Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english

 Исследования динамики механических систем с учетом изнашивания

Механические системы, в которых процессы изнашивания влияют на динамику всего механизма, встречаются достаточно часто. Расчеты таких систем весьма затруднены, поскольку процесс изнашивания вносит большую нелинейность в задачу. Зачастую это решается с помощью расчетно-экспериментального подхода.   

В 2014 году сотрудники лаборатории проводили исследования динамики стрелочного электропривода с учетом трения во фрикционной муфте.
Стрелочный электропривод представляет собой устройство для автоматического перевода стрелок на железнодорожном транспорте и в метро. Рассматриваемый в данной работе стрелочный электропривод относится к типу СП-6М и предназначен для перевода остряков в повторно-кратковременном режиме, запирания и контроля положения стрелок в непрерывном режиме. При эксплуатации в результате нестабильной работы фрикционной муфты при закрытии стрелочного остряка наблюдались колебания и неполное прижатие остряка к рельсу.

Технические требования на материал для фрикционных дисков содержат требования к физико-механическим свойствам: открытая пористость, твердость по Бринеллю, относительная осадка, плотность, а также регламентируется микроструктура.

В ТУ не приводятся трибологические характеристики материала или пары трения: коэффициент трения, скорость изнашивания и их зависимости от эксплуатационных условий. Это не позволяет квалифицированно проводить приемку стрелочного электропривода при поставках. 

Целью представленной работы
являлось изучение влияния трибологических свойств фрикционной муфты на эксплуатационные характеристики привода. Для достижения указанной цели было необходимо проанализировать кинематическую схему электропривода, разработать методики испытаний и оборудование для определения его эксплуатационных характеристик и провести испытания.
 




Рис.1. Кинематическая схема стрелочного электропривода
(1 – электродвигатель, 2 -  цилиндрические передачи, 3 – муфта-шестерня, 4 – вал-шестерня, 5 – стопорная гайка, 6 – цилиндрическая передача, 7 – реечная передача, 8 – шибер, соединенный с рельсовой стрелкой).





 
Основным результатам работы является создание испытательного стенда для оценки усилия на шибере стрелочного электропривода, рис.2, а также лабораторного стенда для определения износостойкости фрикционных материалов, рис.3.
 
  
Рис.2. Стенд для испытаний стрелочного электропривода.
 
 
Рис.3. Стенд для испытаний фрикционных материалов на износостойкость 
 
Главным элементом протокола при испытаниях стрелочного электропривода является график, рис.4, на котором в первой части показано усилие, развиваемое шибером при движении вперед, а во второй – регистрация усилия от шибера при движении в обратном направлении. 

 

а) 

 

б) 

Рис. 4. Протоколы испытаний образцов при нагрузке сжатия N=490 H (а-образец №1,  б-образец №3).
 
Записанные сигналы показывают различные значения выходного параметра (усилия на шибере) при одинаковой силе прижатия. На данных графиках показаны результаты для разных типов муфт. В таблице 3 представлено сравнение максимальных значений усилий при прямом и обратном ходах, взятых с протоколов, представленных на рис.4. Стоит отметить значительное различие усилий на шибере в зависимости от маслозаполненности образцов. Частотный анализ колебаний сигнала показывает, что с увеличением усилия прижатия частота вращения дисков фрикционной муфты снижается с 1,86…2,33 Гц до 0,75....0,78 Гц, что является результатом снижения частоты вращения вала двигателя вследствие увеличивающейся нагрузки.