Методическая разработка конспекта семинара-дискуссии по теме: «Конструкция тягового привода тепловозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей»
методическая разработка по теме

                                                                    Шашанов Сергей Валентинович
                             зам. директора по связям с организациями, преподаватель

                      ФГБОУ ВПО  « САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ    УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

                 АТЖТ - филиал СамГУПС

Методическая разработка конспекта семинара-дискуссии по теме: «Конструкция тягового привода тепловозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей»

Аннотация:  В статье представлена методическая разработка конспекта семинара-дискуссии по теме: «Конструкция тягового привода тепловозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей». Дается подробное описание хода семинарского занятия.

Ключевые слова: семинар-дисскусия,проблема, обсуждение, подготовка студентов  к семинару-дискуссии

Конспект  семинара - дискуссии на тему: «Конструкция тягового привода тепловозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей».

Тип занятия: урок открытия новых знаний

Форма занятия: семинар-дискуссия

Цели как деятельность студентов:

М/п: анализировать, сравнивать, обобщать, строить рассуждения, задавать вопросы, извлекать информацию из источников и преобразовывать ее.

Л: договариваться о совместной деятельности, развивать умение вести диалог, отстаивать свою точку зрения, приводить аргументы.

П: познакомиться  с устройством и работой тягового привода, на примере тягового привода иметь представление об основных этапах конструирования и изготовления деталей передач.

В дискуссии принимают участие  две группы: докладчики, оппоненты, сторонники.

 Вопросы:

1.Определение тягового привода.  Общая классификация приводов.

2. Проектирование привода.

3. Выбор требуемого типа передачи.

4. Определение  параметров  зубчатого зацепления тягового привода: числа зубьев шестерни и колеса, модуль зацепления. Разработка конструкции  шестерни и зубчатого колеса. Выбор материала, способов изготовления  видов ТО  и  посадки зубчатых колес.  

5  Выявление недостатки спроектированного тягового редуктора с жесткой конструкцией колес.

6. Предложения по изменению конструкции зубчатого колеса.

I.Оргмомент

II.Формулирование темы и целей занятия.

Вступительное слово преподавателя.

III.  Открытие новых знаний. Семинар –дискуссия.

Докладчик(1 группа): 1. Определение тягового привода.  Общая классификация приводов. 

    Под тяговым приводом понимают комплекс устройств, передающих крутящий момент от электродвигателя или карданного вала на движущие оси локомотива (рис.1.).

Тяговые приводы разделяются на  групповые и индивидуальные. (рис.2.)

    Рассмотрим  индивидуальный тяговый привод тепловоза с опорно-осевой подвеской ТЭД.

 2. Проектирование привода.

Требуется передать крутящий момент от электродвигателя номинальной мощностью 305 кВт на колесную пару с передаточным отношением 4,4-4,6.

Каким требованиям  должен удовлетворять привод?

1.Неразрывная кинематическая связь ТЭД с колесной парой.

2.Надежность в эксплуатации, связь технического состояния с безопасностью движения.

3.Высокий КПД

4. Небольшая масса неподрессоренных частей.

5. Возможность перемещения колесной пары относительно рамы тележки.

3.Выбор требуемого типа передачи.

В  приводе применяется зубчатая передача.

Оппонент(2группа):      Различают зубчатое зацепление прямозубое и косозубое, при одних и тех же габаритах колес косозубое зацепление способно передавать большую мощность, чем прямозубое, потому что у косозубой передачи отсутствует зона однопарного зацепления. Я думаю, что мы не можем  использовать такую передачу в нашем приводе?

Сторонник(1группа):  Нам нужно спроектировать цилиндрическую зубчатую передачу с передаточным отношением 4,4, способную передавать мощность 305 кВт.

Для обеспечения непрерывного зацепления зубьев и вращение колес с постоянным передаточным числом, боковые поверхности, или как их называют профили зубьев, должны быть очерчены по кривым, подчиняющимся определенным законам. Одной из таких кривых является эвольвента. Эвольвентой называют кривую, которую описывает любая точка, производящей прямой NN, перекатываемая без скольжения по основной окружности радиусом r0    (рис.3.).

Преподаватель: Что такое модуль зубчатого зацепления? И отчего он зависит?

 Сторонник (1группа):(Часть диаметра делительной окружности (в миллиметрах) приходящихся на один зуб m=D \ z; или m=t\π. )

Определим число зубьев колеса и шестерни. Число зубьев шестерни выбираем 17.

Оппонент(2 группа)::  Почему 17? Я не согласен, что число зубьев должно быть именно 17.

 Сторонник (1 группа):: При ограниченном диаметре зубчатого колеса, расположенного концентрично колесу колесной пары, увеличение передаточного отношения возможно только уменьшением числа зубьев шестерни. Однако снижение числа зубьев шестерни ограничивается из-за увеличения кривизны эвольвентного профиля и подрезания ножки зуба.  На рисунках  мы видим, как изготавливается шестерня методом обкатки по рейке.

Исходя из заданного передаточного числа, число зубьев колеса 4,4*17=75. При проектном расчете зубчатой передачи  вычисляют модуль зацепления, следует отметить, что этот расчет гостирован. Полученное значение модуля округляют до стандартного, а затем вычисляют  межцентровое расстояние.

Не углубляясь в подробности расчетов, можно утверждать, что для передаваемой мощности подойдут зубчатые колеса с модулем зацепления 10 мм. Разрабатывая конструкцию шестерни, вспомним о материалах.

Докладчик(2группа): Шестерни тепловозов изготавливаются из хромоникелевых сталей марок20ХН3А и 20Х2Н4А, шестерни из этих сталей подвергают цементации или нитроцементации с  последующей закалкой до твердости HRC58 при твердости сердцевины не менее HRC28 . После закалки и шлифовки шестерня подвергается магнитной дефектоскопии.

Шестерни в ТП устанавливаются на удлиненную конусную часть вала тягового двигателя степень конусности 1:10.

Такое соединение по сравнению с цилиндрическим обеспечивает большую равномерность контактных напряжений и существенно упрощает демонтаж.

Величина натяга при сборке контролируется перемещением в осевом направлении. Посадку шестерен прямозубых шестерен производят с натягом 1,3-1,5мм. Посадка производится с предварительным подогревом индукционным нагревателем до температуры 180-200градусов.

     Разрабатываем конструкцию зубчатого колеса.  Прямозубые колеса тепловозов изготавливают из стали 45XH или30XH3А. Поверхность подвергают закалке токами высокой чистоты до твердости не менееHRC58, с последующим отпуском и обязательным упрочнением впадин накатыванием роликами без последующего шлифования.

Оппонент(1группа):  В чем преимущество накатки по сравнению со шлифованием?

Сторонник (2 группа): Зубчатые колеса тепловозов напрессовывают на ось колесной пары по диаметру 320мм с натягом 0,2-,0,28 Посадка производится с предварительным подогревом индукционным нагревателем до температуры 180-200градусов. Зачем нужна канавка на посадочной поверхности? Для подачи масла при гидравлическом методе спрессовки.  Прессовка с применением подачи масла под высоким давлением на посадочные поверхности предохраняет их от возможных задиров и значительно снижает  трудоемкость за счет исключения токарных работ с целью восстановления задранных поверхностей при смене зубчатых колес

Таким образом, получили конструкцию зубчатых колес тягового привода.

Такой тяговый привод был хорош лет 50 назад, когда участковые скорости движения поездов были сравнительно небольшими, сегодня он приемлем только  для маневровых локомотивов. При разработке не были учтены следующие особенности эксплуатации:

1) поворот зубчатого колеса при нагружении  колесной пары вертикальной нагрузкой, что приводит к ухудшению зацепления и выкрашиванию или излому зубьев;

2) с ростом скоростей движения к усилиям, возникающим в зацеплении, добавляются динамические нагрузки, которые появляются при вертикальном перемещении колесной пары в момент прохождения неровностей пути, что в свою очередь может привести  к излому зубьев.

Оппонент(1 группа): Как избавиться, хотя бы частично, от таких вредных явлений?

Нужно подстраивать зубья колеса шестерни; ввести для зубьев колеса некое рессорное подвешивание. Удобна  конструкция УСЗК. (рис.7.) Вместо одной детали – зубчатого колеса, мы получили 10 деталей не считая мелких стандартных, ( винтов, гаек) стопорных колец и т. д. Вынуждены  отдельно делать ступицу и зубчатый венец, притом ступицу со сферой с радиусом 300мм,  закаливать поверхности под роликами до твердости HRC48, 90 роликов из шарикоподшипниковой стали с последующей термообработкой,  как минимум  50 резиновых амортизаторов ( в разных конструкциях разное количество),которые прессуются из маслостойкой резины марки  В14 по ТУ 38-005-295-77,  с запрессовкой в металлическую арматуру, пальцы, втулки тарелки изготовлены из Стали45 или 38ХС и термообработаны до твердости НВ225-302,

Сторонник (2группа):Конструкция усложнилась и естественно удорожала.  Согласно нашего технического задания,  нам придется выбрать материал, изготовить их, собрать узел. Нам необходимо продлить срок эксплуатации. В этом случае нам необходим кожух тягового редуктора. 

Требования конструкции: Для того чтобы наш редуктор работал нормально необходимо защитить его от попадания посторонних частиц, а также подавать смазку в зону зацепления. Как этого добиться?

Требуется изготовить кожух.(рис.8.) Условия работы кожуха? Конструкция кожуха должна удовлетворять следующим требованиям: легкий, жесткий, герметичный, разъемный.

Корпус сварной, материал сталь3,изготавливают из листовой стали и крепят бобышками и болтами к остову тяговых двигателей.  Лист 6 и 4мм. В корпусе предусмотрена войлочная и лабиринтная система уплотнений.

Новые конструкции – это корпус состоящий из двух штампованных частей - снижение массы и количества сварных швов обеспечивает больший срок службы, или для снижения массы, и повышения вибропрочности, увеличения надежности уплотнений кожуха, а также облегчения условий труда предложены кожуха из стеклопластика.

Оппонент(1группа): Основное назначение смазки – снижение трения и износа рабочих поверхностей зубьев и отвод тепла. Смазка окунанием, применяемая в тяговых зубчатых передачах не  надежна, потому что допускает применение более вязких масел.  Следовательно, вязкие масла лучше?

Сторонник(2группа):Смазка в системе окунанием должна иметь достаточную вязкость, чтобы ее могли захватить зубья зубчатого колеса. В тоже время она должна обладать определенной текучестью, чтобы не оставаться на стенках кожуха. Таким условиям удовлетворяют осерненные смазки Кусковского завода консистентных смазок для зимних условий V100( Вязкость40-сСТ), а для летнихV50.( Вязкость60-80cСТ) В состав входит трансмиссионное автотракторное масло ( Нигрол)93%-95% , гудронное сало2%-;%) и противозадирные присадки( СЕРА 1,5%) СТП-3 ТУ.38.УССР201.130.-81).

 IV.Развитие учебных умений.    Работа в группах (бригадах).

1.Преподаватель распределяет детали по бригадам для составления маршрута обработки.

2. Самостоятельная  работа студентов по составлению маршрута.

3.  Бригадный доклад по составленному маршруту.

Маршрутная карта.

1.Наименование детали ____________________________

2.Материал _________________________

3.Узел тягового привода тепловоза_________________________

1._______________________________ ( подпись)______________

2________________________________ ( подпись)______________

V. Итог семинара –дискуссии.

Эксперты, используя критерии оценки дискуссии,  подводят итог.

Заключительное слово преподавателя.

Рефлексия:

 - Что нового узнали на семинаре?  Чему научились?

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев В.И. Педагогика: Учебный курс для творческого саморазвития.-2-е изд.- Казань. Центр инновационных технологий, 2000.- 608 с.

2.Бейн Д. Психология лидерства: новый подход. М.: Московский психолого-социальный институт, Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2010.

3.Ветров Ю.Н., Приставко М.В. Конструкция тягового подвижного

состава – М.: Желдориздат, 2012 год - стр. 52 – 74.

4. Воронин Н.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники. -  М.:  Маршрут, 2014. – 456с.

5. Громов Е.В. Методика организации реферативного обучения на семинарских занятиях. - М.: 2001. – 325 с.

6.Дональд Трамп. Секреты успеха. Искусство быть лидером. – М.: Московский психолого-социальный институт, Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2001- 321с.

7.Завьялов В.В.,  Усова А. В Проблемы методов обучения в современной общеобразовательной школе.- М.: Педагогика,2011г.-215с.

8.Ёсипов Б.П. “Самостоятельная работа учащихся на уроках”. – М.: Изд. Центр «Академия», 2005-132с.

9. Колихович. А.М.  Тяговые приводы тепловозов. -  М.:  Транспорт, 2011. -  215с.

10. Макеева И.В. Роль семинарского занятия в подготовке специалиста и методика управления дискуссией // Советская педагогика- М: Просвещение, 2003 - № 5, - 61 с.

11. Мануйлов, В. Современные технологии в инженерном образовании

/ В. Мануйлов // Вестник высшей школы. 2013. - № 3 – С. 117.

12.Матюшкин А. М.Проблемные ситуации в мышлении и обучении.—М.: Просвещение, 2003. - 432с.

13. Никифоров В.М.  Технология металлов и конструкционные материалы. -  М.:  Высшая школа,  2011- 360с.

14.Пан Н.В. Особенности самостоятельной работы студента. Ж. «Специалист» № 3, 2011 г.

15. Петухов, М.А. Научные основы профессионально-технологической

системы  обучения  специальным  предметам  /  М.А.  Петухов.  – СПб.;

Ульяновск, 2012.  - 243с.

16. Реан А.Л. Педагогические особенности взаимодействия педагога и студента // Вопросы психологии, 2001 - № 5, - 76 с.

17. Розман Г. Организация самостоятельной работы студентов // Высшее образование в России,2003 - № 1. - 87 с.

18. Савельев А.Я. Новые информационные технологии в обучении // Современная высшая школа, Варшава, 2000. - № 3. – 62 с.

19.Селевко Г.К. Современные образовательные технологии: Учебное  пособие.-- М.: Народное образование, 2012.-- 256 с.