Разработка системы контроля технического состояния колесно-моторного блока грузового электровоза ВЛ80С в депо Петров Вал

Виды оборудования	2006 г	2007 г	2008 г
Тяговые двигатели	124	142	150
Вспомогательные машины	82	78	88
Электрические аппараты	334	324	300
Механическое оборудование	352	338	322
Прочие	170	170	171
Всего	1062	1052	1031

 

Так как наибольшее число  обнаруженных неисправностей при проведении плановых ремонтов электровозов ВЛ80С  относится к механическому оборудованию, то дальнейшие разделы данного дипломного проекта будут посвящены разработке методов технического диагностирования важнейших узлов механической  части электровозов, в частности буксовых подшипников,  что будет способствовать совершенствованию системы плановых ремонтов и повышению их качества.

На текущий момент локомотивные депо Приволжской железной дороги оснащены следующими вибродиагностическими комплексами для диагностирования КМБ: «Вектор 2000» — 8 ед, «Прогноз-1» — 6 ед.

В локомотивном депо Петров Вал планируется проведение модернизации ремонтного цеха с организацией специализированной станции по диагностированию колёсно-моторных блоков электровозов серии ВЛ80. В депо Ершов организовано диагностирование КМБ тепловозов.

За 12 месяцев 2008 года в локомотивных депо дороги продиагностировано:

- 10512 КМБ электровозов ВЛ80, обнаружено 34 дефекта, из них под- тверждено 32, что составляет 94,1%. За 12 месяцев 2007 г. 10814 КМБ, обнаружено 106 дефектов, из них подтверждено 97, что составляет 91,5%;

- 4356 КМБ тепловозов, обнаружено 157 дефектов, подтверждено 115, что составляет 73,2%. За 12 месяцев 2007 г. 4476 КМБ, обнаружено 345 дефектов, из них подтверждено 76, что составляет 22,1%.

Наибольшее количество дефектов при проведении вибродиагностики КМБ электровозов ВЛ80^С выявлено по подшипникам ТЭД - обнаружено 13 случаев, подтверждены дефекты в 11 случаях (в 2007 г. обнаружено 32 слу- чая, подтверждено 29 дефектов), по тяговым редукторам — обнаружено 17 случаев, подтверждены дефекты в 17 случаях (в 2007 г. обнаружено 32 слу- чая, подтверждено 30 дефектов). Общий процент достоверности результатов диагностирования по КМБ ВЛ80^С составил —94,1 % (в 2007 г. - 91,5%).

При диагностировании КМБ  тепловозов наибольшее количество дефектов обнаружено по буксовым подшипникам - 45 случаев, подтверждены дефекты в 30 случаях (в 2007 г. обнаружено 190 случаев, подтверждено 29 дефектов) и по подшипникам ТЭД — обнаружено 49 случаев, подтверждены дефекты в 37 случаях (в 2007 г. обнаружено 81 случай, подтверждено 20 дефектов). Общий процент достоверности результатов диагностирования составил — 73,2 % (в 2007 г. 22,1%).

В локомотивных депо дороги, при добросовестном отношении к вибродиагностике и понимании её важности в повышении надёжности работы ТПС, продиагностировано большое количество КМБ электровозов ВЛ80^С и достигнута высокая достоверность диагностирования.

 

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

 

В локомотивном депо Петров Вал при проведении вибродиагностики объектом является колёсно-моторный блок электровоза ВЛ80^С.

Колёсно-моторный блок является одним из наиболее нагруженных и ответственных узлов современных электровозов. От надёжности его в эксплуатации во многом зависит эффективность работы электровозов, так как повреждение данного узла не только повышают ремонтные расходы, но и связаны со сбоем движения поездов и длительным исключением локомотивов из эксплуатации.

Работоспособность элементов  колёсно-моторного блока определяется условиями их силового нагружения. При опорно-осевом подвешивании тяговых  электродвигателей, нашедшем преимущественное применение на отечественных локомотивах, двигатель опирается непосредственно на ось колёсной пары и поэтому ударные силовые нагрузки, возникающие в контакте колеса и рельса, практически жёстко передаются на элементы электродвигателя и тягового привода и вызывают значительные их механические перегрузки. Ударные нагрузки передаются к электродвигателю не только через моторно-осевые подшипники, но и через зубчатый редуктор, так как вертикальные колебания колёсной пары при движении её по неровностям пути вызывают заметное изменение угловой скорости вращения вала якоря тягового электродвигателя с соответствующим увеличением возникающих в нём динамических нагрузок.

Колесно-моторный блок служит для преобразования электрической энергии в механическую и передачи ее от тягового электродвигателя через тяговый шестеренчатый редуктор к осям электровоза. Конструктивные особенности тяговой передачи в приводе класса 1 в значительной мере определены тем, что тяговой двигатель одной стороной опирается на тележку, а другой – непосредственно на ось колёсной пары.

Появляющаяся при этом связь двигателя с колёсной парой  позволяет технически просто (с помощью  моторно-осевых подшипников) обеспечить параллельность вала якоря двигателя  и оси колёсной пары и постоянство  расстояния между ними. Это в свою очередь даёт возможность применить простейшую тяговую передачу, состоящую из шестерни и зубчатого колеса, жёстко посаженных соответственно на вал двигателя и ось колёсной пары. На отечественных электровозах применён привод класса 1. В него входит электродвигатель, опирающийся с одной стороны через моторно-осевые подшипники скольжения на ось колёсной пары, а с другой с помощью специальной подвески с амортизаторами на раму тележки.

Рассмотрим конструкцию  и технические данные составных  частей колёсно-моторного блока (КМБ) электровоза ВЛ80^С [1].

Колесная пара направляет электровоз по рельсовому пути, передает силу тяги, развиваемую электровозом, и тормозную силу при торможении, воспринимает статические и динамические нагрузки, возникающие между рельсом и колесом, и преобразовывает вращающий момент тягового двигателя в поступательное движение электровоза.

Технические данные:

Диаметр колеса по кругу  катания ………………………..1250 мм

Расстояние между внутренними торцами бандажей……1440 мм

Ширина бандажа……………………………………………140 мм

Толщина нового бандажа по кругу катания………………..90 мм

Колесная пара (рис. 2.1) состоит из оси 5, колесных центров 4, бандажей 2, бандажных колец 1, зубчатых колес 3.

Ось колесной пары — кованая  из специальной осевой стали. Для  монтажа колес, букс и двигателя  она имеет буксовые, предподступичные, подступичные и моторно-осевые шейки. Все поверхности оси, за исключением торцов, подвергнуты шлифовке. Для увеличения усталостной прочности подступичные части, буксовые и моторно-осевые шейки оси подвергнуты упрочняющей накатке роликом. На буксовых шейках имеется резьба М170×3— 6g для гаек, закрепляющих приставные кольца роликовых подшипников. На торцах оси нарезано по два отверстия М16-7Н для крепления планок, предохраняющих гайки от отвинчивания. После окончательной механической обработки ось проверяется дефектоскопом.

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Колёсная пара электровоза  ВЛ80^С.

Колесные центры коробчатого  сечения отлиты из стали 25ЛIII. Каждый колесный центр подвергнут статической балансировке путем приварки накладок. На удлиненные ступицы центров напрессованы горячим способом зубчатые колеса 3. При этом натяг в холодном состоянии выдержан в пределах 0,25—0,33 мм.

Бандаж 2 изготовлен из специальной стали по ГОСТ 398—81. Размеры его выполнены по ГОСТ 3225—80, профиль бандажа — по ГОСТ 11018—76. Правильность профиля проверяют специальным шаблоном. Бандаж посажен на обод колесного центра в горячем состоянии при температуре 250—320⁰С. Перед посадкой бандаж проверен магнитным дефектоскопом на отсутствие трещин. Для предупреждения сползания с колесного центра бандаж застопорен кольцом 1 из стали специального профиля по ГОСТ 5267. 10—78.

Собранное колесо с колесным центром, бандажом, зубчатым колесом и бандажным кольцом напрессовано на ось усилием 110—150 тс.

Формирование колесных пар произведено в соответствии с Инструкцией ЦТ № 2306.

Зубчатая передача предназначена для передачи вращающего момента с вала якоря тягового двигателя на колесную пару.

Зубчатая передача жесткая, двусторонняя, косозубая. Она состоит  из двух шестерен и двух зубчатых колес, попарно заключенных в защитный кожух.

Шестерни посажены в горячем состоянии на конические концы вала якоря тягового двигателя с натягом 0,22—0,26 мм. Зубчатые колеса напрессованы на удлиненные ступицы колесных центров горячим способом с натягом в пределах 0,25—0,33 мм.

Шестерни изготовлены  из поковок легированной стали 20ХН3А с последующей цементацией или нитроцементацией и закалкой поверхностей зубьев по контуру до твердости 55 – 61 НRС единиц.

Буксы бесчелюстные двухповодковые (рис. 2.2) с роликовыми подшипниками являются узлами высокой точности изготовления. Через буксы на колесные пары передается вертикальная нагрузка от подрессоренного веса электровоза, а от колесных пар на рамы тележек сила тяги, торможения и боковые горизонтальные силы.

Конструктивно бесчелюстная букса выполнена в виде корпуса 12, отлитого из стали 25Л11, с четырьмя приливами для крепления тяг с сайлент-блоками и двух приливов с проушинами для крепления в них рессоры. Эти приливы расположены в нижней части корпуса. Внутри корпуса размещаются роликовые подшипники 1 типов 3052536ЛМ и 3042536ЛМ с размерами 320×180×86 мм. Внутренние кольца подшипников насаживают на буксовую шейку в горячем состоянии при температуре 100—120 °С.

Натяг колец подбирают  в холодном состоянии до нагрева, и он должен быть выдержан в пределах 0,04 - 0,06 мм. Нагревают кольца в масляной ванне. Наружные кольца подшипников с роликами размещены в корпусе по скользящей посадке. Как внутренние, так и наружные кольца подшипников разделены между собой дистанционными кольцами 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.2. Буксовый узел.

 

 

Внутренние кольца подшипников  через упорное кольцо наружного  подшипника стягивают гайкой 4, которая  стопорится планкой 3, закрепленной двумя болтами М16 в специальном пазу на торце оси. Осевой разбег двух спаренных подшипников должен быть в пределах 0,5—1,0 мм, достигается подбором толщины наружного дистанционного кольца.

Радиальный зазор подшипников в свободном состоянии должен быть 0,145—0,210 мм. Разность радиальных зазоров двух спаренных подшипников в свободном состоянии составляет 0,03 мм.

С внутреннего торца букса закрыта кольцом 7, насаженным на предподступичную часть оси, и крышкой 6. Выточки в кольце и крышке образуют лабиринт, предохраняющий от попадания в полость буксы пыли, инородных тел и от вытекания смазки из буксы. Как с передней стороны буксы, так и с задней под крышки 2 и 6 ставится уплотнение из резиновых колец круглого сечения.

Пространство в лабиринте  задней крышки, между задней крышкой и подшипником, между подшипниками и передней крышкой, а также в самих подшипниках заполняется консистентной смазкой ЖРО. Общее количество смазки составляет 3,5—4 кг, Как избыток смазки, так и ее недостаток вызывает нагрев буксы и усиленный износ подшипников. Смазку добавляют через отверстие в боковой части корпуса буксы, закрытое пробкой.

Передача тягового и тормозного усилий от корпуса буксы на раму тележки происходит через тяги 10, которые одним своим шарниром прикреплены к приливам корпусов букс, а другим — к кронштейнам рамы тележки. Шарниры тяг выполнены в виде резинометаллических валиков 11 и 9 и резинометаллических шайб 8.

Буксы колесных пар с правой стороны по направлению движения имеют передние крышки с фланцами для установки на первой колесной паре червячного редуктора привода скоростемера, на второй — тахогенератора типа ТГС- 12Э-VI.

Передача вращения от оси к скоростемеру, тахогенератору осуществляется через поводок, ввинченный в торец, и поводковую вилку на приборах.

Рассмотрев характеристики объекта диагностирования приступаем к выбору оборудования для поста вибродиагностики и разработке технологического процесса. Этому посвящены следующие разделы дипломного проекта.

 

 

 

 

 

 

 

3. ТИПИЧНЫЕ ОТКАЗЫ  БУКСОВЫХ ПОДШИПНИКОВ И ИХ  ПРИЧИНЫ

Для буксовых узлов электровозов используются подшипники качения. Такие узлы часто работают продолжительное время в неблагоприятных условиях и, когда их подшипники выходят из строя, стоимость простоя может быть очень высокой.

Контроль, анализ и решение проблем, связанных  с подшипниками, имеют в современной  промышленности большое значение. Без использования хорошо налаженной системы технического обслуживания, основанной на прогнозировании состояния, трудно бороться с проблемами вибрации и работоспособности подшипников.   

 Производство  подшипников качения осуществляется  в условиях жестких требований к их качеству. Это одни из наиболее точных устройств, выпускаемых в машиностроении. При идеальных рабочих условиях подшипники могут непрерывно эксплуатироваться в течение многих лет. Вследствие того, что рабочие условия редко бывают идеальными, подшипники никогда не реализуют своих потенциальных возможностей с точки зрения ресурса.

Срок службы подшипников качения зависит  от условий их производства, хранения, обслуживания, установки, нагрузки и условий работы. В табл. 3.1 даны некоторые типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие.

 

 

 

Таблица 3.1. Типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие.