Обоснование конструктивных параметров технологической оснастки для ремонта деталей подвижного состава с учетом размерных связей сборочной единицы

13. Nehaev V. A. Optimizatsiia rezhimov vedeniia poezda s uchetom kriteriev bezopasnosti dvizheniia (metody i algoritmy) (Optimization of modes of conduct of trains based on the criteria of safety (methods and algorithms)). Doctor's thesis, Omsk, 2000, 352 p.

УДК 629.4

В. С. Смольянинов, А. В. Смольянинов

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С УЧЕТОМ РАЗМЕРНЫХ СВЯЗЕЙ СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ

В статье приведено обоснование использования размерной координации рабочих поверхностей корпусов буксовых узлов экипажной части грузовых вагонов в системе тележки модели 18-100 с целью определения конструктивных параметров технологического приспособления, используемого для выполнения операции механической обработки поверхностей после нанесения покрытий, обеспечивающих компенсацию износов. Обоснованы параметры технологического приспособления. Приведено в общем виде конструктивное решение.

Долговечность работы машин определяется совершенством конструкции и технологических процессов их изготовления и ремонта. В процессе работы надежность машин постоянно снижается вследствие изнашивания трущихся деталей, коррозии, усталости металла и его старения.

Для поддержания техники в работоспособном состоянии необходимо систематически повышать качество ремонта и совершенствовать его способы. Эффективными мероприятиями в ремонтном производстве являются внедрение технологических процессов механизированной наплавки и применение современного технологического оборудования, приспособлений, материалов.

При восстановлении деталей машин механическая обработка резанием является составной частью технологического процесса, определяющей геометрическую точность и качество деталей. Механическую обработку резанием применяют как самостоятельную технологию восстановления деталей под ремонтные размеры, так и в качестве заключительной операции при восстановлении деталей с использованием наплавки и других методов наращивания.

Наибольший интерес при совершенствовании технологического процесса ремонта буксового узла тележки грузового вагона модели 18-100 представляет корпус буксы. Ремонт корпусных деталей всегда сопряжен с трудностями как выбора способов восстановления изношенных поверхностей, так и обоснования технологических параметров. Задача выбора способов восстановления в лучшем случае должна решаться с использованием методов оптимизации по технико-экономическим параметрам. Опытные технологи, однако, решают подобные задачи упрощенно. Чаще всего основой решения проблем является собственный опыт технолога и наличие на предприятии технологий и оснащения, решающих аналогичные задачи.

Однако такие технологических параметры, как толщина наращиваемых слоев, размерные связи исполнительных поверхностей, свойства исполнительных поверхностей и некоторые другие, практически не обосновываются.

Отсутствие надежного, отвечающего требованиям качества ремонта специализированного оснащения является главной причиной того, что на большинстве предприятий корпуса букс обрабатываются без учета точности образующихся при этом размерных связей.

Одним из эффективных путей создания совершенной технологии ремонта тележек вагонов является использование теории анализа размерных связей [1 - 3].

С целью развития приведенной в работе [1] методологии решения технологических задач, связанных с обеспечением качественной сборки экипажной части вагона, выполнен ана-

56 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^^ № 4(24) 2015

= _

лиз размерных связей в тележке и влияния на них воздействии различных параметров, в том числе сил, возникающих при торможении. Рассматривались при этом смещения частей конструкции экипажа в допустимом их значении в связи с наличием зазоров. Неравномерность распределения тормозных усилий по осям и колесам в процессе перемещения подвижного состава приводит к изменению геометрии тележек, возникновению в них перекосов. Размерный анализ показывает, что взаимное положение осей колесных пар в каждый момент движения (назовем его «мгновенным») зависит от размерных связей в боковых рамах тележки и размерных связей буксовых узлов.

В связи с изложенным можно сделать вывод о необходимости совершенствования технологии ремонта в части обоснования технологических параметров процессов, используемых для восстановления и с целью создания «нормальной» технологической оснастки, конструктивные параметры которой позволят обеспечить точность выполнения необходимых размеров.

Общеизвестно, что наиболее оптимальным при сборке тележек грузовых вагонов будет метод пригонки при комплектовании их парами боковин. Однако непараллельность осей колесных пар из-за несимметричной (неправильной) геометрии рамы тележки (или из-за неправильно подобранных боковых рам) - еще не все проблемы. Нарушение геометрии тележки может произойти и из-за несимметричного восстановления размерных связей в буксовых узлах колесных пар.

Буксовые узлы колесных пар вагонов со своими размерными связями должны быть включены в размерные связи экипажа. Однако пытаться и их подбирать при сборке будет весьма затруднительно, так как размерные цепи при этом удлинятся и требуемая цель - минимизация перекосов в тележке - практически не будет достижима с точки зрения экономической целесообразности. Экономические потери будут связаны с удорожанием ремонтных работ в связи с ужесточением допусков на восстанавливаемые размеры составляющих звеньев размерных цепей и в связи с увеличением количества таких звеньев. Размерные связи буксовых узлов должны восстанавливаться отдельно и должны соответствовать требованиям метода полной взаимозаменяемости при выполнении сборочных операций.

Симметрия буксового узла относительно оси колесной пары будет означать равенство размеров «ар» и «а2» (рисунки 1 и 2).

Рисунок 1 - Размерные связи между исполнительными поверхностями буксового проема и корпуса буксы

Кроме этого симметричным корпус буксы будет при правильном положении опорной поверхности и направляющих, т. е. в случае отклонения взаимного положения этих поверх-

№ 4(24) 2015

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

ностей от перпендикулярности появятся составляющие сил, которые приведут к неравномерному износу. Сопряжение направляющих корпуса и буксового проема боковой рамы будет происходить не по плоскости, а в определенных локализованных площадках.

ч ч

А

Рисунок 2 - Размерные связи между исполнительными поверхностями в корпусе буксы

Это приведет к интенсификации износа направляющих корпуса и направляющих боковой рамы, к увеличению зазоров между боковой рамой и корпусом и в общем случае - к неправильной работе тележки. Увеличившаяся при этом подвижность сопряжения «корпус буксы - рама» приведет к еще большему искажению геометрии и интенсификации износов. Отсюда задача: путем совершенствования технологии и технологической оснастки «выправить» геометрию корпуса буксы при ремонте, задать более точными ее размеры и решить часть проблем, обозначенных выше.

С целью обеспечения симметрии корпуса буксы относительно оси (равенство размеров «а1» и «а2») и взаимной перпендикулярности опорной поверхности и направляющих необходимо совершенствовать технологию ремонта. Анализ технологии и технологического оснащения, призванного реализовать технологию восстановления, показывает, что методы восстановления, связанные с наращиванием изношенных поверхностей и механической обработкой, не всегда решают обозначенные проблемы. Например, толщина наплавляемого слоя определяется, по сути, величинами износов поверхностей, хотя толщина наплавляемых слоев на первом этапе решения проблем должна хотя бы с малой долей точности создавать «правильную» геометрию. Окончательно решает задачу при этом механическая обработка.

Проблемы могли бы решиться проще, если бы технологическая система «станок, приспособление, инструмент, обрабатываемая деталь» имела параметры, однозначно определяющие точное взаимное положение обрабатываемых поверхностей и инструмента, а вся система обладала бы достаточной жесткостью и надежностью. Более простым вариантом следует считать вариант использования существующих средств технологического оснащения, таких как оборудование (станки) и инструмент. Однако такой элемент системы, как приспособление, следует, в простейшем случае, совершенствовать, а более реально - разработать заново. Во втором случае появится возможность использовать все теоретические положения и практические наработки, решающие проблемы качественной механической обработки.

Анализ приспособления (конструкции, принципа действия и т. д.), используемого в действующих предприятиях для закрепления (базирования) корпуса буксы при механической обработке после наплавки, вскрывает его недостатки.

58 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^^ № 4(24) 2015

= _

Недостатки в технологическом оснащении ремонтных предприятий связаны со многими причинами. В первую очередь это, конечно же, недостатки в организации технологических служб, а во-вторых, это недостаточная связь производственников-ремонтников с машиностроителями с точки зрения использования теоретических наработок, давно известных в машиностроении. Проблеме обоснования параметров технологического оснащения и методологии выбора этих параметров посвящена статья [3].

Существующее приспособление для механической обработки рабочих поверхностей корпуса буксы с точки зрения основ технологии машиностроения не реализует внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса как двойную направляющую базу, что гарантировало бы реализацию принципа совмещения баз.

При базировании на существующее приспособление корпус опирается на торец, реализуя его как установочную базу (рисунок 3, а). Это нарушает основополагающее требование по достижению точности - базирование по принципу совмещения баз [4]. Следует при этом отметить, что конструктивно комплект подшипников буксового узла реализует внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса в качестве основной конструкторской базы. Конечно, достичь требуемой точности можно было бы выверкой положения основной конструкторской базы относительно обрабатывающего инструмента. Однако практически это трудно выполнить без специальных измерительных устройств, тем более что выверка характерна для единичного производства, а вагоноремонтное производство в части ремонта корпусов букс как минимум крупносерийное.

Р

Рисунок 3 - Схемы базирования корпуса при механической обработке: а - неправильная; б - правильная

При механической обработке по существующей технологии (см. рисунок 3, а) установочная база создается по торцу корпуса буксы (комплект опорных точек 1 - 3). За счет сил трения предотвращается поворот (упорная база, точка 6), а на цилиндрическом пальце реализуется двойная опорная база (опорные точки 4 и 5). Такая схема не соответствует принципу совмещения баз. К этому недостатку следует присовокупить еще несколько. Первое - это повышенные зазоры между пальцем и отверстием, неточность приспособления вследствие износов и, по сути дела, невозможность использования существующей конструкции для реа-

№ 4(24) ОЛИ с ИЗВЕСТИЯ Транссиба 59

2015 1

лизации принципов базирования. Второе - начальное положение корпуса буксы при механической обработке определяется входящей в комплект планкой в качестве подводимой временной опоры. Такая схема действий содержит в себе выверку. Однако точность положения корпуса (точность базирования) ничем не контролируется, что позволяет усомниться в точности выполняемой операции.

В соответствии с принципом совмещения баз двойная направляющая база (установочная плюс направляющая базы) должна реализоваться по основному отверстию (корпус устанавливается на длинный палец в виде разжимной оправки) и опорная, которой будет торец. Упорная база (опорная точка 6) реализуется за счет, например, сил трения по поверхности пальца (рисунок 3, б).

По результатам оценочных измерений, выполненных на рабочем месте фрезеровщика, погрешность базирования при установке на существующее приспособление составляет примерно 1 - 2 мм от теоретически обоснованного положения корпуса буксы, что дает угловую погрешность в пределах одного градуса. С точки зрения обеспечения качества ремонта это неприемлемо. При выполнении операций механической обработки не гарантируется симметричность положения направляющих поверхностей относительно оси буксы. Неперпендикулярность опорной и направляющих поверхностей может привести к неравномерному износу как направляющих корпуса, так и направляющих буксового проема. Отметим еще раз высокую трудоемкость обработки по этой схеме, так как выверка (установка) положения и контроль точности осуществляются с использованием несовершенного измерительного приспособления, которое само имеет серьезные погрешности.

Таким образом, для решения задачи обеспечения точности механической обработки, а следовательно, и симметрии корпуса буксы необходимо

на основании теоретической схемы базирования разработать конструкцию приспособления;

выполнить силовой расчет приспособления;

оценить точность приспособления с целью обеспечения точности базирования.

Для фрезерования опорной и направляющих поверхностей корпуса буксы спроектировано приспособление (рисунок 4) в виде кулачковой самоцентрирующей оправки с диафраг-менным приводом и поворотным столом.

Работа зажимного устройства приспособления осуществляется с помощью сжатого воздуха. При подаче воздуха через штуцер 10 в полость корпуса 1 шток 6 под действием диафрагмы 9 двигается поступательно вниз и перемещает втулку 4, прикрепленную к штоку с помощью гайки 13, три кулачка 3, разжимаясь, фиксируют обрабатываемый корпус на приспособлении и в то же время обеспечивают его положение относительно оси. Обратный ход штока и отпуск детали производятся от пружины 12 и пружинных колец 5. Основание 2 приспособления служит для размещения на нем корпуса с элементами устройства и установки приспособления на столе фрезерного станка. Важным элементом конструкции является фиксатор 8, позволяющий зафиксировать обрабатываемый корпус в определенном предварительном положении относительно оси отверстия. Окончательно корпус 1 фиксируется относительно основания 2 болтами 18 и гайками 14. Сферическое кольцо 7 на корпусе приспособления крепится (с условием свободы перемещений по сферической поверхности в пределах, необходимых для компенсации погрешностей взаимного положения торца отверстия корпуса буксы и его цилиндрической поверхности) планками11 и винтами 17. Не указанные в описании элементы конструкции имеют второстепенное назначение, понятное из рисунка.

Таким образом, спроектированное зажимное устройство позволило достичь следующих результатов:

- обеспечило стабильность заданного положения детали при обработке;

- погрешность симметричности направляющих буксы снижена до нуля;

- приложение силы зажима максимально приблизило деталь к месту обработки;

- точка приложения сил зажима находится в зоне, образованной условными линиями, соединяющими опорные точки детали в приспособлении;

60 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(24) 2015

= _

- исключило деформацию деталей и порчу их поверхностей от действия сил закрепления;

- обеспечило повышение производительности (время на базирование сократилось более чем на 60 %).

б

Рисунок 4 - Приспособление для механической обработки корпусов букс грузовых вагонов

Список литературы

1. Смольянинов, В. С. Концепция построения технологического процесса ремонта ходовой части грузового вагона [Текст] / В. С. Смольянинов В. В. Требин, А. В. Смольянинов // Исследование процессов взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой: Материалы сборника статей по результатам выполнения программы фундаментальных и поисковых научно-исследовательских работ за 1998 год / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 1998. - 139 с.

2. Смольянинов, В. С. Обоснование пути повышения надежности тормозной системы грузовых вагонов [Текст] / В. С. Смольянинов, П. В. Смольянинов, В. А. Четвергов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2012. - № 1 (9). - С. 42 - 50.

3. Смольянинов, А. В. Размерные расчеты тормозной рычажной передачи грузового вагона как метод обоснования путей повышения качества ремонта [Текст] / А. В. Смольянинов, П. В. Смольянинов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. -2012. - № 2 (10). - С. 27 - 36.

№ 4(24) 2015

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

а

4. Антонюк, В. Е. Конструктору станочных приспособлений: Справ. пособие [Текст] / В. Е. Антонюк. - Минск: Беларусь, 1991. - 423 с.

References

1. Smolyaninov V. S. Concept of process repair the chassis of freight cars [Kontseptsiia postroeniia tekhnologicheskogo protsessa remonta khodovoi chasti gruzovogo vagona]. Materialy sbornika statei po rezul'tatam vypolneniia programmy fundamental'nykh i poiskovykh nauchno-issledovatel'skikh rabot za 1998 god. (Materials collection of articles on the results of the program of fundamental and exploratory research works for 1998). - Omsk, 1998.

2. Smolyaninov V. S., Smolyaninov P. V., Chetvergov V. A. Rationale for ways to improve the reliability of the braking system of freight wagons. [Obosnovanie puti povysheniia nadezhnosti tormoznoi sistemy gruzovykh vagonov]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2012, no. 1 (9), pp. 42 - 50.

3. Smolyaninov A. V., Smolyaninov P. V. Dimensional calculations brake rigging freight cars as a method of study ways to improve the quality of repair [Razmernye raschety tormoznoi rycha-zhnoi peredachi gruzovogo vagona kak metod obosnovaniia putei povysheniia kachestva remonta]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2012, no. 2 (10), pp. 27 - 36.

4. Antoniuk V. E. Konstruktoru stanochnykh prisposoblenii (The designer of machine tools). Minsk, 1991, 423 p.

УДК 620.192.63

В. В. Харламов, П. К. Шкодун, И. В. Шестаков

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

В данной статье показан способ совершенствования технологии оценки состояния изоляции тяговых двигателей за счет внедрения современных средств технической диагностики. В статье проведен краткий анализ применяемых методов диагностирования с указанием критериев оценки по каждому методу. Предложены структура построения автоматизированной системы комплексного диагностирования состояния изоляции тягового электродвигателя и алгоритмы работы системы и оценки результатов испытаний на основе комплекса диагностических параметров.

Применение сложных систем технической диагностики на всех этапах жизненного цикла электротехнических изделий является одной из современных тенденций развития техники. В настоящее время на предприятиях создаются сложные автоматизированные системы мониторинга и диагностики технического состояния оборудования, в том числе и электродвигателей.

Значительная доля подвижного состава ОАО «Российские железные дороги» оборудована тяговыми электродвигателями (ТЭД) постоянного тока. Оценка состояния качества изоляции таких электродвигателей требует особого подхода, набора методов и критериев оценки. Создание системы комплексного диагностирования изоляции, учитывающей особенности конструкции и условия эксплуатации ТЭД, является в настоящее время актуальной задачей. Особенное внимание уделяется состоянию межвитковой изоляции ТЭД как основному фактору, влияющему на его работоспособность.

Устройства и системы комплексного диагностирования изоляции представлены на рынке компаниями Megger

62 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^^ № 4(24) 2015

= _