3479

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический железнодорожный транспорт»

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА (ЭПС)

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог»

очной и заочной форм обучения

2-е изд., переработанное и дополненное

Составители: Н.А. Ефимов А.С. Тычков А.А. Булатов Н.Ф. Лукин Т.А. Попугаева

Самара

2014

1

УДК 629.423.1

Механическая часть электрического подвижного состава (ЭПС) : методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог» очной и заочной форм обучения / составители : Н.А. Ефимов, А.С. Тычков, А.А. Булатов, Н.Ф. Лукин, Т.А. Попугаева. – Самара : СамГУПС,

2014. – 66 с.

В указаниях изложена методика проведения лабораторных работ по дисциплине «Механическая часть ЭПС» для студентов специальности 190300 «Подвижной состав железных дорог» на базе учебной лаборатории, полигона и на филиале кафедры «Электрический железнодорожный транспорт» при мотор-вагонном депо «Безымянка».

Утверждены на заседании кафедры 19 апреля 2014 года, протокол № 8. Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители: Ефимов Николай Александрович Тычков Александр Сергеевич Булатов Андрей Александрович Лукин Николай Федорович Попугаева Татьяна Анатольевна

Рецензенты: к.т.н., доц. кафедры «Локомотивы» СамГУПС А.Ю. Балакин; начальник самарского отдела куйбышевской дирекции пассажирских обустройств А.В. Суханов

Под редакцией составителей

Подписано в печать 28.07.2014. Формат 60x90 116 . Усл. печ. л. 4,13. Тираж 100 экз. Заказ 170.

Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение лабораторных работ способствует достижению основной цели дисциплины «Механическая часть ЭПС» – изучение принципов работы и устройства механической части ЭПС, условий работы в эксплуатации и способов поддержания ее работоспособности.

Исходя из требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования от 17.01.2011 г. №71 по направлению подготовки (специальности) 190300 Подвижной состав железных дорог специализациям №3 «Электрический транспорт железных дорог» и №5 «Высокоскоростной наземный транспорт» обучающийся студент в результате изучения дисциплин «Механическая часть ЭПС» и «Параметры и основы проектирования высокоскоростного транспорта» должен знать:

конструкцию механической части разных видов ЭПС, принцип работы и их эволюцию, физический смысл параметров, характеристик и их связь с техникоэкономическими показателями;

назначение отдельных элементов механической части, режимы и условия их работы;

принципы выбора параметров отдельных элементов механической части;

методы расчета узлов механической части на прочность при действии статических и динамических нагрузок;

свойства материалов, применяемых в транспортных средствах;

уметь:

производить обоснованный отбор параметров и конструкций отдельных узлов механической части;

производить оценку конструкторских решений с точки зрения габарита подвижного состава, безопасности движения, прочности и долговечности;

проводить расчеты механической части ЭПС как сложной механической системы, определять вид и характер связей ее элементов, а также производить их поверочный расчет;

владеть:

методами проведения поверочных расчетов элементов механической части ЭПС;

методами выполнения исследовательских работ в области механической части

ЭПС.

В процессе изучения данной дисциплины у студентов формируются следующие компетенции:

- способность применять методы расчета и оценки прочности сооружений и конструкций на основе знаний законов статики и динамики твердых тел, исследовать

4

динамику и прочность элементов подвижного состава, оценивать его динамические качества и безопасность (ПК-7);

-способность использовать навыки проведения измерительного эксперимента и оценки его результатов на основе знаний о методах метрологии, стандартизации и сертификации (ПК-9);

-способность применять полученные знания для разработки и внедрения технологических процессов, технологического оборудования и технологической оснастки, средств автоматизации и механизации (ПК-11);

-владение методами оценки свойств конструкционных материалов, способами подбора материалов для проектируемых деталей машин и подвижного состава (ПК-12);

-владение основами расчета и проектирования элементов и устройств различных физических принципов действия (ПК-13);

-понимание устройства и взаимодействия узлов и деталей подвижного состава; владение техническими условиями и требованиями, предъявляемыми к подвижному составу при выпуске после ремонта; владение теорией движения поезда, методами реализации сил тяги и торможения, методами нормирования расхода энергоресурсов на тягу поездов; владение технологиями тяговых расчетов, методами обеспечения безопасности движения поездов при отказе тормозного и другого оборудования подвижного состава; владение методами расчета потребного количества тормозов, расчетной силы нажатия, длины тормозного пути; умение проводить испытания подвижного состава и его узлов, осуществлять разбор и анализ состояния безопасности движения (ПК-16);

-умение осуществлять диагностику и освидетельствование технического состояния подвижного состава и его частей, надзор за их безопасной эксплуатацией, разрабатывать и оформлять ремонтную документацию (ПК-20);

-способность организовывать эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт электровозов и мотор-вагонного подвижного состава, их тяговых электрических машин, электрических аппаратов и устройств преобразования электрической энергии, производственную деятельность локомотивного хозяйства (электровозные, моторвагонные депо); способностью проектировать электроподвижной состав и его оборудование, оценивать показатели безопасности движения поездов и качества продукции (услуг) с использованием современных информационных технологий, диагностических комплексов и систем менеджмента качества (ПСК-3.1);

-знание механической части электроподвижного состава; умение разрабатывать технологическую документацию по производству и ремонту оборудования

электроподвижного состава; владение методами анализа и расчета деталей узлов механической части, в том числе с применением современных компьютерных технологий, методами анализа причин возникновения неисправностей и разработки проектов модернизации отдельных узлов в соответствии с требованиями по обслуживанию и ремонту таких узлов (ПСК-3.2);

5

- способность организовывать эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт высокоскоростного наземного транспорта, его тяговых электрических машин, систем автоматизированного управления движением, электронных и электромеханических систем, производственную деятельность подразделений по техническому обслуживанию и ремонту высокоскоростного электроподвижного состава; способность проектировать высокоскоростной электроподвижной состав и его оборудование, оценивать показатели безопасности движения высокоскоростных поездов и качества продукции (услуг) с использованием современных информационных технологий, систем контроля движения, технического диагностирования и систем менеджмента качества (ПСК-5.1).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД

Для определения статических характеристик элементов рессорного подвешивания в лабораторных работах применяется экспериментальный стенд, рисунок 1.

Рисунок 1 – Стенд для статического исследования элементов рессорного подвешивания: 1 – плита; 2 – цифровое табло динамометра; 3 – силовая рама;

4 – динамометр; 5 – пневморессора; 6 – гайка; 7 – винт; 8 – манометр пневморессоры; 9 – манометр резервуара; 10 – блок питания; 11 – резервуар;

12 – компрессор; 13 – пульт управления; 14 – электропневматический клапан

Стенд представляет собой малогабаритный винтовой пресс и компрессорную установку, смонтированные на монтажной плите-столе 1. Основными частями стенда являются: винтовой пресс 3, динамометр 4, компрессор 12, блок питания 10, резервуар 11, манометры пневморессоры 8 и резервуара 9 (либо датчики давления), электропневматический клапан 14, пульт управления компрессором и электропневматическим клапаном 13, учебная пневморессора 5 и другие элементы рессорного подвешивания.

6

Винтовой пресс установлен в левой части стенда и представляет собой сварной каркас с П-образной силовой рамой, в поперечной балке которой приварена гайка с квадратной резьбой для вертикального перемещения винта. На верхней части винта имеется рукоятка для вращения, на нижней части закреплен скользун. В основании пресса на металлическом листе установлен цифровой динамометр (до 1500 Н), который включается нажатием на угол корпуса в правом нижнем углу до щелчка.

В правой части стенда располагается малогабаритная компрессорная установка, состоящая из компрессора (12 В, 120 Вт), сетевого понижающего блока питания (220АС/12DC), резервуара (1,5 л), двух манометров и пульта управления. Резервуар накачивается напрямую компрессором до 2 атм (максимально до 10 атм), давление воздуха передается в пневморессору через электропневматический клапан. Сброс воздуха из пневморессоры осуществляется путем отворачивания подводящего штуцера, а резервуар сбрасывается путем удержания кнопки «клапан» на пульте управления. Цифровые манометры включаются однократным нажатием кнопки расположенной на их корпусе непосредственно перед накачиванием. Отключение динамометра и датчиков давления (вместо манометров) происходит автоматически по истечении 10-20 секунд.

Стенд предназначен для проведения лабораторных работ.

Лабораторная работа № 1

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ГАСИТЕЛИ КОЛЕБАНИЙ

Цель работы: изучить местоположение гасителей колебаний в системе рессорного подвешивания ЭПС; конструкцию, особенности работы и технологию ремонта гидравлических гасителей колебаний.

Оборудование, приборы и инструменты: стенд для испытания гидравлических гасителей колебаний «ЭНГА».

Основные положения

Гасители колебаний – демпферы (нем.), амортизаторы (фр.), буферы (анг.) являются составной частью рессорного подвешивания ЭПС и предназначены для ограничения амплитуд колебания кузова и тележек вязким или сухим трением.

Гасителями называют устройства, преобразующие механическую энергию колебаний в тепловую и рассеивающие ее в окружающую среду.

По виду трения гасители колебаний бывают:

-фрикционные, рассеивающие энергию колебаний посредством сухого трения фрикционных пар;

-гидравлические – путем дросселирования жидкости из одной полости цилиндра

вдругую.

7

Гасители колебаний размещаются на электроподвижном составе между рамой тележки и буксами – первая ступень рессорного подвешивания (буксовое) и между рамой кузова и тележками – вторая ступень рессорного подвешивания (центральное).

Гашение колебаний в гидравлических гасителях происходит под действием сил вязкого трения жидкости, возникающих при продавливании ее поршнем через узкие каналы и всасывании обратно через клапаны одностороннего действия. Гасители бывают двустороннего и одностороннего действия.

Применяются две системы расположения гасителей колебаний – совместного и раздельного гашения колебаний.

В системе совместного гашения колебаний гидравлические гасители устанавливаются наклонно под углом (α = 35÷45°) к горизонтали по одному гасителю с каждой стороны тележки, что позволяет исключить или ограничить вертикальные и горизонтальные колебания кузова или рамы тележки. Такое расположение гасителей применяется на тележках мотор-вагонного подвижного состава (МВПС) ЭР2, ЭР9; ЭТ2; ЭД4М, ЭД9, а также электровозов ВЛ10у и др.

При раздельной системе гашения колебаний для гашения вертикальных колебаний кузова гасители устанавливают под углом α = 90о , а горизонтально расположенные гасители размещают между надрессорной и поперечной балкой рамы тележки (ЭР200). А для ограничения поперечной качки кузова электровозов ВЛ10,ВЛ80,ЧС2 и других применяют резинометаллические упоры, которые крепят к шкворневой балке рамы кузова. Гашение поперечных колебаний выполняют также фрикционные опоры скольжения.

На электровозе или вагоне допускается установка гасителей только одного типа. На ЭПС эксплуатируются гасители КВ3-ЛИИЖТ (Калининский

вагоностроительный завод). Техническая характеристика приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Техническая характеристика гасителя КВЗ-ЛИИЖТ

8

Энергоемкость данного гасителя составляет 115 кДж. Альбомные размеры деталей гасителя колебаний КВЗ-ЛИИЖТ приведены в Приложение А, таблица А.1. Это телескопический поршневой гаситель двухстороннего действия (рисунок 1.1, а), развивает усилия сопротивления на ходах сжатия и растяжения и состоит из цилиндра 5 с головкой 15, в котором при колебаниях рамы кузова или тележки перемещается поршень – шток 6 с клапанами 17 и кольцом 4. В нижнюю часть цилиндра запрессован корпус 18 с клапаном 19. Шток 6 уплотнен сальниковым устройством, состоящим из обоймы 7 и двух каркасных сальников 10. Гайка 8 фиксирует положение деталей гасителя и одновременно сжимает резиновое кольцо 14, которое уплотняет корпус 16. Гаситель крепят с помощью верхней 11 и нижней 1 головок резиновых втулок 2 и стальных вкладышей 3. На верхнюю головку наворачивают защитный кожух 9, который фиксируется болтом 13. Крепление штока к верхней головке осуществляется винтом 12.

При ходе поршня 6 вверх (рисунок 1.1, б) давление рабочей жидкости в надпоршневой полости повышается, диск клапана 19 в поршне прижимается к посадочным поясам корпуса, жидкость, преодолевая большое сопротивление, поступает через щелевые каналы, расположенные на наружном поясе, в подпоршневую полость 20. Однако давление в этой полости все равно снижается, так как освобождающийся объем под поршнем больше объема поступившей жидкости. Вследствие образовавшегося разрежения объем под поршнем заполняется жидкостью, всасываемой из вспомогательной камеры 21 через канавки в нижнем корпусе, калиброванные отверстия клапана 19 и пазы дистанционного кольца. При повышении давления в надпоршневой полости до 4,41 МПа открывается клапан 17 в поршне, и часть жидкости перепускается в подпоршневую полость 20. Давление в надпоршневой полости падает, шарик под действием пружины закрывает отверстие клапана 17. Когда поршень перемещается вниз (рисунок 1.1,в), давление рабочей жидкости в подпоршневой полости 20 повышается, диск нижнего клапана 19 прижимается к посадочным поясам корпуса, и часть жидкости, преодолевая большое сопротивление, переходит через щелевые каналы во вспомогательную камеру 22. Одновременно при этом ходе давление жидкости в надпоршневой полости снижается, клапан 17 открывается, и часть жидкости перетекает через калиброванные отверстия клапана в освободившееся надпоршневое пространство. Если давление в подпоршневой полости 20 повысится до 4,41 МПа, сработает клапан 19 в нижнем корпусе, и часть жидкости перепустится во вспомогательную камеру 23. Давление в полости 21 упадет, и шарик клапана 19 под действием пружины закроет отверстие.

Работа данного гасителя одинакова при обоих ходах, потому что соотношение площадей над и под поршнем равно =0,5, а именно, при диаметре поршня 68 мм, а штока 48 мм:

9

в)

Рисунок 1.1 – Гидравлический гаситель двухстороннего действия:

а – конструкция гасителя; б – при ходе поршня вверх; в – при ходе поршня вниз

Сила гасителя зависит от сопротивления протеканию жидкости через клапаны, т. е. от скорости перемещения поршня и силы прижатия клапана. Таким образом, с ростом

противодействовать колебательному процессу, которая оценивается силой сопротивления гасителя.

При малых относительных скоростях считают, что сила сопротивления F

10