Пояснительная записка (Организация ремонта и обслуживания электровозов 2ЭС5К и 3ЭС5К в перспективе перевода парка локомотивов на моторно-осевые подшипники качания)

ВВЕДЕНИЕ

В числе первых мы получили электровоз переменного тока нового поколения серии ЭС5К «Ермак». С 2007 года введено в эксплуатацию сто локомотивов в двух-, трех- и четырехсекционном исполнении. По ряду эксплуатационных характеристик «Ермак» превосходит применяемые на дороге электровозы серий ВЛ-80Р, ВЛ-80Т, ВЛ-80С.

Учитывая необходимость повышения провозных и пропускных способностей припортового Владивостокского отделения, наша дорога с 2005 года приступила к реализации комплексной программы реконструкции и усиления инфраструктуры на участке от станции Уссурийск до станций Находка, Находка-Восточная.

Одна из целей инвестиций – повышение весовых норм четных поездов до 6300 тонн. Поэтому поставка нам электровозов, способных провести поезда повышенного веса по сложному перевальному участку, была оправданной необходимостью.

Главным депо, специализирующимся на техническом обслуживании, ремонте и эксплуатирующим локомотивы «Ермак», стало депо станции Смоляниново.

На стадии обкатки и опытной эксплуатации (имея незначительные отказы в работе) локомотив зарекомендовал себя как надежный и перспективный. В его конструкции, наряду с опробованными ранее техническими решениями, применены последние достижения по части микропроцессорных систем управления движением и диагностики оборудования, новые материалы… Улучшены и условия труда машинистов.

Проблема, которую специалисты дороги и завода-изготовителя не смогли обнаружить на ранних стадиях обкатки и эксплуатации, проявилась в текущем году. Она сразу привела к серьезнейшему нарушению безопасности движения, только по счастливой случайности не повлекшему за собой тяжких последствий.

При осмотре колесных пар локомотива был выявлен повышенный радиальный зазор между осью и вкладышами моторно-осевых подшипников и аналогичные повреждения кожуха зубчатой передачи, тяговой передачи и тягового электродвигателя колесной пары.

Данные неисправности МОП не могли оставаться без внимания и были произведены действия о решении возникших проблем, о последующей замене вкладышей на более эффективный вариант МОП качения.

В настоящее время на Дальнем Востоке находится в обращении экспериментальный электровоз с новыми роликовыми МОП качения зарекомендовавшие себя с лучшей стороны. Но данный узел был произведен за рубежом в Германии и в настоящее время ремонт данного узла в пунктах ремонта не переставляется возможным.

1. АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА В ЭКСПЛУАТАЦИИ

В данном разделе будут рассмотрены неисправности возникающие в моторно-осевом подшипнике и их последствия на подвижной состав. Так же будут рассмотрены неисправности возникающие за определённый период времени.

1.1 Показатели надежности работы подшипников за 3 года

Моторно-осевой подшипник (МОП) – это одна из важных частей опорных узлов колесно-моторного блока транспорта. Он является динамически нагруженным узлом трения, от него зависит эксплуатационная надежность, объем техобслуживания, ремонт колесно-моторного блока и безопасность движения электровозов и тепловозов. Для обеспечения параллельности осей двигателя и колесной пары этот вид подшипника служит второй опорой тягового привода и располагается в двух специальных приливах двигателя локомотива. Такие подшипники могут быть выполнены как из подшипников качения, так и подшипников скольжения.

Характерные повреждения вкладышей МОП скольжения предоставлены на рисунке 1.1 и осей колесных пар предоставлены на рисунке 1.2 подтверждают специфические условия работы механической части электроподвижного состава: динамические нагрузки как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, неравные зазоры в МОП скольжения.

Рисунок 1.1 – Вкладыш моторно-осевого подшипника скольжения

Рисунок 1.2 – Влияние зазоров в МОП скольжения на поверхности износа

С увеличением частоты вращения вследствие действия гидродинамического эффекта несущая способность сначала повышается, однако тепловые процессы при высоких скоростях приводят к уменьшению вязкости смазочного материала и потере несущей способности подшипников скольжения.

Скорость изнашивания подшипника скольжения зависит от многих факторов: действующей нагрузки (контактного давления), температуры, вида движения, частоты вращения, агрессивного воздействия окружающей среды, физико-химической модификации поверхностей в процессе трения.

Решающее значение имеют материалы трущихся сопряжений, физико-химические и механические свойства смазочного материала, метод смазывания. Конструктивное оформление узла трения – обеспечение точности и жесткости корпуса, оптимального зазора и самоустановки подшипника, соосности вала и втулки подшипника.

В свою очередь, зазор в МОП скольжения приводит к смещению зацепления и пятна контакта в зубчатой передаче к вершине зуба, в результате чего в нем возрастают напряжения, что ведет к сокращению срока службы зубчатых колес на рисунке 1.3, а также к увеличению динамических нагрузок на зубчатую передачу и моторно-якорные подшипники тягового электродвигателя.

Рисунок 1.3 – Влияние зазоров в МОП скольжения на смещение зацепления и пятно контакта

Наиболее интенсивное изнашивание подшипников скольжения протекает в период приработки, пуска и остановки реверса. Повреждения подшипников, работающих с использованием масел, многообразны и различны: абразивное, коррозионное, механическое, кавитационное, эрозионное изнашивание, задир, усталостные разрушения антифрикционного слоя.

Задир является наиболее серьезным видом повреждения, приводящим к аварийным ситуациям. Усталостные разрушения поверхностных слоев материалов вызываются циклическими изменениями напряжений. Эрозионный износ возникает под влиянием в контакте электрического тока. Кавитационное разрушение особенно интенсифицируют вибрационные воздействия. Обобщая все  вышесказанное, можно сделать вывод, что конструкции МОП скольжения являются трудоемкими в обслуживании и ремонте, тем самым подталкивая к поиску альтернативных решений, которым стало использование МОП качения.

Идея заменить трение скольжения на трение качения родилась давно. Сейчас трудно найти механизм, в котором бы не использовались подшипники различных форм: шариковые, цилиндрические и т. д. От их качества (от марки стали, от точности обработки) во многом зависит надежность машин. В большинстве случаев величина трения качения гораздо меньше величины трения скольжения при прочих равных условиях, и поэтому качение является распространенным видом движения в технике. Преимущества подшипников качения представлен на рисунке 1.4 перед подшипниками скольжения не вызывают сомнений:

–– малые габариты в радиальном направлении;

–– возможность работы при высоких скоростях вращения и нагрузках, в воде и в агрессивных средах;

–– обеспечение высокой точности установки валов;

–– малая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам.

Рисунок 1.4 – Сферический двухрядный подшипник качения

Для анализа неисправностей моторно-осевых подшипников были изучены данные о неисправностях за 3 года эксплуатации электровоза 2эс5ки 3эс5к. Полученные данные были сведены в таблицу и представлены в виде диаграммы.

Рисунок 1.5 – Количество неисправных вкладышей за 3 года

В данной диаграмме видно что с 2013 по 2015 года были уменьшены неисправности моторно-осевого подшипника, но данное количество неисправностей влияет на эффективную работу подвижного состава и объем грузоперевозок.

Данные вкладыши имеют ряд недостатков при эксплуатации включающие в себя: изломы, выбоины, раковины, преждевременный износ и т.д., что приводит к нарушению работы ходовой части электровоза, и его скорой неисправности.

Для улучшения грузоперевозок необходимо перевести парк локомотивов на роликовые моторно-осевые подшипники качения. Что улучшит работу моторно-осевого подшипника и позволит повысит производительность грузоперевозок, увеличение работы ходовой части электровоза и снижение затрат на ремонт данного узла.

Но и у роликового моторно-осевого подшипника есть свои неисправности при долговременной работе. Данные неисправности будут показаны в диаграмме показывающая часто ломающиеся детали МОП.

Рисунок 1.6 – Диаграмма выходов из строя деталей моторно-осевого подшипника

При исследовании моторно-осевого подшипника было выявлено что основную нагрузку на себя воспринимаем наружное кольцо при долговременном использовании, некачественном ТО, прочих воздействий на исследуемый объект. Данных о неисправностях новых моторно-осевых подшипниках не предоставлены в связи с их отсутствием на экспериментальном электровозе в Хабаровском депо. Данная информация позволяет возможность о дальнейшем внедрении и улучшении данного узла для повышения экономичности и грузоподъёмности подвижного состава.

Анализируя данный раздел можно заключить что предлагаемые улучшения моторно-осевого подшипника важны для более эффективной работы подвижного состава, а так же улучшение экономической эффективности при ремонте и обслуживании данного узла.

2 АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА

Данный раздел посвящен анализированною моторно-осевого подшипника, его характеристик, свойств материала и т.д. позволяя получить данные для дальнейшего улучшения, и изучения слабых мест исследуемого объекта.

2.1 Конструкция

Моторно-осевой подшипник – это одна из важных частей опорных узлов колёсно-моторного блока железнодорожного транспорта. Являясь динамически нагруженным узлом трения, от него зависит эксплуатационная надёжность, объём техобслуживания, ремонт колёсно-моторного блока и безопасность движения электровозов и тепловозов. Обеспечивая параллельность осей двигателя и колёсной пары локомотива, такой вид подшипника является второй опорой тягового двигателя, который располагается в специальных двух приливах двигателя локомотива. Такие подшипники могут быть выполнены как из подшипников, так и подшипников скольжения.

Конструкция моторно-осевого подшипника состоит из:

• Внутреннего кольца;

• Внешнего кольца;

• Роликов;

• Сепаратора.

Моторно-осевой подшипник опирается на ось колесной пары внутренней стороной внутреннего кольца путем горячей посадки с натягом. На внутреннее кольцо в пазы располагаются ролики по 30 штук на каждый ряд. Для удержания роликов в пазах с равным шагом применяется сепаратор повторяющий радиус роликов с равным шагом. Внешнее кольцо располагается поверх роликов опираясь на них и располагается в опорах тягового электрического двигателя электровоза. Нагрузка от двигателя направлена на раму и на моторно-осевой подшипник. Это позволяет создать условия для нормальной работы двигателя, передавая крутящий момент от него через редуктор (зубчатые передачи) на колесную пару заставляя колесную пару совершать крутящий момент приводя электровоз двигаться в выбранном направлении. Сам моторно-осевой подшипник позволяет беспрепятственно совершать крутящий момент колесной пары и принимать нагрузку двигателя для продуктивной работы. Конструкция Моторно-осевого подшипника показана на рисунке 1.7

Рисунок 1.7 – Конструкция моторно-осевых подшипников

Недостатки моторно-осевого подшипника:

Данный узел очень неудобен для демонтажа и последующего ремонта. Необходимость в дорогостоящем оборудовании, разработки технологического процесса ремонта, диагностики и обучение или найме высококвалифицированных специалистов.

2.2 Материалы

Моторно-осевой подшипник принимает на себя различные высокие нагрузки, и для нормальной работы данного узла необходимы материалы способные выдерживать все направленные на него силы.

Материал применяемый в моторно-осевом подшипнике должен соответствовать всем характеристикам ГОСТ и не нарушать этих требований. Все применяемые материалы для деталей МОП сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Материалы применяемые в моторно-осевом подшипнике.

Данные материалы приведенные в таблице обладают свойствами удовлетворяющие все условия для конструкции моторно-осевого подшипника. Характеристики данных материалов будут приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Характеристики материалов применяемые в моторно-осевом подшипнике

Все характеристики приведенные в таблице 2.2 используются для расчетов в программе SolidWorks для изучения поведения модели нагруженными на нее силами.