Технология и функционально-стоимостный анализ эффективности модернизации буксовых поводков

Оглавление

Цикл статей:
Глава 1 – Повышение ресурса колесных пар локомотивов с тележками поводкового типа

Глава 2 – Причины и факторы изнашивания бандажей колес локомотивов

Глава 3 – Комплексная математическая модель многозвенной механической системы «тележка – буксовые поводки – буксовые узлы – гребни колесной пары – рельсовая колея

Глава 4 – Конструкторское и технологическое совершенствование буксового поводка

Глава 5 – Экспериментальные исследования шарниров буксовых поводков

Глава 6 – Технология и функционально-стоимостный анализ эффективности модернизации буксовых поводков

Технология модернизации буксового поводка

Технология модернизации БП является «Ноу-хау» [111] для ремонтного производства, которым предусмотрено:

полное выполнение нормативных требований руководства по ремонту локомотивов [112, 113];
конструктурско-технологические соотношения, которые обеспечивают долговечную работу БП в межремонтный период без разрушения;
в процессе замены резины на полиамид:

подготовка технологического оборудования, оснастки и инструментов для демонтажа, разборки, дефектации и сборки БП;
инструкция по модернизации БП и обучение рабочего персонала;
технологический процесс формирования полиамидных шарниров с учетом механических операций;
сопровождение технологического процесса.

Функционально-стоимостный анализ эффективности модернизации буксового поводка

Проблема интенсивного износа ведущих КП ТПС в течение двух десятилетий сопровождается дополнительными затратами труда различной природы и капитала по многим инфраструктурам. Обеспечение безопасности движения поездов в свою очередь требует дополнительных трудовых, организационно-штатных и эксплуатационных расходов. Структура затрат формируется из нескольких технических и технологических составляющих:

простой локомотивов на неплановых ремонтах (ТО-4) из-за неисправностей колесных пар, требующих восстановления профиля
бандажа или переподкатки КМБ. Функционально-стоимостный анализ
затрат, приведенных к усредненному значению на 10000 обточек КП
состоит из следующих пунктов:
а) затрат на одну операцию по обточке КП без ее выкатки с рентабельностью 7 %

где Ж – затраты на одну операцию по обточке КП без ее выкатки, руб.;

№^пар. – количество обточек КП, шт.

По оценкам экспертов, среднее значение приведенных затрат на одну обточку КП составляет более 70 тыс. руб.

затраты, связанные с техническими мерами упреждения износа бандажей КП:
на содержание бортовых гребнесмазывателей, рельсосмазывающей передвижной техники и путевых стационарных лубрикаторов;
на упрочнение бандажей специальными технологическими методами;
на закупка смазки.
Показатель расхода топлива локомотивом из-за дополнительного сопротивления движению, возникающего от перекоса колесных пар в раме тележки и колее;

Отмеченные работы и технологические операции относятся к затратам на неплановое устранение неисправностей КП.

В диссертационной работе последовательно обоснованы причины износа гребней, где по результатам ранжирования главенствующей причиной является неудовлетворительное состояние РМШ буксового поводка. Разработка мероприятий повышения ресурса бандажей требует проведения расчетов по оценке экономической эффективности внедрения организационно- технических мероприятий, в частности, модернизации буксового поводка.

Внедрение в производственный процесс новой технологии ремонта БП, позволяет обеспечить экономический эффект по отдельным составляющим:

по снижению затрат на производство единицы продукции;
по повышению качества изделия;
по росту производительности труда;
по снижению затрат на ремонтные работы усовершенствованного БП.

Расчет экономической эффективности от внедрения в эксплуатацию

модернизированных БП выполнен на примере тепловоза ТЭ10МК ремонтного локомотивного депо Тында-Северная (ТЧР-36).

Если принять, что межремонтный пробег до ТР-3 составляет 400 тыс. км, а ресурс резиновых втулок БП, в среднем, составляет 180 тыс. км, то БП необходимо ремонтировать примерно n = 400 /180 = 2,22 раза. Средний ресурс у модернизированного БП, по результатам аналитических расчетов, будет составлять более 400 тыс. км.

Экономическая эффективность внедрения модернизированного буксового поводка

Замена резиновых втулок РМШ на полиамидные обеспечивает эффективность, только за счет разницы между затратами на формирование шарнира с резиновыми втулками и затратами на формирование шарнира с полиамидными втулками.

Тогда экономическая эффективность модернизации шарниров БП определяется по формуле [114]

Исходные данные для расчета приведены в таблице 6.1.

Подставляем исходные данные в формулу (6.7) и (6.6)

Экономическая эффективность от снижения стоимости ремонта одного БП в процессе деповского ремонта в объемах ТР-3 и СР

По данным ремонтного локомотивного депо Тында – Северная (ТЧР-36), себестоимость ремонта БП в объеме ТР-3 или СР составляет 13243 руб. Отсюда следует, что себестоимость ремонта модернизированного БП в депо будет составлять

С = 13243 – 3249 = 9994 руб.

Если секция тепловоза ТЭ10МК имеет 24 поводка, то экономический эффект от модернизации ремонта БП в локомотивном депо Тында-Северная будет равен

Вывод: затраты, связанные с модернизацией БП, позволят получить с одного тепловоза экономический эффект в размере 77976 руб., т.е. данное внедрение экономически оправдано.

Выводы

Разработаны и предложены технологические приспособления, инструмент и инструкция по формированию шарниров на основе композиционного материала при деповских видах текущих ремонтов тепловозов.
Экономический эффект только от внедрения технологического процесса замены резины на композиционный материал, в сопоставлении с текущим или средним ремонтом обрезиненных шарниров поводков одной секции тепловоза, составляет более 77 тыс. руб.
В результате проведенных исследований выполнены научно обоснованные технические и технологические разработки, направленные на повышение ресурса бандажей колесных пар локомотивов путем замены резины в поводковых шарнирах конструкционным материалом, который обеспечивает их долговечность и нормативную длину поводков в процессе эксплуатации.
В диссертационной работе получены научные и практические результаты.
По результатам целенаправленного анализа эксплуатационной статистики и аналитического ранжирования установлено, что одним из основных факторов, определяющим ресурс бандажей, является низкая долговечность обрезиненных шарниров поводковых связей тележки с буксами КМБ.
Характер неисправностей обрезиненных шарниров и их металлических деталей создает, в межремонтный период эксплуатации локомотивов, несоответствие нормативных параметров (320±0,2 мм) четырех буксовых поводков каждого КМБ, следствием которого является перекос оси колесной пары в раме тележки тепловоза от 2 до 14 мм.
На основе разработанной комплексной математической модели многозвенной механической системы «тележка – буксовые поводки – буксовые узлы – гребни колесной пары – рельсовая колея» получена возможность определять трехмерное положение оси колесной пары в зависимости от линейных параметров буксовых поводков. Экспериментально подтверждается, что при увеличении перекоса оси колесной пары с 2 до 6 мм интенсивность изнашивания гребней увеличивается в 5-6 раз. Модель дополнена фундаментальными положениями кинематики движения колесной пары, позволяющая оценивать значение скорости взаимодействия гребня с боковой поверхностью головки рельса в зависимости от поступательной скорости локомотива и диаметров его колес. Получена возможность компьютерной визуализации процесса взаимодействия гребней (набегающего, выбегающего) и боковых поверхностей головок рельсовой колеи, в графическом и параметрическом представлении, с учетом перекоса колесной пары.
Получил развитие метод оптимального расчета параметров шарниров буксового поводка из композиционного материала. Модель буксового поводка построена с помощью программы «Ansys 14.5. Workbench» (элементов анализа «Static Structural» и «Explicit Dynamics»), что позволяет выполнять многовариантные расчеты с учетом физико-механических свойств конструкционного материала (износостойкость и прочность), используя теорию краевых задач вязкоупругости в напряжениях и деформациях.
Поездные испытания резино-металлических шарниров буксовых поводков показали, что значения изменения длины буксовых поводков превышают альбомные допуски в 40,6 раз (от 2 до 12 мм), что составляет 46 % от всего времени движения локомотива. Изготовлен и прошел стендовые испытания буксовый поводок с шарнирами из конструкционного материала. Предельное значение параметра длины модернизированного букового поводка достигает 320±0,04 мм, что не превышают альбомные допуски (320±0,2 мм). Оптимальная конструкция поводковых шарниров защищена патентом на полезную модель № 146946 (приложение А).
Разработаны и предложены технологические приспособления, инструмент и инструкция по формированию шарниров на основе композиционного материала при деповских видах текущих ремонтов тепловозов. Выполнен функционально-стоимостный анализ эффективности замены резиновых элементов в шарнирах буксовых поводков на композиционный материал. Экономический эффект только от внедрения технологического процесса замены резины на композиционный материал, в сопоставлении с текущим или средним ремонтом обрезиненных шарниров поводков одной секции тепловоза, составляет более 77 тыс. руб.

Список литературы

Нильсен, Л. Механические свойства полимеров и полимерных композиций : пер. с англ. канд. техн. наук П.Г. Бабаевского. – М. : Химия, 1978.- 312 с. Нью-Йорк, 1974.
Смирягин, А.П. Промышленные цветные металлы и сплавы / А.П. Смирягин. – 2-е изд. перераб. и допол. – М.: Гос. науч.-техн. изд-во лит. по черной и цветной металлургии, 1956. – 281 с.
Справочник по конструкционным материалам / Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов и др. Под ред. Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 640 с.
Болтон, У. Конструкционные материалы, металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. Карманный справочник : пер. с англ. – М. : Издательский дом «Додэка-XXI», 2004. – 320 с.
Колтунов, М.А. Упругость и прочность цилиндрических тел / М.А. Колтунов, Ю.Н. Васильев, В.А. Черных. М.: Высшая школа, 1975. – 526 с.
Колтунов, М.А. Метод упругих решений задач термовязкоупругости / М.А. Колтунов, И.Е. Трояновский // Механика полимеров. – 1970. – №4. – С.603-614.
Ильюшин, А.А. Метод аппроксимаций для расчета конструкций по линейной теории термовязкоупругости / А.А. Ильюшин // Механика полимеров. – 1968. – №2. – 125 с.
Колтунов, М.А. Прочностные расчеты изделий из полимерных материалов / М.А. Колтунов, В.П. Майборода, В.Г. Зубчанинов. – М. : Машиностроение, 1983. – 239 с.
Морозов, Е.В. ANSYS в руках инженера / Е.В. Морозов. Изд. 2-е, испр. : Механика разрушения. – М.: ЛЕНАНД, 2010. – 456 с.
Лукьянова, А.Н. Моделирование контактной задачи с помощью программы ANSYS : Учеб. – метод. пособие / А.Н. Лукьянова. – Самара : Изд-во Самар. гос. техн. ун-та, 2010.-52 с.
Инженерный анализ а ANSYS Workbench : учеб. пособоие / сост.: В.А. Бруяка, В.Г. Фокин, Е.А. Солдусова и др. – Самара: Изд-во Самар. гос. техн. ун-та, 2010.- 271 с.
Р 50-605-80-93. Система разработки и поставки продукции на производство. Термины и определения. – М. : ВНИИ стандарт, 1993. – 45 с.
ТЭ10 ИО. Руководство по техническому обслуживанию и текущему ремонту тепловозов 2ТЭ10. – М. : Департамент локомотивного хозяйства ОАО «РЖД». ФГУП ВНИИЖТ, 2004. – 362 с.
ТЭ116 ИО. Руководство по техническому обслуживанию и текущему ремонту тепловозов 2ТЭ116. – М. : Департамент локомотивного хозяйства ОАО «РЖД». ФГУП ВНИИЖТ, 2004. – 348 с.
Методическое указание по определению экономической эффективности капитальных вложений и технических решений в транспортном строительстве. – М. : Оргтрансстрой, 1974 – 28 с.
Bismannf Die Ergebnisse von verschleibutasuchungen im Bahnnets der Braunkohlenindustrie / ETR, 1958. – №10. – Р. 1-10.
Wood’s. Practical treatise on Rail – roads, 1830. – 382 с.
Pambur. Traite theorique et pratique des madrines locomitives. Deux e’dition 1840. De la resistance de l’air.
Frenk, A. De la resistance des trains et la puissance des machines, 1960.
Poncelet, J.V. Introduction a la mecanique industielle, 1870. – 548 c.
Koch, R. Das Eisenbahn – Machinenwegen, 1879. – 37 р.
Klingel, H. Uber die Lauf der Eisenbahnuragen auf Bahn. Orgain fur die Fortschritte des Eisenbahnwesens in techischer Beziehung // Neue Folge. XX Band. – №4. – 1883. – Р.113-123.
Carter, F.W. On the Stability of Running of Locomotives, – Proc. of the Royal Society of London, Series A., vol. 121, P. 585-611.
Porter, S.M. The Mechanics of Locomotive on Courved Track. – Railway Engineer, 1934, vol. 7, №55, P. 10-12.
Rocard, Y. La stabilité de Route des Locomotives, vol. 2, Hermann, 1936.
A.D. de Pater Expose de la theorie de l’interaction entre la voie et le vehicule de chemin de fer. Mouvement sur une voie en alignement droit, report published, ORE, Utrecht, 1963. – 111 p.
Kalker, J.J. A strip theory for the rolling with slip and spin. – Proc. of the koninklyke nederlandse akademie von wetenschappen, 1967, 70 B, P. 10-51.
Heywood, R.B. The strength of lugs in fatigue / R.B. Heywood, Unpubl. MoA rep., Jan. 1956.
Mathar, J. Uber die spannugsverteilung in Stangenkopfen / J. Mathar, V.D.I. Verlag, G.m.b.H., Berlin, 306, 1928.
Fisher, W.A.P. Improvements in the fatigue strength of joints by the use of interference fits / W.A.P. Fisher, W.J. Winkworth, ARC R&M 2874, 1955 (исследование проушин со втулками и без них).
Low, F.A. Fatigue strength of pin-jointed connections in aluminium alloy BS L 65 / A.C. Low, Proc. IME, 172, 1959, 821-38.
Патент на полезную модель – «Буксовый поводок»