Збільшення ресурсу тягових зубчастих передач рухомого складу залізниць на основі їх оптимізаційного проектування

Abstract

Стаття присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі збільшення ресурсу тягових зубчастих передач (ТЗП) рухомого складу залізниць на основі їх оптимізаційного проектування. За результатами аналізу останніх досліджень з забезпечення надійності ТЗП встановлено, що одним з перспективних напрямків є удосконалення їх конструкції за результатами їх оптимізаційного проектування. Головною метою такого проектування ТЗП є знаходження відповідних конструктивних параметрів, при яких забезпечуються найкращі умови взаємодії контактуючих профілів зубців шестірні та колеса, характеристики та показники зачеплення, очікуваний ресурс передачі. Представлено математичний запис задачі оптимізаційного проектування ТЗП у вигляді мінімізації відповідної цільової функції, яка описує зв'язок між обраним критерієм (різниця між максимальними коефіцієнтами питомих ковзань Δλ) та обраними в якості незалежних змінних коефіцієнтами зміщення шестірні х1 і колеса х2. Для її вирішення запропоновано використання розроблених авторами блокувальних контурів (БК), які забезпечують знаходження оптимальних коефіцієнтів * 1 x і * 2 x при всіх заданих умовах на проектування ТЗП. Представлені математичні моделі, які необхідні для побудування блокувальних контурів досліджуваних ТЗП тепловозів серій 2М62, 2ТЕ116, ТЕП70 і електропоїздів серій ЕР2 і ЕР2Р. Для знайдених величин коефіцієнтів * 1 x і * 2 x з використанням розробленого методичного і програмного забезпечення розраховані всі конструктивні параметри, характеристики і показники зачеплення зубців шестірні та колеса, необхідні для визначення технічного ресурсу ТЗП. В якості кількісного показника розглядають величини пробігів локомотива (моторної секції) від початку експлуатації до виникнення граничних зносів зубців шестірні L1 і колеса L2 за відповідними постійними ходами. Наведено приклади БК та результати розрахункового дослідження для розглянутих ТЗП. За результатами досліджень встановлено, що за рахунок використання визначених при оптимізаційному проектуванні конструктивних параметрів шестірні та колеса може бути досягнуто суттєве збільшення технічного ресурсу ТЗП. За показником L2: до 20% для тепловозів 2М62, до 7% для тепловозів 2ТЕ116, 16% для тепловозів ТЕП70, 11% для електропоїздів серій ЕР2 і ЕР2Р. За показником L1: до 18% для тепловозів 2М62, до 2% для тепловозів 2ТЕ116, 16% для тепловозів ТЕП70, 11% для електропоїздів серій ЕР2 і ЕР2Р. Це свідчить про наявність суттєвих резервів збільшення технічного ресурсу ТЗП наявного рухомого складу залізниць за рахунок їх оптимізаційного проектування. Для їх виявлення доцільно використовувати представлений в статті метод оптимізаційного проектування тягових зубчастих передач.

The article is devoted to solving the urgent scientific and technical problem of increasing the traction gear (TG) resource of rolling stock on the basis of their optimization design.The results of the analysis of recent studies to ensure the reliability of TG revealed that one of the promising areas is to improve their design according to the results of their optimization design. The main purpose of this TG design is to find the appropriate design parameters under which the best conditions of interaction of the contacting prongs of the gear wheels and wheels, the characteristics and indicators of engagement, the expected transmission resource. A mathematical record of the TG optimization design problem is presented in the form of minimization of the corresponding objective function, which describes the relationship between the selected criterion (the difference between the maximum coefficients of sliding on the gear teeth legs λ1max and the wheel λ2max - Δλ) and selected as independent variables, the displacement coefficients x1 and wheels x2. To solve it, we propose the use of locking circuits (LC) developed by the authors, which ensure finding the optimal coefficients *1 x and * 2 x under all given conditions for the design of TG. The mathematical models that are necessary for the construction of the blocking circuits of the studied TG locomotives of series 2M62, 2TE116, TEP70 and electric trains of the ER2 and ER2R series are presented. For the found values of coefficients *1 x and*2 x using the developed methodological and software, all design parameters, characteristics and indicators of gearing of gears and wheels necessary for determination of technical resource of TG are calculated. As a quantitative indicator consider the magnitude of the runs of the locomotive (motor section) from the beginning of operation until the emergence of marginal wear of the cogwheels L1 and wheels L2 at appropriate constant strokes. Examples of LC and the results of the computational study for the TG are given. According to the research results it is established that by using the gears and wheels defined in the optimization design of gears and wheels, a significant increase in the technical resource of the TG can be achieved. By L2: up to 20% for locomotives 2M62, up to 7% for locomotives 2TE116, 16% for locomotives TEP70, 11% for electric trains of the ER2 and ER2R series. By indicator L1: up to 18% for locomotives 2M62, up to 2% for locomotives 2TE116, 16% for locomotives TEP70, 11% for electric trains of the ER2 and ER2R series. This indicates that there are significant reserves to increase the technical resources of the TG of the existing rolling stock of railways due to their optimization design. To identify them, it is advisable to use the method of optimization design of traction gear presented in the article.