VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Известно, что рама кузова тепловоза М62 (рис.1) опирается на две трехосные тележки через опорно- возвращающее устройство (по четыре в каждой тележке), которое служит для передачи вертикальной нагрузки на тележку. Кроме того, опорно-возвращающее устройство во время движения не допускает отклонения продольной оси тележки от продольной оси тепловоза.  

Рис.1

Тележки тепловоза трехосные, челюстные с опорно-осевой подвеской тяговых электродвигателей и односторонним сбалансированным рес­сорным подвешиванием. Обе тележки, одинаковые по конструкции, состоят из рамы, рессорного подвешивания, опорно-возвращающих устройств, моторно-колесного блока и рычажной передачи тормоза. Тележки тепловоза взаимозаменяемы, но при подкатке передней те­лежки на место задней и наоборот необходимо соответственно переста­вить съемные лестницы. Рама тележки опорной конструкции состоит из боковин, двух междурамных креплений, двух концевых балок и шкворневой балки. По концам и в середине боковины вварены литые буксовые челюсти, стянутые снизу литыми струнками. В боковом проеме челюстей, в местах прилегания букс, приваре­ны наличники. К нижним листам креплений крепятся кронштейны, имеющие опоры под тяговые двигатели. Горизонталь­ные усилия передаются через шкворневую балку, которая опирается своими концами на междурамные крепления. В середине шкворневой балки имеется гнездо для шкворня. На тепловозе применена четырех точечная схема рессорного подве­шивания, в которой предусмотрены четыре самостоятельные группы сбалансированных рессор, и пружин. Каждая из этих пружин распо­ложена по одну сторону тележки. В состав группы или точки входят два средних и два концевых комплекта, а также система балансиров и подвесок, связывающих эти комплекты в одну систему. В средний комплект входят листовая рессора и две цилиндрические пружины, в концевой цилиндрическая пружина и составная подвеска. Опорно-возвращающее устройство каждой тележки состоит из че­тырех роликовых опор. Корпус роликовой опоры с нижней опорной плитой прикреплен к боковине рамы. Вертикальная нагрузка от веса кузова передается через установленные на раме тепловоза грибки, которые своей сферической поверхностью опираются на гнезда роли­ковых опор.Поворот тележки вокруг шкворня обеспечивается за счет пере­катывания роликов по нижней опорной плите и поперечного пере­мещения гнезда относительно опорной плиты. Возникновение вра­щающего момента при повороте тележки относительно кузова обеспе­чивается уклонами на верхней и нижней плитах [1,2].

Несмотря на эффективность использования т челюстной тележки такого тепловоза, последняя имеет очень важный недостаток, заключающиеся в том, что при преодолении тепловозом кривой участка пути наблюдается повышенный износ гребней колес колесных пар. В результате локомотивное депо, использующие такие тепловозы несут значительные затраты, связанные с восстановлением гребней колес колесных пар или заменой изношенных на новые.

Учитывая важность проблемы по обеспечению нормативной долговечности гребней колёс локомотивного парка как отечественного, так и зарубежного, в ЕГУ им. И. А. Бунина, проводится бюджетная НИР на тему «Динамика, прочность и надёжность транспортных, сельскохозяйственных и строительно дорожных машин, а также промышленного стандартного и нестандартного оборудования применительно к Чернозёмному региону РФ» и одним из разделов которой является изучение причин связанных с износом гребней колёс тепловозов и разработкой конкретных предложений по исключению такого явления.

Так рассмотрим, например, одно из таких предложений, на которое ФИПС выдано положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке №2014110334/11 от 2.02.15г

На рис.2 показана трехосная челюстная тележка тепловоза вид сбоку, один из ее укрупненных узлов и принципиальная гидравлическая схема управления колесными парами при входе тележки в кривую пути.

Рис.2

Трехосная челюстная тележка тепловоза состоит из рамы 1, на которой с помощью шарниров 2, установлены челюсти 3 букс 4 крайних колесных пар 5, связанных между собой с одной стороны винтовыми пружинами растяжения 6, и с другой штоками 7, 8, 9 и 10 гидроцилиндров 11, 12, 13 и 14 жестко закрепленных на раме 1. Средняя колесная пара 15 тележка своими буксами 16 расположена в неподвижных челюстях 17 жестко присоединенных к раме 1. Гидроцилиндр 11, 12, 13 и 14 соответственно трубопроводами 18 и 19 соединены с гидрораспределителем 20, снабженным золотником 21, а сам гидрораспределитель 20 трубопроводами 22 и 23 связан с гидростанцией 24, установленной в кузове 25 тепловоза. Каждая из букс 4 через балансиры 26 связана с рессорным подвешиванием 27. Колесные пары 15 расположены на рельсовом пути 28.

Работает трехосная челюстная тележка тепловоза следующим образом. При движении тепловоза по прямолинейному участку пути все детали его тележки находятся в таком положении, как это показано на рис.2. В случае же входа его в кривую пути, например, по стрелке А (см. рис.2) кузов 25 тепловоза перемещается в угловом направлении относительно тележки в противоположную сторону, что позволяет золотнику 21 гидрораспределителя 20 обеспечить подачу рабочей жидкости от гидростанции 24 по трубопроводу 22 по стрелкам В по трубопроводам 18 в полости гидроцилиндров 11, 12, 13 и 14 причем, трубопроводы 19 упомянутым золотником 21 соединятся с гидрораспределителем 20 с трубопроводом 23, через который рабочая жидкость по стрелкам С поступит в гидростанцию 24. Такое движение рабочей жидкости по стрелкам В и С позволит штокам 7, например, гидроцилиндра 11 переместиться по стрелке Е (см. рис.2), что вызовет и угловой поворот по этой же стрелке на шарнирах 2 челюстей 3, а так как они контактируют с буксой 4, то и она получит линейное перемещение также по стрелке Е. Одновременно штоки 8 гидроцилиндра 12, расположенные с противоположной стороны тележки, начнут двигаться по стрелке F. Совместно со своими челюстями 3, которые поворачиваются на своих шарнирах 2. В итоге колеса 5 данной колесной пары получат угловой поворот, также по стрелке А (см. рис.2). Следует отметить, что в гидроцилиндры 13 и 14 подобным образом так же одновременно поступит давление рабочей жидкости по трубопроводам 18 по стрелкам В и тогда их штоки 9 и 10 соответственно переместившись по стрелками К и М обеспечат угловой поворот своим челюстям 3. Тогда оси колес 5, расположенных на другом концевом участке рамы 1, также разместятся по радиусу относительно центра траектории кривой участка пути заняв в итоге положение I-I и II-II, показанное на рис.2 пунктирной линией. После того, как кривая пути будет пройдена и тепловоз окажется на прямом участке, золотник 21 гидрораспределителя 20 возвратится в исходное положение и тогда рабочая гибкость, подаваемая под давлением от гидростанции 24 поступит в гидроцилиндры 11, 12, 13 и 14 по трубопроводам 18 и 19 в направлении обратном стрелкам В и С, что обеспечит движение штоков 7, 8, 9 и 10 в направлении противоположном стрелам Е, F,K и М совместно с челюстями 3 и буксами 4. Следовательно, все детали устройств тележки возвратятся в исходное положение такое, как это показано на рис.2. Поворот тележки в противоположную сторону стрелки А происходит в принципе подобно тому, как это описано выше. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как она позволяет повысить надежность гребней колес тепловозов.

Анализ предложенного технического решения показывает, что одним из его основным, ответственным конструктивным элементом, от которого зависит безопасность движения тепловоза является винтовая цилиндрическая пружина растяжения. Учитывая такую их особенность произведём расчёт геометрических параметров винтовых пружин растяжения 17 (рис.2), расчётная схема одной из которых показана на рис.3, с целью обеспечения заданной работоспособности их в условиях эксплуатации.

Расчёт геометрических параметров винтовой пружины растяжения (рис.3), предназначенной для удержания подвижных челюстей буксы, например, тепловоза ТЭП75, у которогосила тяги длительного режима при скорости 70 км/ч 176 кН (18 000 кг) и тогда каждый из поводков, а их на двух тележках тепловоза 24 шт., в этом случае нагружен максимальным усилием 750 кг, произведём по известной методике вычислим следующим образом. Определим диаметр проволоки витка пружины по формуле [4]:

где: k – коэффициент зависящий от индекса пружины и равный 1,29;

с – индекс пружины равный 5;

P_max – действующая нагрузка на пружину при её растяжении 750 Н;

[τ] – допускаемые напряжения 75 кг/мм².

Рис.3

Учитывая, что указанная пружина работает в режиме передачи усилия тяги от КМБ на раму тележки, причём последняя не должна упруго деформироваться от действия указанного усилия в динамике, окончательно примем диаметр витка пружины d = 16,0 мм.

Определим средний диаметр пружины D_ср = с d = 5∙16 = 80 мм, тогда наружный диаметр будет равен D_н = 80+16 = 96 мм. Длина пружины L исходя из расстояния между подвижными челюстями буксы принята равной 385 мм. Материал пружины сталь 60С2А по ГОСТ 14959-86. Полученные численные значения удовлетворяют требованиям ГОСТ13765-86.

Приведём пример определения прогнозируемой величины денежных потоков при модернизации вышеуказанного тепловоза, используемого в локомотивном депо Елец ЮВЖД. Воспользуемся базовыми данными, представленными в табл., которые характеризуются денежными потоками при изготовлении предложенного технического решения как с использованием известной методики [5].

Показатели	Обозначения	Серийный тепловоз	Модернизированная тепловоз
1.Приток наличности, руб.		42000,0	45640,5
2.Отток наличности, руб.	,	33340,3	31532,3
2.1. Инвестиции в основной капитал руб.		9350,0	10435,0
2.2. Вложения в оборотный капитал, руб.		3320,0	4540,8
2.3. Себестоимость продукции, руб.		19640,0	17643,5
2.4. Амортизационные отчисления, руб.		2165,0	2250,0
2.5. Налоги, руб.		43,0	34,5
Чистый денежный поток, руб.	,	8659,7	14108,2

Анализируя данные табл. видно, что прирост вложений обеспечивает наименьшую зависимость локомотивного депо от поставок материалов и полуфабрикатов при разработке и внедрении модернизированного тепловоза в производство.

На увеличение денежных потоков связанных с такой модернизацией оказывает влияние снижение суммы налогов, которая сократилась на (43,0-34,5 = 8,5) 8,5руб. В первую очередь, это произошло за счет уменьшения налогооблагаемой базы, несмотря на увеличение нормы прибыли на 30%. Снижение себестоимости в данном случае позволило сократить, в общем, величину налогов.

Следует также отметить, что в результате снижения себестоимости изготовления модернизированного образца тепловоза удалось повысить величину денежных поступлений за счет увеличения нормы прибыльности около 30% не наращивая производственных мощностей.

Кроме этого, для определения доходности (эффективности) внедрения инноваций можно также использовать ряд показателей:

Так для отражения разности между будущей и текущей стоимостью в экономической практике используется коэффициент дисконтирования, который определяется по зависимости:

,

где: Е- норма прибыли принимаем равной 30%;

t- количество лет работы инновации устанавливаем- 5 лет.

Полученный результат показывает, что через пять лет каждый рубль, вложенный в модернизацию тепловоза, увеличится до 3,71 руб.

Известно, что коэффициент дисконтирования должен также учитывать факторы инфляции и риска (если только они уже не включены в норму дисконтирования). Поэтому коэффициент дисконтирования с учетом инфляции, но без учета риска, определяется по формуле:

,

где: - прогнозируемая величина инфляции принята равной на текущий год 16%;

- норма дисконта с учётом инфляции.

Следовательно, =1,76-1=0,76

Видно, что величина дисконта с учетом риска меньше величины коэффициента дисконтирования без ее учета. Это связано с тем, что инфляция разъедает денежную массу. С учётом поправки на риск показатель коэффициента дисконтирования рассчитаем по зависимости:

,

где: - поправочный коэффициент, устанавливающий степень риска.

Так как модернизируется уже имеющийся в производстве тепловоз, то выбираем минимальную ставку риска в размере 5% /3/.

Показателем, характеризующим время окупаемости капитальных вложений, служит срок окупаемости проекта, который определим по зависимости:

где:- общая сумма инвестиций в инновациях;

.- суммарный результат (денежный поток).

На основании вышеизложенного видно, что в течение 2,2 лет данный проект покроет все затраты, связанные с внедрением модернизированного тепловоза.

Результаты исследования переданы руководству Елецкого центра Белгородского региона ЮВЖД ОАО «РЖД», а так же рекомендуются для широкого изучения и анализа с целью возможного внедрения как отечественным, так и зарубежным научно-исследовательским и производственным структурам проектирующим, выпускающим и эксплуатирующим магистральные и промышленные тепловозы.

Библиография.

1. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. Учебник для студентоввузов. А. А. Камаев и др. / Под ред. А. А. Камаева.- М.: Машиностроение, 1981.-350с.

2. Конструкция и динамика тепловозов./ Под ред. В. Н. Иванова. 2-ое издание.- М.: Транспорт, 1974.-335с.

3. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука,, 1970. – 544с.

4. Пономарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчёт упругих элементов машин и приборов. М.: Машиностроение 1980. – 326с

5. Гиляровская Л.Т., Ендовицкий Д.А. Финансово-инвестиционный анализ и аудит коммерческих организаций. – Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 1997. – 336 с.

Код для цитирования: Скопировать