Основные элементы конструкции и технические данные гидравлического гасителя колебаний

Технология ремонта гидравлических гасителей колебаний

Введение

Вагон - это ключевое звено в цепи организации перевозочного процесса. Его техническое состояние в значительной степени определяет надежность и эффективность работы отрасли, ее способность выполнять государственные задачи, связанные с развитием и функционированием железнодорожного транспорта. Потеря вагоном работоспособности и потребительских свойств в период эксплуатации - неотвратимый процесс, протекающий с большей или меньшей интенсивностью в зависимости от выполненного объема работ, долговечности материалов, примененных в конструкции вагона, и достигнутого уровня обеспечения сохранности вагона при его эксплуатации.

Ни одна система технического обслуживания и ремонта не в состоянии полностью устранить последствия физического и морального износа. Однако она может значительно сократить темпы их развития и тем самым обеспечить работоспособное состояние вагона в течение его нормального срока службы. Основное назначение системы ремонта - максимальное сокращение числа внезапных отказов вагонов в эксплуатации за счет своевременного контроля, обслуживания и ремонта.

Чтобы сократить затраты на содержание вагонов необходимо обеспечить их подачу в плановый ремонт с предельно допустимым физическим износом узлов и элементов.

На отечественных железных дорогах издавна реализовывался критерий календарный продолжительности эксплуатации вагона. Каждый вагон подлежал плановому ремонту через определенный интервал времени, исчисляемый от даты постройки или последнего планового ремонта. Однако в современных условиях эта система полностью себя не оправдывает; и альтернативой ей может служить комбинированный критерий, ограничивающий межремонтный период не только календарной продолжительностью, но и показателем выполненного объема работ. Отличием этой системы является проведение плановой и текущей диагностики вагонов рабочего парка. Существуют три правила постановки вагона в ремонт - либо после отказа изделия, либо по достижению предельно допустимого состояния, либо после заранее установленной наработки изделием. Достигается это благодаря использованию нескольких типов ремонта и технического обслуживания.

Если ремонт происходит в заранее назначенный момент времени, то он является плановым. Если объем ремонтных работ заранее установлен, то такой ремонт называется регламентированным, т.е. плановым по объемам восстановительных работ.

Плановый во времени ремонт может быть либо предупредительным, либо аварийным.

Возможны случаи, когда постановка вагона в ремонт определяется по каким-либо косвенным признакам приближения его к отказу, что можно определить по значению определяющего параметра - температура, звук, зазор, цвет и т.п. В этом случае, если оценка технического состояния вагона происходит в заранее запланированные моменты времени (через определенный пробег), то последующий ремонт называется - планово-диагностическим.

Если техническое состояние определяется по встроенной в вагон диагностической аппаратуре, то последующий ремонт называют - непланово-профилактическим.

Периодический контроль технического состояния выполняются внешними диагностическими устройствами как в эксплуатации, так и на вагоноремонтных предприятиях. Система технического обслуживания и ремонта грузовых вагонов призвана учитывать все факторы и их производные, оказывающие негативное влияние на состояние вагона.

Система основана на применении комбинированного критерия, включающего в свой состав первичный норматив - объем выполненной работы, и вторичный норматив - предельно допустимую продолжительность использования вагонов в перевозочном процессе без периодического контроля. Вагон должен выводиться из эксплуатации тогда, когда он выработал любой из этих двух нормативов. Если вагон выработал первичный норматив, то он должен подаваться на вагоноремонтное предприятие для контроля его физического износа с полной разборкой и ремонтом. Если выработал вторичный норматив, вагон подается на вагоноремонтное предприятие для выявления его физического износа с частичной разборкой.

По мере развития системы совершенствовалась и нормативная база, что привело к изданию Указания от 17.04.2001 г. о введении в действие новой редакции - Правил эксплуатации грузовых вагонов при системе технического обслуживания и ремонта с учетом фактически выполненного объема работ на железной дороге РФ №ЦВ ВНИИЖТ - 7. В результате этой работы был увеличен межремонтный пробег полувагонов и фитиновых платформ после деповского ремонта. Использование новых прогрессивных технологий изготовления и ремонта ходовых частей, улучшающих их эксплуатационные характеристики, также позволило увеличить межремонтный норматив пробега вагонов. На сегодняшний день увеличенный пробег установлен для вагонов, выпущенных из деповского ремонта на тележке повышенной работоспособности, на тележках отремонтированных в депо по нормам капитального ремонта, и на тележках с уретановыми накладками фирмы «А. Стаки».

Потеря вагоном работоспособности и потребительских свойств в период эксплуатации - неотвратимый процесс, протекающий с большей или меньшей интенсивностью в зависимости от выполненного объема работ, долговечности материалов, примененных в конструкции вагона, и достигнутого уровня обеспечения сохранности вагона при его эксплуатации. Чем жестче эти условия и ниже уровень сохранности, тем быстрее физически изнашивается вагон. В конечном счете, это приводит к необходимости исключения вагона из инвентаря. Ни одна система технического обслуживания и ремонта не в состоянии полностью устранить последствия физического и морального износа. Однако она может значительно сократить темпы их развития и тем самым обеспечить работоспособное состояние вагона в течение его нормативного срока службы.

Основное назначение системы ремонта - максимальное сокращение числа внезапных отказов вагонов в эксплуатации за счет своевременного контроля, обслуживания и ремонта.

Система ремонта должна быть основана на объективных закономерностях, которые зависят от условий эксплуатации вагона и показателей его надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости), определяющих объем плановых работ и их характер.

Основными факторами, влияющими на уровень физического износа вагона, являются: календарная продолжительность периода эксплуатации; груженный и порожний пробег; количество перевезенного груза, статическая нагрузка, агрессивность груза и окружающей среды, скорость движения, профиль пути и т.д.

Чтобы сократить затраты на содержание вагонов необходимо обеспечить их подачу в плановый ремонт с предельно допустимым физическим износом узлов и элементов.

При проведении мониторинга технического состояния (ТС) сложных систем и агрегатов одной из актуальных является задача объективного своевременного обнаружения дефектов различной природы и организация контроля за развитием дефектов из-за старения элементов при эксплуатации.

Одним из путей предотвращения нежелательных последствий от эксплуатации изделий с дефектами является систематичное использование методов неразрушающего контроля. Совершенствование опыта в области системного анализа, развитие научно-методической базы и накопление статистической информации позволили подойти к формулировке и обоснованию концепции «абсолютной надежности» ответственных систем, которая базируется на результатах использования вероятностных методов анализа безопасности и прочности, анализа критичности и оптимального резервирования, совершенствования и широкого применения методов неразрушающего контроля, автоматизированных систем неразрушающего контроля, количественного учета влияния неразрушающего контроля на прочность и долговечность систем, компьютерном анализе и оценке результатов расчетов и измерений.

Объективный анализ применения различных методов привел к целесообразности применения комплексных систем контроля, которые используют разные по физической природе методы исследования, что, в свою очередь, позволит исключить недостатки одного метода, взаимодополнить методы и реализовать тем самым принцип «избыточности» для повышения надежности контроля систем и агрегатов.

Различные методы неразрушающего контроля характеризуется разными значениями технико-экономических параметров: чувствительностью, условиями применения, типами контролируемых объектов и т.д. Поэтому при формировании комплекса методов неразрушающего контроля разной физической природы возникает проблема оптимизации состава комплекса с учетом критериев их эффективности и затрат ресурсов.

Комплексное использование наиболее чувствительных методов не означает, что показатели достоверности будут соответственно наибольшими, а в свою очередь, учет первоочередности технических показателей может привести к противоречиям с экономическими критериями, такими как трудозатраты, стоимость, время контроля и т.д., что, в свою очередь, может привести к тому, что выбранный комплекс методов неразрушающего контроля может оказаться с экономической точки зрения неэффективным.

Для реализации различных методов неразрушающего контроля разработаны различные приборы: дефектоскопы, толщиномеры, тепловизоры для разных дефектов (трещин, негерметичностей), электронное оборудование (для нахождения ослабления электрических контактов), механическое оборудование, которое имеет различные технико-экономические характеристики и технологии использования для различных типов дефектов и др.

Из анализа имеющихся характеристик вытекает необходимость решения задачи выбора состава (комплекса) методов неразрушающего контроля как задачи в оптимизационной постановке.

Комплексное применение методов неразрушающего контроля для диагностики и обнаружения дефектов в агрегатах и системах направлено на обеспечение увеличения эффективности и достоверности контроля, продления работоспособности и ресурса.

Задача формирования комплекса различных методов неразрушающего контроля для обнаружения совокупности возможных (наиболее опасных дефектов) в системе может быть сформулирована как оптимизационная многоуровневая однокритериальная (многокритериальная) задача дискретного программирования.

Решение задачи - оптимальное сочетание различных методов неразрушающего контроля, применение которых наиболее эффективно при эксплуатации и анализе ресурса дорогостоящих систем.

Актуальными при проведении неразрушающего контроля являются также задачи оптимального распределения объемов контроля на всех этапах жизненного цикла объекта, оптимизации мест и параметров контроля, планирования технического обслуживания системы с учетом экономических показателей.

Большие объемы проведения работ по выявлению дефектов в системах и катастрофические последствия, которые могут быть причиной некачественного его проведения, ставят задачу по индустриализации применения методов неразрушающего контроля с использованием математических моделей, методов и современных информационных технологий для организации мониторинга при эксплуатации систем.

Индустриализация применения методов неразрушающего контроля и организации работ на ответственных объектах и системах требуют больших материальных и временных затрат, сравнимых со всеми остальными расходами на эксплуатацию объекта.

При проведении мониторинга, исследования систем (элементов) и применения методов неразрушающего контроля с целью продления ресурса важными являются данные, получаемые в результате решения задач:

- прогнозирования вероятности безотказной работы (ВБР) элементов и систем. Прогнозирование может осуществляется раздельно по постепенным и внезапным отказам, с использованием моделей полиномиальной регрессии, моделей анализа цензурированных выборок;

- составление (или использование готовой) обобщенной структурной схемы надежности системы и ее узлов и элементов. Обобщенная структурная схема надежности может содержать помимо основных и резервных элементов. Структурная схема надежности представляет собой такую совокупность функционально подобных основных и резервных элементов, отказ которых вызывает неустранимый отказ всей системы;

- формирование критериев предельного состояния для системы. Предельным состоянием элемента является его неустранимый отказ. Отказ элемента неустраним, если, например, исчерпан резерв. Неустранимый отказ элемента, который вызывает отказ системы, означает переход системы в ее предельное состояние;

- прогнозирование остаточного ресурса узлов и системы в целом. Показатели остаточного ресурса определяются по эмпирической зависимости ВБР узла (по отношению к неустранимым отказам) от наработки. Остаточный ресурс системы может прогнозироваться двумя способами: по результирующей зависимости ВБР системы от наработки, рассчитываемой на основе аналогичных функций узлов, либо по остаточному ресурсу наиболее «слабого» в смысле долговечности узла. В качестве количественных оценок показателей остаточного ресурса используются средний и гамма-процентный остаточные ресурсы.

Результаты применения неразрушающего контроля могут быть полезными при обосновании оптимальных объемов ремонтно-восстановительных работ, обеспечивающих заданное (или максимально возможное при выделенном количестве средств на ремонт) продление технического ресурса гидравлических гасителей колебаний.

Существуют разные способы неразрушающего контроля. Например, визуальный.

Существует два основных метода визуального контроля: прямой визуальный контроль; непрямой визуальный контроль

Прямой визуальный контроль - визуальный контроль с непрерывным ходом лучей между глазами оператора и контролируемой поверхностью. Этот контроль проводится без или со вспомогательными средствами - например, зеркало, линза, эндоскоп или волоконно-оптические приборы.

Непрямой визуальный контроль - визуальный контроль с прерыванием хода лучей между глазами оператора и контролируемой поверхностью. Непрямой визуальный контроль предполагает применение видео- и фототехники, автоматизированных устройств и роботов.

Основные элементы конструкции и технические данные гидравлического гасителя колебаний

Гасителями колебаний называют устройства, преобразующие механическую энергию колебания в тепловую, и рассеивающие ее в окружающую среду. Они являются составной частью рессорного подвешивания и предназначены для ограничения колебаний кузова и тележек вязким или сухим трением. Рассеивание энергии колебаний происходит путем дросселирования жидкости из одной полости цилиндра в другую. А в результате обеспечивается ограничение колебаний вагона, снижается его динамическая нагруженность, повышается плавность хода.

Гидравлический гаситель колебаний состоит из следующих основных частей: рабочего цилиндра (4), поршня (6) со штоком (1), резервуара (5), верхнего (7) и нижнего (8) клапанов, корпуса (3) и направляющей втулки.

На пассажирских вагонах в большинстве случаев эксплуатируются гидравлические гасители колебаний типа КВЗ - Л.И.Ж.Т., имеющие следующие технические данные:

Гаситель колебаний типа КВ3 - ЛИЖТ имеет цилиндр (12), который одним концом установлен в углублении фланца (13) нижнего клапана (16) и прижат направляющий втулкой (8). Шток (22) с поршнем (19) ввернут в верхнюю головку (27) и зафиксирован в этом положении винтом (3). Верхний клапан (21) ввернут в углубление поршня и штока, и также зафиксирован пружинным кольцом (20). Во фланце (13) размещен нижний клапан (16) с пружинным кольцом (15). Фланец свободно установлен в углублении нижней головки (14), в которой по фрезированным канавкам резервуар (10) сообщается с пространством через клапан (16). К головке (14) приварен корпус (11), который не только является основой для сборки всех частей гасителя, но и вместе с цилиндром (12) образует резервуар (10). Для защиты корпуса (11) и штока (22) от механических повреждений и уменьшается попадания на рабочую поверхность штока пыли и грязи, к верхней головке (27) привернут кожух (9), который почти полностью закрывает корпус гасителя.

Надежность работы гасителя колебаний зависит от количества поршня (18), штока (22), а также лист прилегания цилиндра к направляющей втулке (8) и фланцу (13). Поршень уплотнен чугунным кольцом (18). Основным устройством уплотнения листа выхода штока из цилиндра является направляющая втулка (8), вспомогательно-каркасные сальники в обоймах (26). Торцовые поверхности цилиндра (12) в верхней головке и во фланце нижнего клапана уплотнены алюминиевыми кольцами (17) и (23). Направляющая втулка цилиндра и фланец нижнего клапана зафиксированы натяжным кольцом (24), которое ввернуто в верхний конец корпуса (11). Кольцо (24) через металлическую шайбу (6) и уплотнительное резиновое кольцо (7) нажимает на обойму (26) и через нее на направляющую втулку, цилиндр, фланец и нижнюю головку. Натяжное кольцо фиксируется планкой (4) один конец которой входит в прорезь корпуса (11), а другой шурупом (5) прикреплен к кольцу (24).

В головках гасителя имеются цилиндрические отверстия с резиновыми (1) и металлическими (2) втулками для крепления гасителя к надрессорной балке и раме тележки.

Перепускные клапаны (21) и (26) взаимозаменяемы и снабжены предохранительными шариковыми устройствами предназначенными для ограничения сопротивления гасителя колебаний при чрезмерных скоростях перемещения поршня или повышении вязкости жидкости в зимнее время. При повышении давления жидкости в цилиндре сверх допустимого шариковое устройства срабатывают и перепускают часть жидкости помимо дроссельных отверстий, которые выполнены в виде прямоугольной прорези в седле клапана.

Принцип действия

Принцип действия гасителя колебаний заключается в следующем: в рабочем цилиндре наполненном маслом движется поршень (1) (Рис. 2А). При ходе его вниз (ход сжатия) верхний клапан (2) приподнимается и масло из под поршневой полости (5) свободно перетекает в надпоршневую (4) полость. В тоже время шток (3), входя в цилиндр стремится вытеснить из него жидкость, вследствие этого повышается давление в обеих полостях цилиндра и часть масла с большим сопротивлением перетекает через дроссельное отверстие нижнего клапана (6) в резервуар (7). При ходе поршня (1) (Рис. 2Б) вверх (ход растяжения) верхний клапан закрывается, давление жидкости в надпоршневой полости цилиндра (4) повышается и часть ее начинает перетекать с большим сопротивлением через дроссельное отверстие клапана (2) в надпоршневую полость (5), одновременно в этой полости наступает разряжение, которое объясняется тем, что объем жидкости, перетекаемой из полости (4) меньше объема полости (5). Вследствие этого клапан (6) приподнимается и часть жидкости засасывается в полость (5) из резервуара (7), восполняя освобожденное штоком пространство.

Резервуар (7) служит не только емкостью для жидкости вытесняемой штоком из полости (4) рабочего цилиндра, но и сборщиком для жидкости просачивающейся через кольцевой зазор между штоком и направляющей (4).

Вследствие равенства площади сечения штока и поршня объем дросселируемой жидкости при сжатии и растяжении равны. Это дает возможность иметь одинаковые клапаны в поршневом днище цилиндра, а гаситель колебаний - двустороннего действия, с равными силами сопротивления при ходе сжатия и растяжения.