Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Кроме того, ни одна из существующих гипотез не учитывает влияние остаточных макронапряжений в элементах конструкции, которые, как показано в главе III, оказывают существенное влияние на циклическую прочность.Последовательность статистической обработки данных хронометражаможно проследить на рис. 5.4. При этом диаграммы прямого и обратного ходаобъединены в единый блок нагружения.
В соответствии с [86] под блоком нагружения понимают совокупность последовательных значений переменных нагрузок, возникающих в элементе конструкции за какой-либо характерный период эксплуатации. При этом, чем больше протяженность блока нагружения,тем точнее определяется эксплуатационная загруженность.3,0ТашкентТашкент3,0ТашкентТашкент3,0ТашкентT.os1441009386797Г64575043362921sгщТашкент£3tilАрысь3,005Ташке ит3100Pe.°<iаSШiйОПТЛрись05Ташкент3,0Ташкент30Тчшкеит30Ташкент310ОРе, %SзH=Ht1,0О20Лрысь0,51,52,030Ташкент7:os-145|1t„>/1•—П1VГгг-1fi47ЧП1143JT—Ii.iАрысь2.0:\t10,5I1—Г,гJ- —r3.,pАрысьf]I,05,,,3,0Ташкент1r^t\1;..r&1Ташкент—nгЛ\f2.03,01.51,- -f1J.}1.0——•Ташкент1Л^JТд0Pe.%10093S679716457504336:921147H_ / _I_ _ _—...1t_Л\1I) _-xp_*7ЧЛ4336*j.^ \<!'—41v1—11(Арысь0,51,51.02.52.03,0Ташкент31021Ре °'a///oi8679716457504336292114\\\/_..43(-"\\^"/////\\4\6\\—R74_.///\5——////////ff--1/[1Ташкент1,0Лрцсь1,50,53,02,0Ташкент310S.
кмРис. 5.4. Этапы статистической обработки данных хронометражаТаблица 8. Данные статистической обработки хронометражаi2Vai13VG35592i03il01237516 18 21263133363663б41915526В таблице приняты следующие обозначения:141/513738468i - номер амплитуды; vai -число циклов /-той амплитуды; va - общее число циклов всех амплитуд.При обработке данных хронометража получены следующие результаты. За6,5 часов (310 км пробега) движения локомотива происходит 8 циклов полныхтеплосмен. Количественной характеристикой нагруженности конструкции слу-146жит диаграмма изменений напряжений в элементах конструкции, связанных сизменением режимов работы, которую получают расчетным способом из диаграммы температурного нагружения.
Для этого, строго говоря, необходиморасполагать сведениями о напряженном состоянии конструкции на частичныхрежимах работы дизеля, в том числе на режиме холостого хода.Для назначения базового режима эксплуатации рассмотрим гистограмму,построенную в соответствии с таблицей 8.Ф(Т)т,°с144176203225242255266274281288294302311322Рис.
5.5. Распределение температуры на поверхности огневой плитыкрышки цилиндра (в районе межклапанных перемычек) в зависимости от частоты появления ф(Т) в блоке нагруженияНа гистограмме ярко выражены три максимума, которые показывают, что врассмотренном блоке нагружения наиболее вероятными являются режимы нагружения с температурами на поверхности огневого днища крышки: ~190°С,~270°С и ~325°С.
При этом вероятно, первому и второму экстркемумам соответствуют максимальные напряжения, не превосходящие циклический пределтекучести материала в стабилизированном цикле. Кроме того, как ранее отмечалось, процесс релаксации напряжений (который в стабильном цикле оказывает решающее воздействие на рост остаточных напряжений) интенсивно проте-147кает для чугуна рассмотренной марки при температурах >300 С.
В связи с этимпредполагается, что основной вклад в повреждаемость материала будут вноситьлишь циклы с максимальной амплитудой теплосмены, то есть циклы, соответствующие переходу с режима полной мощности на режим холостого хода и наоборот. Таким образом, за базовый цикл нагружения принят трапецеидальныйцикл, изображенный на рис. 1.19.Рассмотрим подробнее результаты статистической обработки (последнююиллюстрацию на рис.
5.4). Средняя длительность одного цикла (смены мощности) в рассмотренном блоке нагружения, включая нестационарную и стационарную (выдержку) части составляет т=0,48 часа (29 минут). При переходе ктемпературным циклам необходимо принимать во внимание значительную тепловую инерцию конструкции, связанную с ее массой. По литературным данным, для крышек цилиндров среднеоборотных дизелей (массой 80.. 120 кг) стационарное тепловое состояние (при наборе мощности) достигается за 0,05..0,13часа (3-8 минут). В то время, как для достижения стационарного теплового состояния, соответствующего холостому ходу дизеля, требуется 0,33..0,5 часа(20..30 минут) и более.
Принимая время, требуемое на охлаждение конструкциидо температур, соответствующих температурам при холостом ходе дизеля равное 25 минутам, будем иметь среднюю продолжительность температурногоцикла т=0,81 часа (49 минут). Таким образом, в рассмотренном блоке длительностью 6,5 часов будем иметь максимально возможное количество циклов полных теплосмен равное N=8 циклам.
В рассмотренном блоке нагружения можновыделить четыре из восьми циклов смены мощности, в которых имеют местополные амплитуды температурных напряжений. При этом из рассмотрения необходимо исключить циклы, выдержки на холостом ходу в которых по временибыли менее 25 минут.Приресурсев, S 1200000 _ Я 7 1Я=— == 38711б3101200тыс.км.пробегатепловозабудемиметь:„блоков нагружении за ресурс. Здесь S — ресурс, 1б -148длина блока нагружения.
Подсчитывая, таким образом, количество циклов теплосмен за период эксплуатации до КР в рассмотренном блоке будем иметь15484 цикла полных теплосмен, с максимальными амплитудами напряжений.Интенсивность накопления температурных циклов составит 1=0,013 цикла/км.Рассмотренный блок нагружения в целом отражает основные особенностинагружения дизеля при типовой эксплуатации пассажирского локомотива, однако для дальнейшего уточнения эксплуатационной нагруженности необходимо получение дополнительных данных хронометража, которые к настоящемумоменту отсутствуют.Для некоторых дизелей тепловозного назначения моторесурс регламентируется в часах, поэтому необходимо выполнить оценку интенсивности накопления циклов за один час работы силовой установки. По ТУ 24-4-465-81, а также в соответствии с требованиями ОАО «РЖД» (таблица 9.) на эксплуатациюлокомотива до капитального ремонта пробег должен быть не более 1200 тыс.км, что соответствует 10 годам эксплуатации.
Выполним расчет времени эксплуатации дизеля тепловоза ТЭП-70 на режимах, показанных на рис. 5.4. За 10лет эксплуатации предусмотрено 2 технических обслуживания (ТО-2 и ТО-3) итри плановых ремонта (ТР-1, ТР-2, ТР-3) в соответствии с нормами (таблица10.). Учитывая реальное время, необходимое на ремонт силами локомотивныхдепо, общее суммарное время, отводимое на ремонты, составляет 400..700 часов.
В расчете будем учитывать минимальное время — 400 часов.Максимальное теоретически возможное время работы локомотива - 87408часов (10 лет). Вычтем время ремонтов и получим 87008 часов. Такое количество часов теоретически возможно в эксплуатации. Однако известно, что реальное эксплуатационное время существенно меньше. В связи с этим необходимо уточнить степень нагруженности расчетного режима (рис. 5.4.) по отношению ко всему возможному времени работы.Поскольку расчетный режим не является преимущественным в эксплуатации, в которой имеют место прогрев дизеля, запланированные и незапланиро-149ванные стоянки и остановки (связанные со сменой машинистов, дозаправкойтопливом, маслом и песком), ожидание, маневровые работы и другое, необходимо соотнести время работы тепловоза на расчетном режиме (в пути) с общим(теоретически возможным) временем работы.Таблица 9.
Регламент ремонтных работ по ТУ (тепловоз ТЭП-70)Время простоя,МежремонтныйПериодичность речаспробег, тыс. км.монтаТО-2--через 48 часовТО-31212не менее 30 сутокТР-130125через 10 месяцевТР-2144250через 20 месяцевТР-3192500через 38 месяцевКР-1200через 10 летВид ремонтаТаблица 10. Нормы времени и периодичность ремонтов магистральныхтепловозов по требованиям ОАО «РЖД»СерииТехническое обслуживаниеТО-2,ТО-3,ч, нетыс. кмболееТекущий ремонт,тыс. кмТР-1ТР-2ТР-3Средний ремонтСР,тыс. кмКапитальныйремонтКР,тыс. кмТЭ10 дизель-генератор10Д100;М62 дизель-генератор14Д40;72105015030060012007215502004008001600481550200400—1200ТЭП60ТЭ10 дизель-генератор1А-9ДГ;М62 дизель-генератор 526ДГ;2ТЭ116ТЭП70Для этого необходимо определить коэффициент загрузки тепловоза. По даннымзаводского отчета о пробеге тепловозов ТЭП-70 в депо Ташкент средняя участ-150ковая скорость движения тепловоза (по 32 поездкам) составляет 46,7 км/час.
Врасчет скорости при этом идет общее время в пути (с учетом стоянок). Средняятехническая скорость - 49,8 км/час. При этом учитывается чистое время движения без учета стоянок [91]. Полученные скорости движения соответствуютофициально заявленным МПС данным: соответственно 45 и 52 км/час для пассажирских тепловозов, для грузовых локомотивов 31 и 39 км/час.На основе среднемесячного пробега тепловозов определим среднюю скорость движения за месяц (с учетом всех вышеперечисленных факторов). Среднемесячный пробег тепловозов по данным 5 депо за 2005-2006 годы (Сольвыдчегодск, Ртищево, Елец, Тюмень, Смоленск) за год составляет 9776 км/месяц.Общее количество эксплуатируемых этими депо локомотивов составляет 69единиц.В месяце в среднем 727,2 часа, поэтому среднюю скорость определяем,разделив среднемесячный пробег на среднее количество часов в месяце.
Такимобразом, получаем среднюю скорость движения локомотива в «осредненном»месяце - 13,4 км/час. Предполагая в дальнейшем время эксплуатации 87008,часов получим пробег до КР примерно 1170 тыс. км., что соответствует ТУ.Полученные данные несколько ниже официальных 20 км/час для грузовых тепловозов, что говорит о большем коэффициенте загрузки грузового локомотива(среднемесячной). При этом средние участковые и среднетехнические скоростиу пассажирских тепловозов выше, но среднемесячная скорость меньше, чтокосвенно подтверждается большими среднесуточными пробегами грузовых тепловозов (550 км.) против 270 км для пассажирских тепловозов.
Иначе говоря,пассажирские локомотивы эксплуатируются более интенсивно, но менее часто,чем грузовые. Время работы на холостом ходу дизеля грузового локомотивавыше, в связи большей долей маневровых работ и большими простоями. Поэтому можно утверждать, что дизель грузового локомотива по количеству циклов менее нагружен, чем дизель той же мощности пассажирского тепловоза.151Полученных данных достаточно для определения фактического коэффициента загрузки расчетного режима.
При движении на выбранном участке со скоростью 46,7 км/час в месяц дизель проработает 209,3 часа. Коэффициент загрузки определяем соотношением полученного времени работы с общим (средним) количеством времени работы в месяц (при среднемесячном пробеге 9776209 3км.). Кз =— * 100% = 29% Таким образом, в расчетном режиме дизель может работать не более 29% от общего возможного времени эксплуатации. Время работы дизеля пассажирского локомотива в расчетном режиме выбранногоучастка пути составит: 87008-0,29 = 25232 часа. В действительности времяэксплуатации будет меньше, поскольку в расчете не учтены простои, связанные, например, с незапланированными ремонтами.Полученный коэффициент загрузки (29%) учитывает фактическое времяработы тепловозного дизеля в пути, включая стоянки и остановки, время работы дизеля на холостом ходу на выбеге (при движении состава по инерции), поскольку в расчете была принята средняя участковая скорость.Для расчета конечного числа циклов, накапливаемых в эксплуатации за период до КР, произведем расчет количества блоков нагружения исходя из полученных данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
