Расчет и конструирование параметров виброзащитного устройства с ножевыми опорами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

методов / В. А. Букаров, С. С. Ермаков, Т. А. Дорина // Сварочное производство. — 1990. — № 12. — С. 30 — 32.

7. Актуальные вопросы сварки неповоротных стыков трубопроводов в монтажных условиях / Н. П. Алешин [и др.] // Сварка и диагностика. — 2013. — № 3. — С. 36 — 40.

8. Мухин, В. Ф. Моделирование электрических схем маломощных сварочных выпрямителей / В. Ф. Мухин, Е. Н. Еремин // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2011. - № 3 (103). - С. 73-78.

МУХИН Василий Федорович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры маши-

ностроения и материаловедения секции «Оборудование и технология сварочного производства». ЕРЕМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), директор машиностроительного института, заведующий кафедрой машиностроения и материаловедения, заведующий секцией «Оборудование и технология сварочного производства».

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 06.09.2016 г. © В. Ф. Мухин, Е. Н. Еремин

УДК 62.752.2

Ю. Ф. САВЕЛЬЕВ Н. Ю. СИМАК

Омский государственный университет путей сообщения

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ВИБРОЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА С НОЖЕВЫМИ ОПОРАМИ

В работе приведены результаты поиска конструктивных решений по модернизации рессорного подвешивания подвижного состава с целью создания эффективной виброзащиты. Предлагается новая конструктивная схема, позволяющая упростить известные аналоги и повысить надежность. Ключевые слова: рессорное подвешивание, виброзащита, дополнительные устройства, ножевые опоры, обоснование конструкции.

Известно, что типовое рессорное подвешивание подвижного состава по своим упругим характеристикам не обеспечивает необходимых условий виброзащиты экипажа и оборудования и, как следствие, требует ограничения скоростей движения.

Имеется несколько принципиальных путей решения этой проблемы, но все они либо очень дороги, либо небезопасны в сложных условиях эксплуатации железных дорог.

Есть перспективные направления, связанные с дополнительными упругими устройствами, имеющими зону отрицательной жесткости в силовых характеристиках (рис. 1). Совместная работа типового рессорного подвешивания и дополнительных устройств позволяет реализовать суммарную нелинейную силовую характеристику, что дает значительные положительные результаты виброзащиты.

Имеется несколько конструктивных решений таких устройств, отличающихся кинематическими схемами [1, 2].

Недостатком конструкций является необходимость использовать в шарнирных узлах подшипников качения для устранения трения скольжения, наносящего отрицательное воздействие на эффективность виброзащиты.

Работа подшипниковых узлов в условиях эксплуатации железных дорог требует защиты от окружающей среды (влаги, пыли). Кроме этого, в дополнительных устройствах на шарниры воздействуют

большие силовые усилия, что ведет к увеличению их габаритов и массы.

Предлагаемая схема виброзащитного устройства отличается от прототипов конструктивной особенностью. В кинематической схеме в горизонтальном силовом узле используются так называемые в технической литературе ножевые опоры [3].

Ножевые опоры предназначены для подвижных частей, совершающих колебательные движения на небольшой угол, и состоят из ножа и подушки. Нож — призма выполняет роль цапфы и опирается скругленным ребром малого радиуса на опору — подушку — цилиндрическую поверхность большого радиуса.

Конструктивно виброзащитное устройство (рис. 2) состоит из ножевых стержней — 1, с внешней стороны упруго поджатыми опорами подшипника — 2. Подушки выполнены в виде двух угловых прорезей, в вершине которых имеется цилиндрическая поверхность большого радиуса. Они установлены в средней части двух упругих рессор — 3, посредством плиты — 4, жестко связаны с рамой тележки — 5. Неупругие подвижные опоры подушки — 6 совмещены и представляют собой такие же поверхности, связанные посредством тяги — 7, шарниров — 8 и регулировочного узла — 9, с буксой колесной пары — 10.

Длина стержней — 1 и жесткость рессор — 3 рассчитывается из условий обеспечения в гори-

Рис. 1. Суммарная силовая характеристика — РЕ комбинированного рессорного подвешивания

Рис. 2. Конструктивная схема модернизированного рессорного подвешивания

зонтальном положении необходимой упругой силы и защитного хода устройства.

Призматическая поверхность опоры позволяет совершать ножу при установке и ремонте максимальные угловые перемещения. Угол между сторонами соответствует 45 — 90

Ножевые опоры относятся к опорам с трением качения, так как при колебательном движении ножа на небольшой угол порядка 8—10 ° его рабочая кромка перекатывается по поверхности опоры практически без скольжения.

Рабочая грань ножа призмы — это цилиндрическая поверхность малого радиуса (от 0,5 до 10 мм), выбирается в зависимости от расчетной горизонтальной силы и контактных напряжений.

Из научной литературы [3 — 5] известно, что основным достоинством ножевой опоры являются ничтожно малые момент трения и износ. Материалом для ножей и подушек для больших нагрузок, достигающих 250 кГс на 1 погонный миллиметр

Рис. 3. Расчетная схема рессоры

кромки ножа, при радиусе кромки 0,5 мм используется стали Х18 и ЭИ515, закаленные до высокой степени твердости [6 — 8]. Они обладают высокой износостойкостью и высокими антикоррозийными свойствами. Подушки рекомендуется выполнить из материала более твердого, чем материал ножа, так как при износе легче заменить нож, чем подушку. Кроме того, повреждение рабочей поверхности подушки значительно увеличивает трение и выводит опоры из строя. Смятие рабочей кромки ножа не влечет за собой заметного увеличения момента трения.

Нож и подушка опор в конструкционном решении крепятся к стержням и рессорам запрессовкой или винтами.

Работает устройство следующим образом: при перемещении колесной пары по неровностям пути тяга — 7 совершает вертикальные перемещения вверх или вниз, выводя стержни — 1 из среднего горизонтального положения.

В связи с этим в упругом силовом блоке возникают вертикальные усилия направленные также вверх или вниз против сил, действующих со стороны пути на основное рессорное подвешивание. Величина вертикальных усилий зависит от амплитуды неровностей пути и конструктивных параметров силового механизма. Таким образом, суммарная силовая характеристика Ръ = /(у) и обеспечивается эффект виброзащиты.

Методика расчета конструктивных параметров устройства приведена на примере установки его на электровозе ВЛ10. Силовая характеристика Ру = /(у) имеет зависимость

Ру — 2 Жу

(1)

где жу — жестко—ть неподвижных опор;

1 — длина стержней с ножевыми опорами;

Ь — максимальный ход устройства;

Ь < х > 0 — перемещение подвижных опор от среднего снат—ческого положения до крайнего верхнего или нижнего.

Из множеств а параметров, обеспечивающих силовую характеристику Ръ = /(у), выбирают из условия компоновки и работоспособности по допустимым напряжери—м неподвижных упругих рессор и ножевых опор.

Работа упрдгой —ессоры аналогична работе эквивалентной схемы расчетной балки на двух опорах (рис. 3).

Расчет параметров рессоры по допускаемым напряжениям производится согласно схеме расчетной балки на двух опорах.

Е

X

О го

2

ь

1

х

2

X

Параметры L, Ли b в ыб ир -ются из условия удовлетворения требованиям

Пг ■ 0

СЮ

(2)

где Рг — горизонтальная сила в устройстве (определяете Рс = Жт-f, гю f ь Р-т/1в -Ив — максимальный прогиб рессо ры);

l — р—ина )иругой рессорьр

момент сопротивлен—sc сечения бал-

Ю ь

с ■ h

ки, h и с — толщира ic ширина сесения;

[Т]4 = 05 кТс/мм2 — дс0 стали 60С2ХФА. Выбои параметр ов b, h и b, об ее печивающих зависимо сть (2) должен быть осущесрвлер в соответствии с зависимостью длярасчетьой схемы (рис. 3)

fb

Пг-С еР8Во ■ P

(3)

где Е = 2,1 • 104 кГс/мм — м одуль упругости стали; г с • М3 .

Я = —-— мм4 — момент инерции сечения.

Работоспособ то сть ножевых опор определяется максимальным напряжением на п о в ерхности касания, а также изгибающимнапряжением в материале ножа.

Если считать, что радиус закругления поверхности подушки стремится к бесконечности, то максимальное напряжение на поверхности касания ножа и подушки, сяг=асно формуле Герца [3], равна:

Тмнкс b 0,59

п

1 1

ч ■ т I--1--

К о.

(4)

где n r -Р

- длина рабочей кромки ножа; радиус закругления рабочей кромки ножа; горизонтальная сила, действующая на опору и ножи;

Ен и Еп — модули упругости соответственно материала ножа и подушки.

Напряжение в материале ножа не должно превышать 0,3 Нв кГс/мм2, где Нв — твердость по Бри-неллю (для закаленной стали и 200 кГс/мм2).

Для электровоза ВЛ10 расчетные параметры виброзащитного устройства с ножевыми опорами, обеспечивающие суммарную силовую характеристику Ру=/- (Р +Р ), соответствуют следующим зна-

1 = 200 мм — длина стержня ножа;

г = 10 мм — радиус скругления кромки ножа;

Ь = 60 мм — максимальный ход устройства;

В = 50 мм — ширина контактной кромки ножа;

жу = 750 кГс/мм — жесткость рессоры;

Ь = 250 мм — длина рессоры;

Н = 20 мм — толщина рессоры;

с = 50 мм — ширина рессоры.

Библиографический список

1. Пат. 2559397 С2 РФ, МПК В 61 Б 5/02. Устройство для уменьшения колебаний пассажирского вагона / Савельев Ю. Ф., Шевченко В. Я, Симак Н. Ю., Кожахметов А. И. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения ; опубл. 20.06.2015, Бюл. № 22. - 5 с.

2. Пат. 2270118 С2 РФ, В61Б 5/06. Устройство для уменьшения колебаний грузового вагона. / Галиев И. И., Савельев Ю. Ф., Нехаев В. А., Шевченко В. Я., Симак Н. Ю ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения ; опубл. 20.02.2006, Бюл. № 5. - 5 с.

3. Нестеренко, А. Д. Детали и узлы приборов (Расчет и конструирование) / А. Д. Нестеренко. — Киев : Гос. изд-во техн. лит., 1981. — С. 148 — 150.

4. Теория механизмов и машин / Под ред. К. В. Фролова. — М. : Высшая школа, 1987. — 496 с.

5. Левитский, Н. И. Колебания в машинах : учеб. пособие для втузов / Н. И. Левитский. — М : Наука, 1988. — 336 с.

6. Штейнвольф, Л. И. Динамические расчеты машин и механизмов / Л. И. Штейнвольф. — М., Киев : Машгиз, 1961. — 340 с.

7. Вибрации в технике : справ. В 6 т. Т. 6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К. В. Фролова ; ред. совет: В. Н. Челомей [и др.]. — М. : Машиностроение, 1981. — 456 с.

8. Силовой расчет, уравновешивание, проектирование механизмов и механика манипуляторов : учеб. пособие / И. Н. Чернышева [и др.] ; под ред. А. К. Мусатова. — М. : Изд-во МГТУ, 1990. — 80 с.

САВЕЛЬЕВ Юрий Федорович, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой начертательной геометрии и инженерной графики. СИМАК Надежда Юрьевна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры начертательной геометрии и инженерной графики. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 01.07.2016 г. © Ю. Ф. Савельев, Н. Ю. Симак

Книжная полка

Технология машиностроения. Лабораторный практикум : учеб. пособие / А. В. Коломейченко [и др.]. -СПб. : Лань, 2015. - 272 c. - ISBN 978-5-8114-1901-2.

В учебном пособии приведено содержание возможных лабораторных работ, в которых нашли отражение вопросы устройства, наладки и эксплуатации основных типов универсальных и специальных металлорежущих станков, автоматов и полуавтоматов, наиболее широко используемых в машиностроении при изготовлении различных деталей. Представленные в учебном пособии материалы позволяют овладеть методиками расчета тепловых деформаций инструмента в процессе резания и разработки технологических процессов сборки изделий и механической обработки деталей. Практические знания, полученные студентами, будут использоваться ими при выполнении инженерных работ разного уровня сложности.

Учебное пособие предназначено для студентов учреждений высшего профессионального образования, обучающихся по направлению «Машиностроение». Может использоваться для самостоятельной работы студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов. Представляет интерес для инженерно-технических работников, преподавателей и аспирантов технических вузов.