Предупреждение термомеханических повреждений в трибосистеме колесо-рельс подбашмаченной колесной пары при движении юзом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.04, кандидат технических наук Демьянов, Алексей Александрович

• Демьянов, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Демьянов, Алексей Александрович

Введение.

Анализ априорной информации и формулировка задачи исследования

1.1 Особенности торможения отцепов на сортировочных горках.

1.2 Триботехнические принципы и методы создания фрикционных систем.

1.3 Цель и задачи исследования.

Определение условий снижения износа поверхности катания колёс при горочных операциях с применением тормозного башмака.

2.1 Теоретическое исследование процесса движения подбаш-маченной колёсной пары юзом.

2.2 Исследования колес, изъятых из эксплуатации вследствие наличия тормозных повреждений.

2.3 Теоретическое исследование температурного режима три-боконакта колесо-рельс при движении юзом.

2.4 Разработка фрикционного регулятора износа колёсных пар.

2.4.1 Нулевой этап. Выбор и анализ прототипа.

2.4.2 Первый этап. Анализ противоползунной системы

ППС-1.

2.4.3 Второй этап. Анализ противоползунной системы

ППС-2.

2.4.4 Третий этап. Анализ противоползунной системы

ППС-3.

2.4.5 Определение рабочего варианта противоползунной системы.

2.5 Выводы.

3 Определение параметров рабочего модуля противоползунной системы.

3.1 Выбор параметров, определяющих условия минимизации работы силы трения, создаваемой рабочим органом ППС

3.1.1 Теоретические основы геометрической оптимизации фрикционного контакта.

3.1.2 Определение рациональной геометрии фрикционного контакта колесо-шина ППС.

3 2 Составление функциональной модели трибосистемы подбашмаченная пара-ППС. g

3.3 Особенности процесса фрикционного контакта колесо-шина.

3.4 Выводы

4 Экспериментальное определение параметров ППС.

4 I Методика определения триботехнических и трибоспектральных характеристик на основе модельного эксперимента.

4 2 Экспериментальное определение триботехнических и трибоспектральных характеристик противоползунной системы.

4 2 i Определение параметров трибосистемы полоз тормозного башмака-рельс.

22 Определение параметров трибосистемы Ф колесо-полоз тормозного башмака.

-34 2 3 Определение параметров трибосистемы колесо-колодка тормозного башмака.

4.2.4 Определение параметров трибосистемы колесо-рельс.

4.2.5 Определение параметров, описывающих трибосистемы тормозной балки.

4.2.6 Расчет баланса работ сил трения трибосистемы подбашмаченная колёсная пара-ППС в зависимости от типа движения.

4.2.7 Трибочастотная адаптация противоползунного модуля по параметрам системообразующего фрикционного узла.

4.2.8 Определение температуры колеса при движении юзом.

4.3 Анализ результатов.

4.4 Выводы.

5 Реализация проекта прсггивоползунной системы.

5.1 Противоползунная система с модулями балочного типа.

5.1.1 Параметры модуля ППС-ЗМ.

5.1.2 Эксплуатационные испытания.

5.1.3 Проект противоползунной системы с модулями балочного типа.

5.2 Противоползунная система с модулями. клинового типа.

5.3 Расчет экономического эффекта.

5.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Предупреждение термомеханических повреждений в трибосистеме колесо-рельс подбашмаченной колесной пары при движении юзом»

Для России железнодорожный транспорт имеет одно из ключевых значений, так как является основной транспортной артерией, соединяющей все её регионы, и эффективная работа дороги во многом определяет состояние экономики страны [2,50,59,73]. Сама же эффективность работы железнодорожного транспорта во многом связана с увеличением скоростей движения и объемов грузоперевозок, а также с повышением надёжности нового и обеспечением долговечности существующего подвижного состава [16,17,24,61,66].

Одним из факторов, влияющих на долговечность существующих экипажей и интенсивность грузооборота, является сокращение времени и повышение сохранности вагонов при сортировочных процессах. В настоящее время роспуск составов на горках малой мощности при использовании башмачного торможения вагонов ведёт к термомеханическим повреждениям поверхности катания колес которые, с одной стороны, ведут к простою вагонов на время замены колесных пар, а с другой стороны - к затратам на восстановление или изготовление новых колес.

Таким образом, для повышения долговечности колёсных пар и снижения эксплуатационных расходов от простоя грузовых вагонов на ревизии необходимо разработать простую и экономически эффективную технологию предупреждения термомеханических повреждений поверхности катания колес путем управления параметрами фрикционного контакта рельс-колесная пара при движении юзом и адаптировать её к параметрам системы экипаж-путь в условиях горочных процессов. Для достижения поставленной цели в настоящей работе были решены следующие основные задачи: выполнен анализ существующей проблемы, поставлена задача исследования и произведен обзор и выбор метода её решения (гл. 1); составлена функциональная модель движения колесной пары юзом и проведен анализ параметров, определяющих образование односторонних ползунов. Исследовано влияние размера односторонних ползунов на характер разрушения поверхности катания колес и определён допустимый размер, не приводящий к разрушению поверхности катания. На основании выполненного исследования температурного режима фрикционного контакта колесо-рельс установлена допустимая длина юза, не приводящая к изменениям свойств металла поверхности колеса; разработана принципиальная схема фрикционного регулятора износа поверхности катания колёсных пар и определен допустимый интервал движения юзом (гл. 2); согласно поставленной задаче, выполнено совмещение параметров синтезируемого фрикционного регулятора с параметрами системы экипаж-путь в условиях горочных процессов. Исследованы особенности контакта колеса с шиной и составлена функциональная модель фрикционного регулятора (гл. 3); выбраны и обоснованны методики моделирования, выбраны машины трения и проведено экспериментальное определение параметров функциональной модели системы подбашмаченная колесная пара-фрикционный регулятор износа. Выполнена трибочастотная адаптация динамических и триботехнических характеристик фрикционного регулятора (гл. 4); на основе полученных результатов разработан проект противоползун-ной системы (состоящей из комплекса регуляторов износа), предупреждающей термомеханические повреждения в трибосистеме колесо-рельс подбашмаченных колесных пар при горочных операциях на сортировочных горках малой мощности, и проведены эксплуатационные испытания регуляторов износа балочного типа, подтвердившие все заявленные технические характеристики (гл. 5).

-61 Анализ априорной информации и формулировка задачи исследования

7.1 Особенности торможения отцепов 9 на сортировочных горках

В настоящее время в системе МПС известно около ста различных конструкций механизмов, регулирующих скорость скатывающихся с горки отцепов. При этом проектирование новых и совершенствование существующих конструкций с целью поиска оптимальных вариантов продолжается, что приводит к большому многообразию тормозных устройств [6,7,8,33,35,104,110,111,112], основные из которых приведены в табл. 1.1.

На настоящий момент времени горочные станции оборудуются либо замедляющими устройствами балочного типа, либо замедляющими устройствами специальных конструкций (табл. 1.1). Все замедляющие устройства балочного типа сконструированы на гидро- или пневмоприводах, • для которых необходимы система ресиверов и компрессоров высокого давления и система автоматизированного централизованного управления, что для горок малой мощности является неоправданно дорогостоящим оборудованием. Замедлители специальных конструкций (например, винтовой - ASEA, точечный - DOR, эластодинамический - TG, электродинамический - тип В), кроме того, ещё, как правило, имеют эксплуатационные ограничения [111], что также ограничивает их применение на горках малой мощности. Так, например, для оборудования средней горки замедлителями типа DOR их необходимо установить порядка 30 тыс. шт., что ведёт к увеличению эксплуатационных расходов на содержание горки. У замедлителей ASEA имеется ограничение пропускной способности до 5 колёс в минуту, что снижает общую производительность горки. Болынин-ф ство замедлителей специальных конструкций (ASEA, DOR, TG) имеет ограничение скорости входа отцепов до 5 м/с (по сравнению с балочными

Таблица 1.1

Основные характеристики замедляющих устройств

Страна Марка замедлителя Тип замедлителя Тип привода Число рабочих рельсов Число секций замедлителя Рабочая длина по балкам, м Тормозная мощность, м эн.в. Масса, т | Время затормаживания, с Время рас-тор-мажи-вания, с Удельная металлоёмкость, т/м эн. в Допустимая скорость входа м/с Погрешность скорости выхода м/с

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 о «О 1 Н Нажимной Пнев-мати-чес-кий 2 5 6 12,5 14,8 0,65 0,85 24 28 0,7 1,0 36,9 32,9 6,5 0,48 0,58

Россия ГЛ Весовой Пнев-мати-чес-кий 2 3 7,6 1,1 31,9 0,6 0,7 29 7 0,94 го £ Г) Специа лизиро-ванный 2 4 12 0,6 26,2 0,3 0,3 43,7 7 0,14

Германия Франция специалист н зирова нный А РЕУ 1178 Я58 ю

Весовой 1 X я ё о Й ас й 2 Весовой Нажим ной 1

Эластомер 3 Гидравлический I Гид- ; равли-ческий Гид- | равли- I ческий | ! ! Гид- | равли-ческий ! ю ю ю ю - ил о о -и 4^. и) Ю -О ил и> О н-» Ь-» о* ю £ £ 0° ОО ю л ^ - «Р0 ч» 41 ч» ^ ^ о оо о ю ^ о О 4^ ОО К> |—'О ч> ч> ч# о о ю "о Ю К) — 1—' —' VI VI VI ии О 4^ — ОО и> и> <1 ил 4^. и) Ю ^ О ч^ ч# ч# О 4^. ил о ^ ш и (О М ч)-1 Я ^ ил ^ Ъ. о "ил ю о и* 1—1 о О ч# о ч# ОО о ч# ОО о о VI и> "о О ч# и> ил о V о н-' ю 29,4 22,1 23,0 ил 17.7 17.8 17.9 18,0 18,0 н-' ю

Л ОО ОО "ил ОО

О м 0,86 0,37 0,47 0,44 0,42 0,62 0,48 0,48 0,48 0,58 £ I

00 I 5

§

§ т> и а о» н р в*

Продолжение табл. 1.1

1 2 3 4 5 6 7 8 | 9 10 11 12 13 14

США | Е-160 Нажимной Пневматический 2 10 25,6 1,45 40 1,5 1,2 28 7 0,69

К11 Весовой Гидравлический 1 3 12 1,0 15 1,0 0,4 15 7 0,31 к о в * Нажимной Пневматический 2 4 8 10 20 0,7 1,3 20 40 0,8 0,3 29 31 7 0,2 0,2

Весовой Гидравлический 1 3 10 0,7 25 0,6 о,з ; 36 5,6 0,13

Тип В Специализирован ный Элек-троди-нами-ческий 2 5 9 0,3 10 2 0,4 33 7 0,11

Германия Швеция Англия

EDG-Ohw ASEA D0R

Спе-циали-зиро-ванный ; Спе-циали-31фова нный Спе-циали-зиро-ванный U»

Элек-троди-нами-ческий ¡ Гидро дина-миче-ский Газо-гидродина-миче-ский м i—» i—*

Ьо 1 I С\ т ^ ^ ^ ° г». ^ ъ. ° ^ jO -J

Н- J-1 о О о ^ S ъ ^ Я ^ О Ъ> í 0,006 00

Г-О NJ KJ i—1 i—* i—1 и> ш о -л w О о KJ о о NJ ЧО ч» KJ 1 ! О

1,25 1 I J

25.21 1 ч* о ч» о NJ сю о ч» <1 о JO . , ,.,.,. "Ж. 1 о

О § и л

Я) а к о н

Я)

- 7.8,5 м/с), что позволяет использовать их только как парковые замедлители. Вагоноосаживатели различных конструкций в настоящее время также работают при скоростях до 5 м/с и применяются в основном только как парковые замедляющие устройства. Электродинамические замедлители (тип В, ЕБО-ОЬау) основаны на наведении магнитного поля в колесе вагона в сочетании с трением скольжения, что также является достаточно дорогостоящим для горок малой мощности оборудованием [92,116].

Вообще замедляющие устройства на механизированных горках являются наиболее трудоемкой частью технического обслуживания горочных комплексов, и общие трудозатраты на поддержание их работоспособности достигают 70 % от трудоёмкости по содержанию всего горочного оборудования [92,109,110,116]. И, как следует из всего вышеизложенного, применение на малых горках замедляющих устройств балочного типа с пневмо- и гидроприводом экономически неоправданно, а применение современных замедляющих устройств специальных конструкций при их невысокой надёжности [92] усложняет техническое обслуживание таких горок.

В огромном семействе горочных замедлителей кроме широко распространённых типовых механизмов известны замедлители с нетипичным приводом. Так, например, известно замедляющее устройство, в котором пневматический привод рабочих органов заменён механическим. Данное устройство принадлежит к балочному нажимному типу и располагается внутри колеи. Механический привод заключается в использовании усилия деформированных пружин, прижимающих тормозные шины к внутренней стороне колёс каждой проходящей колёсной пары [119]. Данное устройство обладает высокой надёжностью, простотой и дешевизной, но имеет при этом принципиальный недостаток - оно свободно-замкнутое и, кроме того, в нём не регулируется усилие нажатия балок, а следовательно, устройство не реагирует ни на скорость, ни на вес отцепа.

Как показывает практика, ни одно из известных серийных замедляющих устройств, по причине большой стоимости и высоких эксплуатационных затрат, не может эффективно применяться на горках малой мощности, которых в системе МПС существует большое количество, поскольку пропускная способность таких горок изначально рассчитана на пропуск не более 1500 вагонов в сутки (при средней загруженности типового замедлителя больших горок 3500 вагонов).

В настоящее время торможением отцепов на таких горках управляют вручную, с использованием технологии тормозного башмака [49,86,114].

Так, в железнодорожном путевом хозяйстве широкое применение имеет тормозной башмак, состоящий из колодки с ручкой и полоза, охватывающего головку рельса [114]. Полоз имеет прямоугольный профиль, образованный нижней и боковыми поверхностями. Колодка представляет собой клин, грань которого образует с полозом угол 35° и служит для фиксации колеса подвижного состава со стороны движения. У такого башмака допустимая длина тормозного юза не должна превышать 36 м, допустимая скорость входа - не более 16 км/ч, а допустимая осевая нагрузка - до 28 т.

Кроме того, известен также тормозной башмак с двойной клиновой системой [5], состоящий из колодки с ручкой и полоза. Полоз имеет трапециевидный профиль, образованный нижней и боковыми поверхностями. Боковые поверхности полоза расположены под углом 20°.70° к вертикальной плоскости, а в горизонтальной плоскости образуют острый угол с вершиной, расположенной со стороны ручки тормозного башмака.

В рабочем положении тормозной башмак устанавливается на головку рельса перед колесом со стороны возможного ухода подвижного состава. В момент накатывания колеса на передний конец тормозного башмака боковые поверхности полоза прижимаются к головке рельса, тормозной башмак заклинивается на рельсе, и подвижной состав останавливается.

Тормозной эффект любого башмака основан на замене трения качения колеса по рельсу трением скольжения полоза башмака и другого не-подбашмаченного колеса по рельсам [114]. Такое скольжение называется юзом. Длина юза, а также и количество башмаков, подкладываемых под отцеп, зависит от скорости вагона при его входе на башмак, от осевой нагрузки и от погодных условий (влага на поверхностях трения, оледенение и т.д.) [27,29,33] и определяется "на глаз". При скольжении колёсной пары на башмаке юзом в результате трения скольжения неподбашмачен-ного колеса по рельсу происходит неравномерное изнашивание его круга катания, заключающееся в формировании на поверхности колеса прямолинейного участка. Неравномерный износ колесных пар, образующийся при использовании тормозного башмака, получил название одностороннего ползуна. Наличие ползуна значительно сокращает срок службы самих колёсных пар, буксовых узлов, верхнего строения пути (ВСП) в целом и является причиной выбраковки вагонов. На основе анализа данных ПТО вагонной службы СКЖД за 1998.2002 годы определено среднее количество вагонов с наличием грубых браков (табл. 1.2), среди которых односторонние ползуны составляют порядка 24,9 % [33].

Сотрудниками РГУПС совместно с инспекторами по сохранности вагонов СКЖД проведено обследование колесных пар вагонов на горках с ручным торможением [33], которое позволило установить, что образование браковочных ползунов возможно при длине юза более 10 м для скорости движения отцепа до 6 м/с и осевой нагрузке до 20 т [30,33].

Кроме того, было установлено, что на один браковочный ползун в среднем приходится до 50 единиц невыбраковочных ползунов, имеющих размер от 0,4 до 0,8 мм. Ползуны такого типа значительно ухудшают динамические характеристики взаимодействия колеса и рельса и являются "благодатной почвой" для образования браковочных ползунов.

Таблица 1.2

Средние показатели выбраковки отцепов вагонов по грубым бракам по СКЖД за 1998 - 2002 годы

Причина выбраковки Количество в шт. Количество в%

Неисправности колесных пар:

- по ползунам 1257 8,940

- по выщербинам 1332 9,47

- по тонким гребням 1129 8,029

- по остроконечному накату 2837 20,18

- по односторонним ползунам 3500 24,89

- по наварам 190 1,66

Трещины:

- боковин 13 0,11

- хребтовых балок 141 1,23

- надрессорных балок 111 0,97

- автосцепок 455 3,97

- пятников 22 0,19

- осей 1 0,01

Изломы скользунов 505 4,4

- фрикционных клиньев 625 5,5

- упорных угольников 60 0,52

- упорной плиты 21 0,18

- клинотяшвого хомута 45 0,39

- тягового хомута 20 0,17 поглощающего аппарата 141 1,023

Изломы скользунов:

- ступицы колеса 7 0,06

- пружин тележек 388 2,76

- тормозной тяги 29 0,25

- шкворня 78 0,68

Обрыв концевого бруса 48 0,42

- рабочей камеры 76 0,66

- тормозного цилиндра 83 0,73

- запасного резервуара 39 0,34

- дверей 560 4,89

Выбитые тележки 3 0,03

Отсутствие гаек триангеля 23 0,2

Отсутствие гаек валика подвески 6 0,05

Заваренные башмаки 167 1,46

Трение оси о соединительную балку 11 од

Просевшие фрикционные аппараты 137 1,2

Итого: 14060 100%

Согласно методике расчёта возмещения ущерба за повреждение грузовых вагонов, утверждённой МПС РФ 25.09.00, убыток от образования односторонних ползунов будет складываться из сокращения расходов, связанных с обнаружением, заменой и ремонтом поврежденных колёсных пар, а также из потерь от временного изъятия вагонов из эксплуатации.

Таким образом, принимая количество исключённых из эксплуатации вагонов соответствующим количеству забракованных колёсных пар, получаем потери от исключения вагонов вследствие образования односторонних ползунов только по СКЖД порядка 16 млн. руб. в год, а с учётом не-выбраковочных ползунов, размером от 0,4 до 0,8 мм, годовые потери от исключения вагонов могут значительно увеличиться.

В целях увеличения долговечности колесных пар на совещании у министра путей сообщения Российской Федераций (протокол № 50 от 19.05.2000) было принято решение об исключении причин образования односторонних ползунов на горках с ручным торможением при использовании ручного башмака.

Под сроком службы элементов колесных пар подразумевается календарная продолжительность эксплуатации до момента возникновения предельного состояния. При этом долговечность колес определяется фактическим сроком службы Тф, который в значительной степени зависит от количества проточек ободьев и толщины снимаемого за одну обточку слоя [131,133]:

ТФ = (Нн - Ни - пхЬ)А¥Ь-у, где Нн - толщина обода (70 мм), Ни - минимальная толщина изношенного обода (22 мм), N - число обточек за весь срок службы, И - средняя толщина снимаемого слоя, А - количество рабочих суток вагона за год, Ь -пробег вагона за сутки, у - средняя величина износа за 1 км пробега.

Очевидно, что повышение долговечности колес при прочих равных условиях возможно либо за счет увеличения толщины обода, либо за счет уменыления числа обточек путем более совершенной эксплуатации колесных пар.

Как известно, основными источниками односторонних ползунов, приносящих убытки всей структуре МПС РФ, являются горки малой мощности, не имеющие адекватной своим рабочим характеристикам технологии регулировки скорости отцепов.

Как видно из всего вышеизложенного, проблема односторонних ползунов является актуальной, в связи с чем возникает необходимость создания для горок с ручным торможением максимально простой, дешёвой и при этом надёжной технологии исключения односторонних ползунов.

Среди способов борьбы с односторонними ползунами в настоящее время можно выделить два перспективных направления [33]:

1. Корректировка параметров горок путём изменения их высоты и профиля для уменьшения энергии движения отцепа.

2. Точное управление продолжительностью фрикционного контакта поверхности круга катания неподбашмаченного колеса с рельсом.

Решение поставленной задачи путём корректировки параметров горок позволяет уменьшить длину юза до величины, исключающей образование браковочных ползунов. Так, по данным ПТО вагонной службы СКЖД, корректировка параметров горок позволила снизить количество браковочных ползунов на 50.60 %. Однако такое решение уменьшает скорость движения отцепа, а следовательно, увеличивает время сортировки каждого состава, что снижает общую производительность горки. Кроме того, такой подход к решению задачи не обеспечивает точной регулировки длины юза, например в пределах 30.40 мм, что сохраняет условия для образования небраковочных ползунов, размером 0,4.0,8 мм, которые также оказывают негативное влияние на долговечность буксовых узлов, рельсового полотна и являются причиной образования браковочных ползунов.

Таким образом, при решении поставленной задачи первым способом процесс образования браковочных ползунов будет просто растянут во времени, но не исключён полностью. Кроме этого, уменьшение высоты горки, являясь весьма дорогостоящей работой, может привести к тому, что при определённых погодных условиях (например, встречный ветер и т.д.) энергии движения отцепа при роспуске не хватит для достижения им под-горочного парка.

Решение задачи вторым способом заключается в разработке способа управления продолжительностью фрикционного контакта поверхности неподбашмаченного колеса подбашмаченной пары с рельсом при использовании технологии тормозного башмака, которая при минимальной себестоимости и эксплуатационных расходах, по сравнению с другими способами регулирования скорости отцепов, для малопроизводительных горок, несомненно, является наиболее эффективной. Поскольку в контакте не-подбашмаченное колесо-рельс неравномерный износ образуется в результате замены башмаком трения качения на трение скольжения,решение задачи вторым способом должно заключаться в разработке способа смены поверхности фрикционного контакта круга катания неподбашмаченного колеса с рельсом. Периодическая смена пятна контакта колеса с рельсом на протяжении всего тормозного пути отцепа по длине тормозной позиции обеспечит периодическую смену поверхностей контакта круга катания неподбашмаченного колеса подбашмаченной пары с рельсом и позволит регулировать размеры ползуна. Таким образом, суть данного способа предотвращения односторонних ползунов сводится к разработке способа периодического проворачивания движущейся подбашмаченной колёсной пары на башмаке и определению интервалов её проворачивания, в пределах которых размеры ползуна не превышают допустимого значения.

Таким образом, если длину юза Ьх разбить на участки Ть каждый из которых меньше допустимой не более 10 м [33] длины [1^],свыше которой вероятно образование браковочного ползуна, то аналитическое описание задачи будет иметь вид:

LT=2[LJ. (1.1)

Li <. |U1

Очевидно, что для решения поставленной задачи наиболее перспективным является создание автономно работающего механизма, способного периодически сменять поверхность контакта неподбашмаченного колеса подбашмаченной пары с рельсом, до того как на нём образуется ползун.

Расположение таких механизмов по всей длине тормозных позиций с заданным интервалом собственно и будет образовывать противоползун-ную систему (ППС).

Известно устройство, обеспечивающее проворачивание подбашмаченной колесной пары при горочных операциях [29,30,33,34]. Однако при эксплуатационных испытаниях этого устройства было отмечено высокое сопротивление прохождению подвижного состава, которое нарушает скоростной режим работы сортировочной горки. Это объясняется тем, что каждый рабочий модуль такой системы при усилии нажатия шины 60 ООО Н и длине фрикционной поверхности шины 1,2 м создает работу сил трения не менее 72 ООО Дж. При учёте того, что в процессе контакта колесо-модуль фрикционное взаимодействие колеса происходит и с шиной, и с рельсом, сила трения Fjp фактически удваивается и работа сил трения составляет 144 ООО Дж. При интервале установки 10 м [33] на каждой тормозной позиции горки будет установлено не менее двух модулей, тогда суммарная работа сил трения ППС с тремя тормозными позициями составит 864 ООО Дж. Применительно к полувагону массой 21,5 т сопротивление движению составит порядка 4,11 м эн.в. (метров энергетической высоты), что может привести к остановке вагона до достижения им под-горочного парка. Поскольку в задачу ППС входит не торможение отцепов, а проворачивание колесной пары на тормозном башмаке, то очевидно, что работа сил трения в контакте колеса с каждым модулем ППС должна быть сведена к минимуму, до уровня, не оказывающего влияние на процесс управления скоростью отцепов. Из вышесказанного следует, что потери на трение, создаваемые ППС подвижному составу, не должны превышать дополнительных удельных сопротивлений от стрелочных переводов, от ударов на стыках, от вписывания в кривые и т.д., которые учитываются при проектировании горок и роспуске составов [88,93,102,103,104].

Так же известна опытная конструкция клинового устройства разработанная ВНИИЖТом. Конструкция имеет рабочий участок менее 0,8 м и шарнирное крепление клина для перевода из рабочего в нерабочее положение, что усложняет конструкцию и требует дополнительное операционное время.

Заключение диссертации по теме «Трение и износ в машинах», Демьянов, Алексей Александрович

6 исновные выводы

С использованием методов физико-математического моделирования и

К я . >•» ' . В . . . ( . 1. ■ ■ Ч . ■ т ■ .4 ■■ ■ , |.,Ч ■■. г* • Ч п ЛГ* 11К ■ . Ч . . Т Г > 11ЛЛП < Ч Г. .4.1.4 . . пПУЧ . . ."Ч ' Ч г» . Ч та 1и«1аI гпи/мл и илапприоати И/рийН/И 1а иши/диоап ирчцы/^ рехода трибосистем подбашмаченной колесной пары от трения скольжения (движение юзом) к трению качения при горочных операциях и определены его рациональные периодичность и энергопотребление (сопротивление движению).

При определении периодичности перехода подбашмаченной колесной пары от трения скольжения к фению качения решены следующие задачи,

2.1. Установлено влияние величины одностороннего ползуна на характер разрушения поверхности катания колес при их эюлшуаха-ции, а также его допустимый размер (0,2 мм), не приводящий к

2.2. Разработана математическая модель распределения тепловых потоков в радиальной и тангенциальной координатах колеса при т. л . ■ Ч'/Ч I . 1 I 1 ■ . ,'Ч гЧ /Ч. ■ т. . • . . . 1ЛГ Ж(ЛГ1/\Щ1Г1Л/

ДВИЛУ^ПГШ ШЛЛУ1 Г> 1 ПШЛ ^1/ЛИШ1ЛА.

2.3. Установлена допустимая длина юза (7.8 м), не приводящая к термомеханическим повреждениям поверхнос ти катания колеса.

При определении рациональных значений энергопотребления процесса перехода колесной пары от трения скольжения к трению качения решены следующие задачи.

-1631. Исследовано влияние макрогеометрии поверхности шины на изменение работы сил трения в трибоконтакте колесо-глина ППС при трении скольжения и трении качения и определена её рациональная макрогеометрия, обеспечивающая проворачивание подбашмаченной пары при сопротивлении движению подвижного состава, удовлетворяющем скоростному режиму горок (потери на стрелочном переводе марки 1/9).

2. Предложена методика физико-математического моделирования процесса перехода трибосистем подбашмаченной колесной пары от трения скольжения в трение качения на основе оригинальной установки УВПД и серийной машины трения СМТ-2.

3. Расширены возможности методики трибочастотной адаптации фрикционных систем за счет синхронной регистрации на лабораторной установке УВПД изменений силы трения и трибочастот-ных характеристик исследуемого триоошнтакта в зависимости от изменения жесткости системы и нагрузочно-скоростных параметров контакта в режиме реального времени с частотой до 10 ООО отсчетов в секунду.

4. Теоретически обосновано, что процесс фрикционного взаимодействия колеса с тиной характеризуется постепенным нарастанием силы тпения. пеалияуюшей пепехол поступательного движения ^ ^ --------> -.—^ — —.— —. - ^ .— — - ^^ ------------колеса во вращательное при продолжительности контакта не более 0,2 с.

5. Методом трибочастотной адаптации определено условие стабилизации коэффициента трения для исследуемых пар трения при продолжительности трибоконтакта колесо—нажимная шина менее 0,2 с в пределах 8 %, что обеспечивает устойчивую работу ППС в условиях системы экипаж-путь при горочных процессах в автономном режиме.

Эксплуатационные испытания показали, что в нагрузочно-скоростном диапазоне работы сортировочных горок рабочий модуль балочного типа ППС-3 (патент № 2202489) обеспечивает проворачивание подбашмаченной пары на угол (не менее 5°) достаточный для смены поверхности трения в трибосистеме колесо-рельс. Разработан проект противоползунной системы для оснащения горок малой мощности, предупреждающий образование термомеханических повреждений поверхности катания колес подбашмаченных пар при движении юзом, и предусматривающий комплектацию рабочими модулями балочного ППС-ЗМД или клинового ППС-К типов. Разработана документация на изготовление рабочих модулей противоползунной системы ППС-3, ППС-ЗМ, ППС-ЗМД, ППС-К. Расчётный экономический эффект только за счет исключения браковочных ползунов составит по СКЖД не менее 16,5 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Демьянов, Алексей Александрович, 2004 год

1. Амиров Л.Б. Организация и эффективность научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. М.: Экономика, 1974. 287 с.

2. Аксененко Н.Е. Железнодорожный транспорт в 2000 году; стратегия, задачи, перспективы // Железнодорожный транспорт. 2000. № 2. С. 2-9.

3. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. 660 с

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В ^ т М.: Машиностроение, 1982. 736 с.

5. A.c. 522089 СССР, МКИ3 В61К7/04, E21F13/02. Тормозной башмак / И.Т. Чуйко, С.С. Шевчук, Е.Р. Чернов. Опубл. 25.07.76. Бюл. 27. 2 с.

6. A.c. 532052 СССР, МКИ3 В16.К7/04. B61hl3/30. Вагонный замедлитель / Л.П. Колычев. Опубл. 30.04.38.

7. A.c. 1787844 СССР, МКИ3 В61К7/16. Устройство для остановки рельсовых транспортных средств / В.Е. Никитин, И.В. Никитин. -Опубл. 15.01.93. Бюл. № 2. 4 с.

8. A.c. 1623900 СССР, МКИ3 В61К7/04. Весовой вагонный замедлитель / В.Е. Никитин, Н.И. Толстопятов. Опубл. 30.01,004. Бюл. № 4. 4 с.

9. Батищев Д.И, Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984. 248 с.

10. Белый В.А., Свириденок А.И. Актуальные направления развития исследований в области трения и изнашивания // Трение и износ. 1987. Т. 8. № 1. С. 5 24.

11. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе A.B. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.: Машиностроение, 1982. 191 с.

12. Брауде В.И., Семенов Х.Н. Надежность подъемно-транспортных машин. Л.: Машиностроение, 1986. 183 с.

13. Буше H.A. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт,1987. 223 с.

14. Баландин А.М., Шейнин В.П. О механизации станций /У Железнодорожный транспорт. М.: Транспорт, 1985. № 4.

15. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Р. Динамика вагона. М.: Транспорт, 1991. 360 с.

16. Вериго М. Ф. Вертикальные силы действующие на путь при прохождении подвижного состава / Тр. ВНИИЖТа, 1955. Вып.97. С. 25-288.

17. Вериго М. Ф. Каменский В. Б. Совершенствование норм содержания пути и подвижного состава / Железнодорожный транспорт. 1994. № 11. С. 30- 46

18. Воронков В.Д. Подшипники сухого трения. Л.: Машиностроение,1988. 240 с.

19. Воронков И. М. Курс теоретической механики М.: ГИТТА. 1956. 350 с.

20. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.; Гос. Изд-во физ.-мат. литературы, 1958. 412с.

21. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985.- 424с.

22. Гоберман JI.A. Основы теории, расчета и проектирования строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1988. 464 с.

23. Глабурда В.Г. Стратегическое планирование на железнодорожном транспорте // Железнодорожный транспорт. М.; № 6, 2000. С. 46-51.

24. Гересимов А.Ю. Грузовые экспрессы прогрессивная форма перевозок // Вестник ВНИИЖТ. №3. 1991. С. 6-9.

25. Детали машин: Справочник / Под ред. Н.С. Ачеркана. М.: Машиностроение, 1989. 440 с.

26. Демьянов A.A. Методика адаптивного проектирования механинических систем /7 Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения. 2001. №2. С. 13-16.

27. Адаптивное проектирование внешних тормозных систем подвижного состава на основе клиновых преобразователей: Моногр. / Ал.Ан. Демьянов, В.И. Колесников, O.A. Розман, В.В. Шаповалов, П.Н. Шербак // Ростов н/Д: Изд-во СКНЦВШ, 2000. 173 с.

28. Демьянов Ал.Ан. Теоретические основы трибочастотной адаптации // Трибология на железнодорожном транспорте: современное состояние и перспективы: Межвуз. сб. науч. тр. семинара: Ростов н/Д. РГУПС, 2001. С. 31 43.

29. Демьянов Ал.Ан., Украинцев М.Г. Система для предотвращения неравномерного износа колёсных пар подвижного состава: Сб. науч. тр. РГУПС. Ростов н/Д: РГУПС, 1998. С. 144-146.

30. Демьянов A.A., Демьянов Ал.Ан., Розман О.А Внешние тормозные системы подвижного состава на основе клиновых преобразователей /У Матер. 58-й науч. конф. проф.-преп. сост. РГУПС, 20-22 апреля. Ростов н/Д: РГУПС, 1999. С. 44.

31. Демьянов A.A., Ковалев Е.А., Демьянов Ал.Ан. Основы проектирования параметрических рядов металлополимерных подшипников: Учеб. пособие. Ростов н/Д: РГУПС, 1999. 28 с.

32. Демьянов A.A., Украинцев М.Г., Демьянов Ал.Ан. Особенности моделирования фрикционных процессов на гранях клиновых систем /./ Актуальные проблемы триботехники: Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д: РГУПС, 2002. С. 26 31.

33. Теория и практика адаптивного проектирования фрикционных механических систем: Моногр. / A.A. Демьянов, В.В. Богатырёв, В.И. Колесников, Ал.Ан. Демьянов, В.В. Шаповалов // Ростов н/Д: Изд-во СКНЦВШ, 2001. 217 с.

34. Демьянов A.A., Розман O.A. Анализ кинематической модели фрикционного заградителя ФЗС-1 // Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения. 1999. № 1. С, 61-65.

35. Особенности внешних тормозных систем подвижного состава конструкции РГУПС / A.A. Демьянов, В.В. Шаповалов, O.A. Розман Ал.Ан. Демьянов // Изв. вузов. Сев.-кав. регион. Техн. науки. (Спецвыпуск). Ростов н/Д: 2001. С. 160-164.

36. Демьянов A.A., Демьянов Ал.Ан., Розман O.A. Станционный заградитель // Повышение надежности и эффективности узлов трения машин и механизмов: Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д: РГУПС, 2001. С. 81—83.

37. Демьянов A.A., Демьянов Ал.Ан., Розман O.A. Противоползунная система // Повышение надежности и эффективности узлов трения машин и механизмов: Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д: РГУПС, .2001. С. 83-84.

38. Повышение ресурса узлов трения транспортной техники / A.A. Демьянов, В.В. Шаповалов, A.M. Лубягов, В.И. Баранов, Д.В. Зелинский, A.J1. Выщепан // Межвуз. сб. науч. тр. семинара. Ростов н/Д:42,43.