внедрение разработанного шарового насос-мотора в гидростатический привод вентиляторов охлаждающего устройства тепловоза ТЭП70 позволит получить годовой экономический эффект не менее 987,427 тыс. руб. на парк тепловозов ремонтного локомотивного депо Санкт-Петербург-Сортировочный-Витебский в количестве 53 единиц.
Реализация. Опытные образцы шарового насоса проходили проверку и рекомендованы к эксплуатации в эксплуатационном вагонном депо ВЧДЭ-6 г. Санкт-Петербурга, в эксплуатационном вагонном депо Санкт-Петербург-Сортировочный-Витебский и в метрополитене г. Санкт-Петербурга, кроме того, используются в научных целях и в учебном процессе в лаборатории гибких производственных систем и триботехники ПГУПС.
Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментальных исследований с максимальным расхождением экспериментальных и расчетных данных, не превышающим 5 %.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на 4-х международных конференциях «Трибология и надежность» (г. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2006-2009 г.г.), на 2-х международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы трибологии» (г. Самара, СамГТУ, 2007 г.) и «Актуальные задачи машиноведения, деталей машин и триботехники» (г. Санкт-Петербург, БГТУ, 2010 г.), на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее» (г. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2007 г., 2009 г.), на 10-й международной научно-практической конференции «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (г. Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2008 г.), на 5-м международном симпозиуме «Eltrans’2009» (г. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2009 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шестнадцати печатных работах. По результатам внедрения получен патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и четырех приложений, изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 23 таблицы и 61 иллюстрацию. Библиографический список насчитывает 153 наименования.
Основное содержание диссертации
Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель работы, ее научная новизна и практическая значимость.
В первой главе дан анализ исследований и известных на сегодня основных технических решений по данной проблеме. Выявлены основные причины отказов гидростатического привода охлаждающего устройства тепловозов.
Выполнен обзор работ, посвященных анализу существующих и поиску оптимальных систем обслуживания и ремонта локомотивов, среди которых следует отметить труды Григоренко В.Г., Зеленченко А.П., Исаева И.П., Коссова Е.Е., Павловича Е.С., Просвирова Ю.Е., Стрекопытова В.В., Чернякова А.А. и др. Вопросам охлаждения энергетических установок локомотивов посвятили свои исследования В.И. Бахолдин, О.В. Зинченко, И.Г. Киселев, И.И. Кравец, Н.И. Панов, В.Д. Филипенков. Многочисленные работы В.М. Башкова, Е.С. Богомольного, В.П. Епифанова, С.В. Кумскова, Р.М. Назарова, В.А. Перминова, Е.Я. Рогачева, Е.А. Ситникова, Т.В. Ставрова, Е.Б. Чертка, Е.А. Шуткова посвящены разработке и исследованию охлаждающих устройств тепловозов. Ряд интересных исследований по созданию новых типов гидроаппаратов для промышленных локомотивов выполнен под руководством проф. И.Ф. Семичастного и группой сотрудников МИИТа (В.З. Зюбанова, В.С. Руднева, В.Б. Скоркина, В.Б. Скуева). Результаты исследований, разработки и испытаний различных конструкций приводов вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов отражены в работах С.Г. Грищенко, П.М. Егунова, О.В. Зинченко, Н.М. Лукова, Л.Г. Львова, В.Д. Сиротенко.
Основными источниками информации послужили публикации ВНИИЖТа, ВНИТИ, МИИТа, ПГУПСа и др., а также результаты поиска по патентным материалам России. Критерием отбора информации служило сходство технических характеристик, технических средств и методов. Выполненный обзор работ позволил сформулировать основные задачи исследования, необходимые для достижения поставленной цели.
Вторая глава посвящена разработке шарового насос-мотора нового типа, оценке работоспособности объекта исследования и разработке методики инженерного расчета его основных характеристик.
Разработанный шаровой насос бесклапанный, регулируемый и обратимый (рис. 1). На принципиально новую разработку конструкции получен патент на полезную модель. Созданы четыре опытные физические модели шарового насоса, отличающиеся габаритными размерами и формой ротора (один вариант ротора с плоскими дисками, второй – с дисками специальной формы) и наличием/отсутствием коллектора, объединяющего всасывающие / нагнетательные рабочие камеры насоса.
Рис. 1. Внешний вид шарового насос-мотора для гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов: 1 – корпус; 2, 3 – элементы распределительные; 4 – линия всасывания; 5 – линия нагнетания; 6 – рукоятка управляющая
На рис. 1 представлен шаровой насос-мотор для гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов. В корпусе 1 неподвижно закреплены два распределительных элемента 2, 3 с пазами и отверстиями, один из которых соединен с линией всасывания 4, а другой – с линией нагнетания 5. Насос-мотор имеет рукоятку 6 для регулирования производительности, жестко соединенную с цапфами регулирующего кольца, выведенными за корпус насоса.
Так как давление в гидростатическом приводе вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов достигает 20 МПа, необходимо разработать методику расчета шаровых насосов на прочность.
Методом конечных элементов (при помощи программного продукта Microsoft Visual Studio 2005 (язык программирования C #)) определена прочность шаровой оболочки, величина которой показывает, что оболочка выдерживает те предельные давления, на которые рассчитан разработанный шаровой насос-мотор. Действие давления жидкости на оболочку заключается в том, что наружная поверхность кольца радиуса R0 равномерно перемещается от оси кольца на заданную величину Δu0. Суть метода заключалась в следующем: в пределах конечного элемента (КЭ) назначались свойства ограничиваемого им участка объекта (характеристика жесткости и прочности материала, плотность и т.д.) и описывались поля интересующих величин (перемещения, деформации, напряжения). Параметры из второй группы назначались в узлах элемента, затем вводились интерполирующие функции, посредством которых соответствующие значения можно было вычислить в любой точке внутри КЭ или на его границе.
В результате решения определен глобальный вектор перемещений узлов:
(1)где [К] – глобальная матрица жесткости; {dF} – глобальный вектор приращений внутренних сил.
Деформации dεx, dεy, dγxy (приращение деформации удлинения в направлении оси х, оси у и приращение деформации сдвига между плоскостями хz и уz соответственно) внутри каждого КЭ рассчитаны по формуле:
(2)где
– матрица дифференцирования перемещений; {dδ} – приращение перемещения для каждого элемента.Напряжения dσx, dσy и dτxy рассчитаны по формуле:
, (3)где [ D] – матрица упругости.
или
, (4)где ν и Е – коэффициент Пуассона и модуль упругости изотропного материала.
Граничные условия для приращений перемещений {dΔ} задавались с учетом того, что во всех узлах сетки КЭ на внешнем контуре оболочки радиуса R0 нормальные к контуру составляющие векторов перемещений частиц оболочки равны заданной величине Δu0, а касательные составляющие перемещений в этих узлах равны нулю. Задание перемещений было эквивалентно заданию соответствующих внутренних узловых сил. Кроме того, из условия симметрии расчетной схемы нагружения оболочки и механических свойств полиуретана касательные (тангенциальные) составляющие приращений перемещений равны нулю и на осях координат х и у. Нулевые перемещения учитывались аналогично.
В программе SolidWorks SimulationXpress 2010 было смоделировано, как шаровая оболочка насос-мотора нового типа для гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов будет вести себя под нагрузкой. Согласно полученным эпюрам напряжений, перемещений и деформаций было определено, что деформации корпуса шарового насос-мотора при заданном максимальном давлении
МПа являются упругими, напряжения не превышают допустимых значений. Так как разработанный для гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов шаровой насос-мотор принципиально новой конструкции, необходимо получить аналитическую зависимость для определения его рабочего объема, от которого зависит производительность насоса Qр, м3/ч. :
, (5)где
– рабочий объем насоса (расчетная подача за один цикл), м3; n – частота рабочих циклов насоса (частота вращения вала), мин-1; где Vк – расчетная подача (объем) из каждой рабочей камеры за один цикл, м3; 
– внутренний объем насоса, м3; R – внутренний радиус насоса, м; z = 4 – число рабочих камер в насосе; к = 1 – кратность действия насоса (число подач из каждой камеры за один оборот вала); Vр – объем ротора насоса, м3.Результаты исследования зависимости расчетной подачи шарового насос-мотора от его основных параметров представлены на рис. 2 – 4.
 |  |
| Рис. 2. График зависимости расчетной подачи шарового насос-мотора от частоты вращения его ротора | Рис. 3. График зависимости расчетной подачи шарового насос-мотора от угла φ между осью ординат и осью ведомого диска |
Рис. 4. График зависимости расчетной подачи шарового насос-мотора от внутреннего радиуса его корпуса
В третьей главе обоснована целесообразность применения шарового насос-мотора в гидростатическом приводе вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов через прогнозирование и расчет его надежности, выполнен анализ соотношения габаритных показателей роторных объемных насосов по отношению к их рабочему объему.
Целесообразность применения в гидростатическом приводе вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов шарового насос-мотора нового типа была оценена с помощью расчета его надежности, который был осуществлен по вероятности безотказной работы. Для исследования надежности на этапе проектирования насоса нового типа была применена следующая методика. Был проведен анализ рабочих чертежей проектируемой системы (шарового насос-мотора) и аналогичной ей, ранее уже созданной (аксиально-поршневого насос-мотора МН 250/100). Все детали обеих систем были разбиты на две группы: к первой группе отнесли наиболее ответственные детали, а ко второй – остальные, выход из строя которых ухудшает работу всего насоса, но не приводит к его отказу.
В качестве основных рекомендуемых допущений оценки ожидаемой вероятности безотказной работы обеих систем приняли рекомендацию проф. Половко А.М., по которой все элементы гидронасоса внутри своей группы (первой или второй) равнонадежны между собой. На протяжении начального периода (когда элементы заменяются только после их внезапного отказа) надежность системы изменяется по экспоненциальному закону, и интенсивность внезапных отказов остается неизменной:
, (6)где Ni – число деталей i-й группы:
, 
– для аксиально-поршневого насос-мотора; 
, 
– для шарового насос-мотора; λi – принятая интенсивность отказов деталей, относящихся к соответствующей группе); 
дней – длительность наблюдения.Для любых элементов интенсивность отказов зависит от режимов работы. На первом этапе расчета можно предположить, что все элементы работают в номинальном режиме, т.е. интенсивность отказов у них постоянная и равна табличным значениям λ:
; 
отказов в день. При помощи коэффициента К учитывались особенности конструктивного исполнения, ремонта и эксплуатации каждой рассматриваемой системы:
, (7)где К1 – конструкционный коэффициент; К2 – коэффициент ремонтной сложности системы; К3 – эксплуатационный коэффициент.
Тогда в целом надежность каждой системы вычислялась по уточненной формуле:
, (8)где P(t) – вероятность безотказной работы каждого из насосов, определенная приближенно на первом этапе расчета.
Исходя из полученных расчетных условных показателей надежности аксиально-поршневого VМН(t) и шарового VШ(t) насосов (табл. 1) и известного ресурса NМН(t) штатного насоса МН 250/100, был определен предполагаемый ресурс новой системы (шарового насоса для гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов) NШ(t) из следующей пропорции:
VМН(t) – NМН(t) (9)
VШ(t) – NШ(t).
Таблица 1
Характеристики аксиально-поршневого и шарового насосов
| Тип насоса | Конструкцион-ный коэффициент, К1 | Коэффициент ремонтной сложности системы, К2 | Эксплуатаци-онный коэффициент, К3 | Расчетный показатель надежности насоса/ Ресурс насоса, мес, V(t)/N(t) |
| Аксиально-поршневой | 0,337 | 0,489 | 0,350 | 0,053/18 |
| Шаровой | 0,550 | 0,649 | 0,550 | 0,180/56 |
Шаровой насос имеет повышенный ресурс функционирования, так как в своей конструкции он содержит минимальное число пар трения. В результате произведенных расчетов ожидаемый ресурс шарового насос-мотора будет примерно в 3 раза выше, чем у типового аксиально-поршневого насос-мотора МН 250/100.
Для анализа работоспособности объекта исследования была проведена оценка вероятностей нахождения системы (а именно, ротора шарового насоса как наиболее ответственного его узла) в различных рабочих состояниях (рис. 5).
Рис. 5. Граф перехода системы в различные рабочие состояния: X1 – исправное состояние ротора шарового насос-мотора; X2 – риски и забоины на торцовой поверхности дисков; X3 – трещины, задиры дисков; X4 – отказ ротора
Для полученного графа составили систему дифференциальных уравнений (10). Вычисления с учетом начальных условий и исходных данных (
; 
;
;
– вероятность нахождения объекта в i-м состоянии; 
; 
; 
; 
; 
– интенсивности отказов; 
дней – период наблюдения за объектом) дали следующие результаты:
; 
; 
; 
.
; 
; (10)
; 
; 
.Построенная математическая модель позволяет принять соответствующие меры по предупреждению возникновения различных повреждений ротора шарового насос-мотора для гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов.
Был также проведен анализ соотношения рабочего объема роторных объемных насосов к их габаритным показателям, что характеризует материалоемкость и компактность гидронасосов. Для этого было выбрано по десять видов каждого типа роторных объемных насосов и определены их габаритные объемы VГ. Затем был вычислен коэффициент К как отношение рабочего объема V0 к габаритному объему VГ насоса. Для определения аргумента, по которому будут сравниваться объемные насосы, был определен средний коэффициент Кср для каждого типа гидронасосов. В итоге были получены следующие результаты:
– для шаровых насосов; 
– для аксиально-поршневых; 
– для радиально-поршневых; 
– для пластинчатых; 
– для шестеренных; 
– для винтовых; 
– для кулачковых насосов. Таким образом, при одинаковых значениях габаритных размеров и равных частотах вращения ротора шаровых и роторно-кулачковых насосов производительность шаровых гидронасосов будет в четыре раза выше. В четвертой главе исследована работа различных вариантов конструкций шарового насос-мотора нового типа и разработана единая методика по испытанию шаровых насосов.
Для экспресс-испытаний шарового насос-мотора по специальной ускоренной программе были созданы специализированные стенды, аналогичные по принципу действия, но отличающиеся габаритными размерами насоса. Анализ надежности и работоспособности шарового насоса был проведен при перекачивании масла ИГП-18 (ТУ 38101413-78) при разной частоте вращения ротора насоса и величине угла наклона ведомого диска насоса. Результаты эксперимента были обработаны с использованием математической статистики.
Коэффициент подачи насоса равен следующему отношению:
, (11)где ηо – объемный КПД насоса; Q – действительная подача шарового насос-мотора, м3/ч; Qр – расчетная подача, м3/ч; qу – расход утечек.
Мощность, переданную насосом потоку (полезную мощность) насоса Nполез, находят по формуле:
, (12)где р – давление насоса, Па; Q – действительная подача насоса, м3/с.
Мощность, потребляемую насосом, вычисляем по формуле:
. (13)где MH – момент на валу насоса, Н·м; ωН – угловая скорость вращения вала насоса.
Общий КПД насоса составит:
. (14)Гидромеханический КПД насоса составит:
. (15)Результаты расчета основных параметров шарового насоса сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Основные параметры шарового насоса
| Средняя подача насоса, Qср, м3/ч | Расчетная подача насоса, Qр, м3/ч | Расход утечек насоса, qу, м3/ч | Объемный КПД насоса, ηо | Механический КПД насоса, ηм | Общий КПД насоса, η |
| 0,558 | 0,575 | 0,017 | 0,97 | 0,95 | 0,92 |
Результат сопоставления расчетных и экспериментальных данных показал сходимость значений с наибольшим разбросом, не превышающим 5 % (рис. 6).
Достоинства шарового насоса следующие.
- Простота конструкции насоса (отсутствуют многочисленные шарнирные соединения, клапаны и т.д.).
- Надежность работы. Изготовление и сборка шарового насос-мотора не требуют специальной дорогой оснастки.
- Расширение эксплуатационных возможностей при увеличении удельной мощности, обеспечении компактности конструкции при широком диапазоне изменения подачи.
- Легкость регулирования потока рабочей жидкости наклоном управляющей рукоятки без остановки работающего насоса.
а) б)
Рис. 6. Графики зависимости подачи шарового насос-мотора: а) от угла φ между осью ординат и осью ведомого диска насоса; б) от частоты вращения n ротора насоса: ––––––––– – расчетные данные, ---------- – экспериментальные данные
В пятой главе разработана схема гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов с регулируемыми шаровыми насос-моторами; методом анализа видов и последствий потенциальных дефектов FMEA был оценен риск применения шаровых насос-моторов новой конструкции и проведена оценка экономической эффективности применения шарового насос-мотора в гидростатическом приводе вентиляторов охлаждающего устройства тепловоза ТЭП70.
Внедрение шарового насос-мотора нового типа в гидростатический привод вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов ТЭП70 позволяет получить годовой экономический эффект не менее 987,427 тыс. руб. на парк тепловозов в количестве 53 единиц. Полный возврат инвестиционных вложений, связанных с внедрением шаровых насос-моторов нового типа, осуществится через 4 года.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основной результат теоретических и экспериментальных исследований сводится к следующему.
- Выявлены основные причины неплановых ремонтов гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов, связанные, в основном, с отказами насос-моторов.
- Разработан шаровой насос-мотор нового поколения с целью повышения надежности и КПД гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов. На принципиально новую разработку получен патент на полезную модель. Определены ее конструктивные и эксплуатационные параметры.
- Предложена схема с объемным регулированием гидростатического привода вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов для обеспечения эффективного управления подачей насоса нового типа.
- Разработана методика определения основных параметров спроектированного и изготовленного шарового насос-мотора.
- Выполнено прогнозирование надежности разработанной конструкции по вероятности безотказной работы. Анализ полученных результатов показал, что надежность шарового насос-мотора по сравнению с аксиально-поршневым МН 250/100 выше в 3 раза.
- Составлена математическая модель определения вероятности пребывания ротора предложенной конструкции в различных рабочих состояниях.
- Обеспечена легкость и быстрота регулирования подачи посредством соответствующего наклона управляющей рукоятки без остановки работающего насоса.
- Проведен сравнительный анализ роторных насосов по габаритным показателям, который показал, что при одинаковых габаритных размерах и равных частотах вращения ротора шаровых и остальных насосов производительность шаровых будет, как минимум, в 4 раза выше.
- Установлено, что расхождение результатов расчетных и экспериментальных данных не превышает 5 %.
- При оценке экономических результатов от применения шарового насос-мотора в гидростатическом приводе вентиляторов охлаждающего устройства тепловозов ТЭП70 получен предполагаемый годовой экономический эффект, который составит не менее 987,427 тыс. руб. на парк тепловозов ремонтного локомотивного депо Санкт-Петербург-Сортировочный-Витебский в количестве 53 единиц. Полный возврат инвестиционных вложений, связанных с внедрением насос-мотора нового типа, осуществится через 4 года.
Основные результаты диссертации изложены в следующих работах.
Работы, опубликованные в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования России:
- Черток Е.В. О насосе нового типа / Е.В. Черток // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2009 г. – № 8. – с. 26 – 28. ISSN 2073-0004.
- Войнов К.Н., Самойлова Е.В., Черток Е.В. Новые приборы и устройства для работы со смазочными материалами / К.Н. Войнов, Е.В. Самойлова, Е.В. Черток // Известия вузов. Приборостроение, том 53, № 2, тематический выпуск: фундаментальные и прикладные проблемы надежности и точности машин и приборов. – СПбГУ ИТМО, 2010. – с. 65-68. ISSN 0021-3454.
- Черток Е.В. Совершенствование гидростатического привода вентиляторов холодильника тепловоза ТЭП70 / Е.В. Черток // Известия Петербургского университета путей сообщения. – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. – Вып. 2(23). – с. 116-125. – ISSN 1815-588X.
Работы, опубликованные в изданиях, не входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования России:
- Voynov K., Samoylova H., Chertok H., Balesny Yu., Esbulatova A., Dokuchaeva Z. New designs of the rail vehicles systems / K. Voynov, H. Samoylova, H. Chertok, Yu. Balesny, A. Esbulatova, Z. Dokuchaeva // 18th INTERNATIONAL CONFERENCE «CURRENT PROBLEMS IN RAIL VEHICLES - PRORAIL 2007», September 19. – 21, 2007, Žilina, Slovakia.– p.12 – 19.
Войнов К., Самойлова Е., Черток Е., Балесный Ю., Есбулатова А., Докучаева З. Новые конструкции рельсовых транспортных систем / К. Войнов, Е. Самойлова, Е. Черток, Ю. Балесный, А. Есбулатова, З. Докучаева // 18-я Международная конференция «Текущие проблемы рельсовых транспортных экипажей» 19-21 сентября, 2007, Жилина, Словакия. – с. 12 – 19.
- Войнов К.Н., Черток Е.В. Определение расчетной надежности и производительности объемного шарового насоса нового типа. / К.Н. Войнов, Е.В. Черток // Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: В 2 ч. Часть 1: Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – с. 352-359.
- Войнов К.Н., Самойлова Е.В., Черток Е.В. Новые технологии для подвижного состава и метрополитена / К.Н. Войнов, Е.В. Самойлова, Е.В. Черток // Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте: тезисы докладов Пятого международного симпозиума «Eltrans’2009», 20-23 октября 2009 г. / под ред. В.В. Сапожникова и др. – СПб.: издательство Политехнического университета, 2009. – с. 20.
- Войнов К.Н., Балесный Ю.В., Самойлова Е.В., Черток Е.В. Применение современных технологий на железнодорожном транспорте / К.Н. Войнов, Ю.В. Балесный, Е.В. Самойлова, Е.В. Черток // Известия Петербургского университета путей сообщения. – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2009. – Вып. 3 (20). – с. 63 – 74. ISSN 1815-588X.
- Патент 79619 Российская Федерация, МПК F01C 3/00. Роторная объемная машина / Войнов К.Н., Дежинов Б.А., Черток Е.В. ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения». – № 2008130797/22; заявл. 25.07.08 ; опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1. – 3 с.: ил.
Подписано к печати Печ.л. – 1,0
Печать – ризография. Бумага для множит. апп. Формат 60×84 1/16
Тираж 100 экз. Заказ №