ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕСАХ ОТКРЫТОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СЕГМЕНТНЫХ ВОРОТ ШЛЮЗОВ КАНАЛА ИМЕНИ МОСКВЫ

В работе представлены результаты оценки необходимости проверки наличия усталостных повреждений на наиболее ответственных элементах электромеханических приводов сегментных ворот, эксплуатируемых на судоходных шлюзах канала имени Москвы. Отмечается, что продолжительность эксплуатации многих из них составляет более 80 лет. В качестве основных элементов, ограничивающих срок службыприводных механизмов, выбраны зубчатые колеса открытых передач. Подчеркивается, что реализация их внезапного отказа может привести к длительному прекращению судоходства. Накопленный опыт эксплуатации и наблюдений за подобными элементами на других сооружениях показал, что установленных в нормативной документации контролируемых параметров может быть недостаточно для объективной оценки их технического состояния и определения остаточного ресурса. В частности, в ней отсутствуют требования по проверке данных изделий на наличие усталостных повреждений. Для определения возможности образования подобных дефектов и локализации участков, на которых наиболее вероятно их появление, выполнена комплексная оценка напряженно-деформированного состояния с помощью метода конечных элементов при проектных условиях нагружения, в результате которой получены глобальные расчетные модели исследуемых элементов. Установлено, что расчетные значения номинальных напряжений не превышают предела выносливости материала, за исключением контактной усталости на рабочей поверхности зубьев колес. При этом не исключается вероятность образования усталостных трещин на элементах исследуемых зубчатых колес из-за возможного наличия технологических концентраторов напряжений в виде дефектов литья. Полученные картограммы напряженного состояния позволили установить участки, на которых наиболее вероятным является образование усталостных трещин при наличии на них технологических дефектов. С учетом полученной информации разработаны рекомендации по предотвращению реализации внезапных отказов, обусловленных бесконтрольным развитием процесса усталостного повреждения на зубчатых колесах открытых передач на стадии их эксплуатации.

судоходный шлюз, сегментные ворота, электропривод, зубчатое колесо, напряженно-деформированное состояние, продолжительность эксплуатации, усталостное повреждение, отказ

1. Терентьев В. Ф. Усталость металлов / В. Ф. Терентьев, С. А. Кораблева. - М.: Наука, 2015. - 480 с.

2. Yadav I. N. Fatigue damage model of concrete materials / I. N. Yadav, K. B. Thapa // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2020. - Vol. 108. - Pp. 102578. DOI: 10.1016/j.tafmec.2020.102578.

3. Nikitin I. S.Complex model for fatigue damage development / I. S. Nikitin, N. G. Burago, A. D. Nikitin, B. A. Stratula // AIP Conference Proceedings. - AIP Publishing LLC, 2020. - Vol. 2312. - No. 1. - Pp. 050015. DOI: 10.1063/5.0035517.

4. Liu H. Influence of load spectrum on contact fatigue damage of a case carburized wind turbine gear / H. Liu [et el] // Engineering Failure Analysis. - 2021. - Vol. 119. - Pp. 105005. DOI: 10.1016/j.eng-73failanal.2020.105005.

5. Старжинский В. Е. Виды повреждений зубчатых колес: типология и рекомендации по предупреждению повреждений / В. Е. Старжинский [и др.] // Трение и износ. - 2008. - Т. 29. - № 5. - С. 465-482.

6. Шеховцева Т. В. Особенности повреждения рабочих поверхностей зубчатых колес ГТД / Т. В. Шеховцева, Е. В. Шеховцева // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2019. - № 6. - С. 406-416.

7. Changbin D. Meshing Error of Elliptic Cylinder Gear Based on Tooth Contact Analysis / D. Changbin, L. Yongping, W. Yongqiao // International Journal of Engineering. - 2020. - Vol. 33. - Is. 7. - Pp. 1364-1374. DOI: 10.5829/IJE.2020.33.07A.24.

8. Adnan M. A. Stress Analysis Validation for Gear Design. Master’s Degree Thesis / M. A. Adnan, A. Shehata. - Karlskrona, Sweden: Blekinge Institute of Technology, 2018. - 66 p.

9. Ooi J. B. Modal and stress analysis of gear train design in portal axle using finite element modeling and simulation /j. B. Ooi, X. Wang, Ch. Tan, J. Ho and Y. P. Lim // Journal of Mechanical Science and Technology. - 2012 - Vol. 26. - Is. 2. - Pp. 575-589. DOI: 10.1007/s12206-011-1040-5.

10. Кузьмицкий М. Л. Определение уровня напряжений на колесах открытых зубчатых передач / М. Л. Кузьмицкий, Н. М. Ксенофонтов, И. Н. Базавлук // Журнал Университета водных коммуникаций. - 2013. - № 3. - С. 55-63.