Снижение износа колес и рельсов за счет дифференциального вращения колесных пар нетягового подвижного состава при движении в кривых участках пути тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Чупраков Егор Владимирович

• Чупраков Егор Владимирович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Чупраков Егор Владимирович

Введение

1 Состояние вопроса и формулировка целей и задач исследования

1.1 Современное состояние системы взаимодействия «колесо - рельс»

1.2 Анализ недостатков типовой тележки вагона модели 18-100 в кривых участках пути с типовыми колесными парами

1.3 Технические решения, обеспечивающие улучшение взаимодействия системы «колесо-рельс»

1.3.1 Лубрикация системы контакта «колесо - рельс»

1.3.2 Радиальная установка колесных пар в тележке вагона

1.3.3 Применение колесных пар подвижного состава с независимым вращением колес

1.3.3.1 Классификация технических решений, обеспечивающих необходимую разность частоты вращения между колесами в точках контакта с рельсом

1.4 Постановка целей и задач исследования

2 Разработка предложенной конструкции колесной пары дифференциального

исполнения

2.1 Предложенная конструкция колесной пары нетягового подвижного состава дифференциального исполнения

2.1.1 Сравнительная оценка недостатков и достоинств колесных пар типового и дифференциального исполнения

2.2 Определение общих режимов эксплуатации колесной пары

2.3 Расчет максимально возможной разности частоты вращения одного колеса относительно другого при движении колесной пары дифференциального исполнения в прямом и кривом участках пути

2.4 Определение сил, приходящихся на подшипники, расположенные в оси колесной пары дифференциального исполнения

2.5 Выбор подшипников оси дифференциального исполнения, обеспечивающих независимость вращения колес колесной пары, и определение их расчетного ресурса

2.5.1 Описание выбранных подшипников, обеспечивающих независимость вращения колес у колесной пары дифференциального исполнения

2.5.2 Определение расчетного ресурса и момента трения выбранных подшипников, обеспечивающих независимость вращения колес у колесной пары дифференциального исполнения

Выводы по главе

3 Оценка прочности предложенной оси колесной пары дифференциального

исполнения

3.1 Выбор критериев оценки прочности оси колесной пары дифференциального исполнения

3.2 Аналитическая оценка прочности оси колесной пары дифференциального исполнения

3.3 Результаты сравнительной оценки прочности оси колесной пары типового и предложенного дифференциального исполнения

Выводы по главе

4 Исследование движения тележки с колесными парами предложенного

дифференциального исполнения в кривых участках пути

4.1 Аналитическое исследование движения тележки вагона модели 18-100 с

колесными парами дифференциального исполнения в кривой

4.1.1 Основные обозначения, исходные данные и режимы работы предложенной колесной пары дифференциального исполнения

4.1.2 Состояния колесных пар в кривой

4.1.3 Местоположения мгновенного полюса вращения и величина зазоров между гребнями колес и внутренними гранями головок рельс при различных положениях тележки в кривой

4.1.4 Радиусы колес в точках контакта колес с рельсами

4.1.5 Суммарные продольные и поперечные скорости скольжения в точках контакта колес с рельсами

4.1.6 Силы, действующие на надрессорное строение

4.1.7 Силы, действующие на отдельную колесную пару

4.1.8 Расчет сил девствующих в точках контакта колес с рельсами

4.1.8.1 Определение режима работы колесной пары дифференциального исполнения

4.1.8.2 Определение поперечных и продольных сил трения в точках контакта колеса с рельсом

4.1.8.3 Контакт колес с рельсами в одной точке

4.1.8.4 Двухточечный контакт набегающих колес с рельсами

4.1.8.4.1 Двухточечный контакт набегающего колеса с рельсом при движении предлагаемой колесной пары в типовом режиме

4.1.8.4.2 Двухточечный контакт набегающего колеса с рельсом при движении предлагаемой колесной пары в дифференциальном режиме

4.1.9 Расчетные схемы движения тележки в кривом участке пути и решение уравнений движения

4.2 Выбор критериев оценки эффективности движения тележки вагона в кривой с колесными парами дифференциального исполнения

4.3 Результаты сравнительного аналитического исследования движения тележки вагона модели 18-100 с колесными парами типового и предложенного дифференциального исполнения в кривой

Выводы по главе

5 Физическое моделирование движения макета тележки с колесными парами типового и предложенного дифференциального исполнения в кривом

участке пути

5.1 Стенд модельных исследований движения тележки подвижного

состава в кривом участке пути

5.1.1 Установление условий подобия

5.1.2 Стенд модельных исследований

5.1.2.1 Модель тележки

5.1.2.2 Модель колёсной пары

5.1.2.3 Модель рельсового пути

5.1.3 Измерительная система стенда модельных исследований движения

подвижного состава по рельсовому пути

5.1.3.1 Измерительная система модели тележки

5.1.3.2 Устройство замера боковых усилий, действующих на наружный рельс

5.2 Результаты испытаний движения модели тележки подвижного состава

с колесными парами в типовом и дифференциальном режиме

5.2.1 Определение коэффициента трения скольжения в точках контакта колес с рельсами

5.2.2 Результаты сравнительных испытаний движения модели тележки подвижного состава с колёсными парами в типовом и дифференциальном режиме

5.3 Исследование сил сопротивления движению модели тележки

5.4 Технико-экономическая оценка разработанного технического решения по повышению ресурса системы взаимодействия «Колесо-рельс» эффективности от внедрения на вагонах колесной пары дифференциального исполнения ВСЖД филиала ОАО «РЖД»

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

6

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение износа колес и рельсов за счет дифференциального вращения колесных пар нетягового подвижного состава при движении в кривых участках пути»

Введение

Актуальность работы. Одной из главных и наиболее ресурсоемких проблем, остро стоящих перед железнодорожным транспортом уже более трех десятилетий, является проблема обеспечения устойчивого взаимодействия системы «колесо -рельс». Используемые в настоящее время способы и средства, направленные на уменьшение износа, сосредоточены в основном на двух направлениях: увеличении твердости колес и рельсов и непосредственном нанесении различных смазочных материалов (лубрикация) на поверхности катания в узел взаимодействия колеса и рельса. По результатам анализа выявлено, что применяемые средства подходят к грани своей нормальной эффективности, так как направлены на решение следствий проблемы, а не на устранение причины. В 2014 году затраты компании ОАО «РЖД» на проведение работ по устранению последствий интенсивного износа (обточка, замена колес и рельсов, перекладка рельс с переменой рабочего канта и т. д.), а также на поддержание в работоспособном состоянии и закупку новых средств лубрикации составили 5,7 млрд руб. В соответствии со стратегией развития железнодорожного транспорта до 2030 года (утв. распоряжением Правительства РФ от 17 июня 2008 г. № 877-р) улучшение взаимодействия в системе «колесо - рельс» при разработке подвижного состава нового поколения является одним из основных направлений научных исследований, что подчеркивает актуальность выбранной темы диссертационного исследования.

Степень разработанности темы. Изучение силового и изнашивающего воздействия колес на рельсы представлено в научных трудах таких ученых, как

A. А. Холодецкий, К. Ю. Цеглинский, Н. Е. Жуковский, В. А. Шевалин, К. П. Королев, В. Б. Медель, Х. Хейман, Г. М. Шахунянц, С. М. Андриевский, С. М. Куценко, О. П. Ершков, Ю. С. Ромен, А. Н. Савоськин, С. В. Вершинский,

B. О. Певзнер, С. М. Захаров, М. Ф. Вериго, А. Я. Коган, В. Г. Григоренко и др. В данных исследованиях отмечается, что одним из основных факторов, оказывающих существенное влияние на повышение износа колес и рельсов при движении в кривых, является продольное проскальзывание колес по рельсам.

Наибольшие возможности по снижению указанного скольжения колес может

дать конструктивное совершенствование колесных пар путем устранения жесткой связи между колесами у одной пары. Такие идеи впервые были упомянуты в работах ученых Н. А. Ковалева, Х. Хеймана, М. А. Мацура. Испытание подвижного состава со свободновращающимися колесами с получением положительных результатов при движении в кривых проводили А. А. Камаев, Ф. Фредерих, А. И. Беляев, П. Ю. Цыганков.

О. Креттек в своем исследовании выявил: основной недостаток конструкций подвижного состава со свободно вращающимися колесами заключается в том, что они не обладают свойством достаточного «самоцентрирования» при движении в прямых участках пути. При этом в работах О. Креттека, Р. Жюли, А. Л. Голубенко, А. И. Беляева, П. Ю. Цыганкова предположено и доказано, что для достижения центрирующего эффекта при движении в прямых участках пути колесная пара должна обладать связью между колесами, т. е. иметь некоторое промежуточное решение между свободно вращающимися колесами и колесами с жесткой посадкой на ось. Одним из таких решений является колесная пара дифференциального вращения Л. В. Винника (соавторы Ю. С. Ромен, А. М. Фридберг) - результат значимый, но пока не применимый на практике из-за интенсивного износа внутренней поверхности бандажа и колесного центра. Результаты этих исследований стали научной основой при выполнении диссертационной работы.

Среди последних разработок необходимо отметить разработку колесной пары системы гибкого колеса, предложенную В. В. Шилером, у которой обеспечивается обособление вращения опорной и направляющей поверхностей катания колеса. Несмотря на все попытки совершенствования колесных пар для снижения износа колес и рельсов при движении в кривых участках пути, проблема не имеет законченного решения.

Объектом исследования являются колесные пары нетягового подвижного состава железных дорог.

Предметом исследования являются способы повышения ресурса колес и рельсов, заключающиеся в изменении организации работы ходовых частей нетягового подвижного состава при движении в кривых участках пути.

Целью работы является повышение ресурса колес и рельсов при движении

нетягового подвижного состава в кривых участках пути за счет снижения величины продольных сил трения и скоростей скольжения в точках контакта колес с рельсами путем разработки колесных пар дифференциального исполнения.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

- выполнен анализ технических решений, направленных на снижение износа колес и рельсов, заключающихся в обеспечении разности частоты вращения колес в конструкции колесной пары при движении в кривых участках пути;

- предложен способ повышения ресурса колес и рельсов, заключающийся в применении оси колесной пары дифференциального исполнения, и конструкция для его осуществления;

- спроектирована конструкция оси колесной пары дифференциального исполнения и произведена оценка ее работоспособности по предложенной методике в сравнении с осью типового исполнения;

- разработана математическая модель движения двухосной тележки

с колесными парами дифференциального исполнения в кривых участках пути;

- разработан учебно-экспериментальный лабораторный стенд для моделирования движения тележки подвижного состава по рельсовому пути;

- проведены исследования по математической модели и на лабораторном стенде движения тележки с колесными парами типового и дифференциального исполнения.

Научная новизна диссертационной работы:

- разработан новый способ повышения ресурса колес и рельсов, заключающийся в применении оси колесной пары дифференциального исполнения, отличающейся тем, что предложенная ось состоит из двух вложенных друг в друга полуосей с заданной между ними упруго-фрикционной связью и возможностью осевого проворота друг относительно друга, что обеспечивает необходимую разность частоты вращения колес при возникновении до критических (по условию скольжения) продольных сил;

- разработана новая методика оценки работоспособности предложенной оси дифференциального исполнения, отличающаяся тем, что конструкция оси представляет собой две вложенные одна в другую полуоси с возможностью осевого

проворота друг относительно друга, включающая в себя оценку усталостной прочности конструкции и аналитические выражения выбора и расчета подшипников в оси дифференциального исполнения;

- разработана уточненная математическая модель движения двухосной тележки подвижного состава в кривых участках пути, отличающаяся учетом упруго-фрикционной связью, разностью частоты вращения между колесами и двухточечным контактом набегающих колес на рельс, а также условие перехода от совместного вращения колес к дифференциальному.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

- получена новая конструкция колесной пары нетягового подвижного состава с упруго-фрикционной связью между колесами, обеспечивающая снижение горизонтальных усилий, сил трения и скоростей скольжения в точках контакта колес с рельсами, а также экономию топливо-энергетических ресурсов при прохождении кривых участков пути;

- разработана программа для ЭВМ по расчету вписывания двухосной тележки подвижного состава в кривую, позволяющая производить оценку параметров движения существующих и перспективных ходовых частей подвижного состава;

- реализованная в расчетном пакете МаШсаё методика оценки работоспособности предложенной оси дифференциального исполнения позволяет значительно сократить время расчета конструкции оси для различных осевых нагрузок;

- разработан учебно-экспериментальный лабораторный стенд, который за счет цифровых автономной измерительной системы тележки и устройства замера горизонтальных усилий позволяет на стадии проектирования по физической модели в масштабе оценить движение подвижного состава и произвести выбор безопасных и ресурсосберегающих конструкции ходовых частей подвижного состава.

Методы исследований. Исследование основано на теоретическом анализе и обобщении научной литературы, классификации технических решений, применении основных положений теоретической механики, методов математического моделирования, численных методов, метода последовательных

приближений, теории механического подобия. Исследования проводились на математической модели, реализованной в виде программы для ЭВМ, и на физической модели.

Основные положения, выносимые на защиту:

- новый способ повышения ресурса колес и рельсов, заключающийся

в применении предложенной оси колесной пары дифференциального исполнения;

- методика оценки работоспособности оси дифференциального исполнения;

- математическая модель движения двухосной тележки подвижного состава с предложенными колесными парами в кривых участках пути;

- результаты сравнительных исследований движения тележки подвижного состава в кривых участках пути с колесными парами в типовом и предложенном дифференциальном исполнении.

Достоверность научных положений и результатов. Достоверность теоретических представлений подтверждается результатами, полученными при математическом моделировании, и совпадением их с экспериментальными данными на лабораторном стенде.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались: на межвузовских научно-практических конференциях «Развитие транспортной инфраструктуры -основа роста экономики Забайкальского края», 12-15 сентября 2008 г., «Проблемы трансферта современных технологий в экономику Забайкалья и железнодорожный транспорт», 13-14 октября 2011 г., ЗабИЖТ, Чита; на общесетевом слете молодежи ОАО «РЖД» в рамках конкурса инновационных проектов «Новое звено 2010 и 2011», Москва, соответственно 22-26 сентября 2010 г. и 7-14 сентября 2011 г.; на региональной выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2011», Иркутск, 21-22 апреля 2011 г.; на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием ОМГУПС «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава», Омск, 10-11 ноября 2011 г.; на заседании кафедры «Электроподвижной состав» Дальневосточного государственного университета путей сообщения, Хабаровск, 7 декабря 2011 г.; на собрании инженерно-технических работников Иркутского

завода тяжелого машиностроения, Иркутск, 27 ноября 2015 г., заседаниях кафедры «Электроподвижной состав» Иркутского государственного университета путей сообщения, Иркутск, 2009, 2015 гг.).

Личный вклад соискателя:

- непосредственное проведение анализа и классификации существующих технических решений, направленных на снижение износа колес и рельсов, заключающихся в обеспечении разности частоты вращения колес в конструкции колесной пары при движении в кривых участках пути;

- непосредственное предложение способа повышения ресурса колес и рельсов и конструкции для его осуществления, заключающейся в применении предложенной оси колесной пары дифференциального исполнения;

- проектирование предложенной конструкции оси колесной пары дифференциального исполнения и проведение оценки её работоспособности по предложенной методике в сравнении с осью типового исполнения;

- разработка математической модели движения двухосной тележки подвижного состава в кривых участках пути, учитывающей упруго-фрикционную связь и разность частоты вращения между колесами;

- непосредственное участие в разработке и изготовлении лабораторного стенда для моделирования движения тележки подвижного состава по рельсовому пути;

- непосредственное проведение экспериментальных исследований движения модели тележки подвижного состава по рельсовому пути с колесными парами в типовом и дифференциальных режимах.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 18 печатных трудах, из них четыре статьи опубликованы в ведущих научных рецензируемых журналах и изданиях перечня ВАК РФ, получено четыре патента на изобретение, один на полезную модель, два свидетельства о регистрации программного обеспечения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка из 147 наименований и содержит 173 страницы основного текста, 27 таблиц и 51 рисунок.

1 Состояние вопроса и формулировка целей и задач исследования

Одна из главных и наиболее ресурсоемких проблем, стоящая перед железнодорожным транспортом уже более 30 лет, - проблема интенсивного износа поверхности катания колёс и рельсов в кривых участках пути (рисунок 1.1) [1]. Изнашивающее взаимное воздействие колес и рельсов при движении в кривых значительно больше, чем при движении в прямых. Это объясняется тем, что направление подвижного состава в кривых происходит за счет горизонтальных сил, необходимых для преодоления сил трения скольжения между колесами и рельсами. Ввиду того, что кривые участки пути составляют более 30 % общей протяженности железных дорог России, а на промышленном транспорте 60-70 %, актуальны исследования, направленные на разработку новых технических средств, улучшающих динамические качества подвижного состава именно в кривых участках пути.

ЁТ^Ч7.005 Кол.к

Вертикальный износ рельс

Рисунок 1.1 - Основные виды естественного износа поверхности катания: а) колес; б) рельсов

Процесс взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути стал предметом внимания ученых еще в конце XIX столетия. Известными учеными Н. П. Петровым, Н. Е. Жуковским, А. М. Годыцким-Цвирко, Г. Марье, К. Ю. Цеглинским, Х. Хейманом, А. де Патером, С. Портером решен ряд фундаментальных задач механики применительно к транспортным проблемам.

Значительные достижения в этой области связаны с исследованиями таких крупных отечественных ученых, как В. А. Лазарян, В. Б. Медель, К. П. Королев,

М. Ф. Вериго, И. И. Челноков, И. П. Исаев, И. В. Крагельский, Е. П. Блохин, И. В. Бирюков, А. Л. Голубенко, С. М. Захаров, В. Н. Котуранов, А. Я. Коган, О. П. Ершков, Ю. М. Лужнов, А. Н. Савоськин, М. Л. Коротенко, Ю. С. Ромен, В. Ф. Ушкалов, В. Д. Хусидов, Г. П. Бурчак, В. М. Богданов, И. И. Галиев, Ю. В. Демин, А. А. Камаев, В. А. Камаев, С. М. Куценко, М. М. Соколов, В. Г. Григоренко, Л. В. Винник, В. И. Доронин, С. В. Доронин, И. И. Доронина,

A. Е. Стецюк, В. В. Трофимович, В. В. Шилер, О. В. Мельниченко и др., а также зарубежных ученых, таких как Ф. Картер (F. W. Carter), Ж. Калкер (J.J.Kalker),

B. Гарг (W .К. Garg), Р. Дуккипати (R. V. Dukkipati), Ф. Фредерих (F. Frederich), Р. Жоли (R. Joli), P. Мюллер (R. С. Muller), О. Креттек (О. Krettek), Ж. Элкинс (J. A. Elkins), Б. Эйхоф (В. М. Eickhoff) и др.

Анализ выполненных исследований позволил выявить несколько направлений решения проблемы повышения устойчивого взаимодействия в системе «колесо -рельс» в кривых участках пути:

- создание технических средств, технологий и смазочных материалов для смазывания гребней колес и боковой поверхности головки рельсов;

- применение более прочных материалов (повышение твердости колес и рельсов);

- совершенствование режимов эксплуатации и текущего содержания пути и ходовых частей подвижного состава, включая модернизацию тележек, наплавку и упрочнение гребней колес;

- управление движением экипажей в рельсовой колее;

- разработка новых конструкций пути и подвижного состава.

За прошедшее время успех достигнут в первом из упомянутых направлений, некоторые результаты есть и во втором, третьем и четвертом, но проблема в целом до настоящего времени не нашла окончательного решения. Автор представляет решение указанной проблемы по пятому из вышеуказанных направлений.

1.1 Современное состояние системы взаимодействия «колесо - рельс»

Как показывают исследования [2, 3], основными причинами обточек цельнокатаных колес грузовых вагонов на протяжении последних 15 и более лет

являются износ, подрез и остроконечный накат гребня, на долю которых в среднем приходится 27,8-39,3 % всех обточек. Еще пять лет назад доля обточек по причине износа гребней колесных пар в десятки раз превышала долю обточек по прокату круга катания колес, вследствие чего происходила потеря металла по толщине обода и интенсивное снижение ресурса колесных пар в сравнении с обточками по естественному износу по прокату [4]. Поскольку для увеличения толщины гребня на 1 мм с поверхности катания колеса необходимо в среднем снять не менее 1,5 мм толщины обода колеса. На сегодняшний день за счет повсеместного внедрения средств лубрикации количество обточек колесных пар по тонкому гребню в три раза превышает количество обточек по естественному прокату по кругу катания (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Причины передачи колесных пар в вагонно-ремонтную компанию по Восточно-Сибирской дирекции инфраструктуры за 2014 г.

По состоянию на 2009-2010 гг. в парке компании ОАО «РЖД» с учетом дочерних компаний насчитывалось более 518 тыс. грузовых вагонов. Количество вагонов, отцепленных в текущий ремонт по эксплуатационным неисправностям, составляет 800 435 шт. Распределение по причинам представлено на диаграмме а) рисунка 1.3. Как видно из диаграммы, больше всего отцепок (39 % случаев) производится по причинам естественного износа поверхности катания колесных пар, при этом доля отцепок по причине естественного износа - проката по поверхности катания колес составляла менее 1 %.

В связи с передачей вагонов в частные руки и сложностью сбора статистики по всей сети ОАО «РЖД» был проведен анализ отцепок вагонов за 2011-2014 гг., как

■ Выщербина

■ Ползун

■ Навар

■ Прочие

■ Прокат

Кольцевые выработки;

Тонкий гребень

показано на диаграмме б) рисунка 1.3, в текущий ремонт в холдинговой компании «Новотранс» - одного из крупнейших независимых грузоперевозчиков на железнодорожном рынке России и стран ближнего зарубежья. Как видно из диаграмм, ситуация по сравнению с 2009-2010 гг. существенным образом не изменилась, и на сегодняшний момент больше всего отцепок - в 40 % случаев производится по причинам естественного износа поверхности катания колесных пар, при этом доля отцепок по прокату составляет чуть более 4 %.

■ Не относящиеся к поверхности катания колес ■ Выщербина

■ Ползун ■ Естественный износ поверхности катания колес

■ Тонкий гребень 1 Отстроконечный накат

■ Прокат

Рисунок 1.3 - Причины отцепок грузовых вагонов по эксплуатационным неисправностям: а) на сети дорог ОАО «РЖД» в 2009-2010 гг.; б) холдинговой компании «Новотранс» в 2011-2014 гг.

Многочисленные наблюдения за динамикой износа колес в пути следования позволяют сделать вывод, что ресурс колесной пары грузового вагона не превышает 600 тыс. км пробега [5]. Также следует отметить, что интенсивность бокового износа рельсов начиная с 2012 года практически не меняется (рисунок 1.4), это говорит о том, что применяемые средства лубрикации подходят к пределу своей нормальной эффективности [6].

Чтобы оценить значимость вышеизложенных показателей, следует обратиться к характеристикам результатов эксплуатации системы «колесо - рельс» в России и США. В России обточка колесных пар по гребню превышает аналогичные показатели США более чем в 10 раз, а изъятие рельсов по боковому износу - более чем в три раза [7].

и о о

л

«

ш а й • о а

ёю

н К

со 8 О

(ч &

о >

Ю 2

О ^

и „

О X

ю В

£ к

£ л § *

и И

я

о Я

н «

К

0.050

0.040

0.030

0.020

0.010

0.000

40

30

20

10

а ю н к

п

л

н о о

я «

£

й я о

со ^

Л 1-н

2011 г.

2012 г.

2013 г.

2014 г.

ИЖ<350 м; R= 351-650 м; СЖ= 651-1000 м.

Рисунок 1.4 - Интенсивность бокового износа в зависимости от грузонапряженности по сети дорог ОАО «РЖД» за период 2011-2014 гг.

Таким образом, представленная картина наглядно показывает, что, несмотря на успешность применяемых мер, проблема интенсивного износа колес и рельсов в кривых решена не до конца. Расходы материальных ресурсов в локомотивном, вагонном и путевом хозяйствах, связанные со сверхнормативным износом в системе «колесо - рельс», в первую очередь в кривых участках пути, находятся на достаточно высоком уровне и требуют продолжения работ по их снижению. Годовые расходы за 2014 г. по сети дорог ОАО «РЖД» только на проведение работ по устранению последствий интенсивного износа элементов пары взаимодействия «колесо - рельс» (обточка, замена колес и рельсов, перекладка рельсов с переменой рабочего канта и т. д.) составляют около 2,9 млрд руб.

1.2 Анализ недостатков типовой тележки вагона модели 18-100 в кривых участках пути с типовыми колесными парами

На сегодняшний момент в научных публикациях и трудах подробно теоретически и экспериментально изучена работа ходовых частей подвижного состава, где применены грузовые тележки модели 18-100. На основании этих трудов проведен анализ недостатков данной тележки при движении в кривых участках пути

0

с колесными парами типового исполнения с выявлением основных первопричин и следствий интенсивного износа колес и рельсов [8].

Причины:

а) применение в конструкции тележки типовых колесных пар, у которых колеса жестко закреплены на оси без возможности независимого вращения относительно друг друга, в результате чего при качении колес по рельсовой нити кривой неизбежно происходит продольное проскальзывание их по рельсу;

б) недостаточная поперечная жесткость связи и уровень связываемости рам относительно друг друга.

Следствия:

а) увеличение углов набегания гребней колес на боковую грань рельса при движении в кривых участках пути увеличивает вероятность схода подвижного состава с рельсового пути, что в настоящий момент подтверждается положительной динамикой сходов с рельсов порожних вагонов;

б) значительные по величине силы трения скольжения в точках контакта, требующие значительных направляющих сил от рельсов на гребни набегающих колес, вызывающие интенсивный боковой и вертикальный износ головки рельсов, а также износ колес по прокату и толщины гребней;

в) перекос буксовых узлов вызывает нагрев подшипников качения, что уменьшает надежность буксового узла и угрожает безопасности движения подвижного состава;

г) интенсивный износ соединительных поверхностей корпуса буксы и челюстей боковины тележки.

1.3 Технические решения, обеспечивающие улучшение взаимодействия системы «колесо - рельс»

Условия взаимодействия в системе «колесо - рельс» оказывают существенное влияние на сроки службы, организацию содержания основных устройств пути и подвижного состава, основные составляющие эксплуатационных расходов железных дорог. При решении проблемы обеспечения устойчивого взаимодействия в системе

«колесо - рельс» в кривых участках пути и, как следствие, уменьшения износа гребней колесных пар и рельсов, возможны следующие основные направления: лубрикация, использование более прочных и твердых материалов, управление движением экипажей в рельсовой колее (радиальная установка оси колесных пар), обеспечение возможности независимого проворота колес относительно друг друга у одной колесной пары.

1.3.1 Лубрикация системы контакта «колесо - рельс»

В настоящее время технология нанесения смазывающего материала в зону контакта пары «колесо - рельс» в кривых участках пути предусматривается тремя направлениями: применением передвижных рельсосмазывателей, стационарных путевых лубрикаторов и индивидуальных гребнесмазывателей.

На 2011 год на сети российских железных дорогах для обработки смазочными композициями боковой поверхности наружного рельса в кривой для защиты всех набегающих на рельс колес проходящего подвижного состава применялись 302 ед. рельсосмазывателя в виде локомотивов и дрезин, оборудованных рельсосмазывающими установками типа РС-2 и РСМ-1, разработанные соответственно ВНИИЖТом и ВНИКТИ. При этом на тот момент большая часть (47 %) эксплуатируемого парка передвижных рельсосмазывателей на базе дрезин РСМ-1 и электровозов ВЛ60ПК отработала установленный срок эксплуатации. Сложившееся положение потребовало разработки новых многофункциональных передвижных рельсосмазывателей (вагонов-рельсосмазывателей ВРС), способных наносить смазку на рельсы в составе грузовых или пассажирских поездов на участках с высоким наполнением графика движения [9]. Вагоны-рельсосмазыватели (ВРС) переоборудованы на базе разных типов вагонов и укомплектованы рельсосмазывающими установками. В 2011 году применялось 19 вагонов рельсосмазывателей, что составляло 6 % от общего числа применяемых рельсосмазывателей. В среднем за 2011 год на сети железных дорог передвижными рельсосмазывателями выполнялось более 45 тыс. поездок и смазывалось 15 млн км рельсов, на что расходовалось более 2,5 тыс. тонн смазочных материалов, что

составляет более 8 тонн смазки на один рельсосмазыватель.

Для защиты стрелочных переводов и кривых участков пути на сети железных дорог на 2011 г. было установлено 6143 напольных путевых лубрикаторов, из которых 3719 установлены в горловинах станции перед стрелочными переводами, остальные - на главных путях в круговых кривых. От общего количества лубрикаторы типа СПР-02 и СПР-02-04 составляют 71 % (4387 шт.), оставшиеся лубрикаторы - устаревшей конструкции типа РС-05. В среднем годовой расход смазки напольными рельсосмазывателями составляет 290 тонн.

За 2011-2014 гг. на сеть железных дорог в рамках реализации мероприятий ресурсосбережения только в систему лубрикации инвестировано порядка 2,8 млрд руб., при этом годовые затраты на поддержание применяемых средств лубрикации в работоспособном состоянии составляют 2,2 млрд руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чупраков Егор Владимирович, 2016 год

Список литературы

1. Попова, Л. Н. Поиск причин износа наружного и внутреннего рельса в кривых участках пути [Текст] / Л. Н. Попова, Е. В. Чупраков, В. Н. Полищук // Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации : материалы науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых электромеханического факультета ИрГУПС. - Иркутск : ИрГУПС, 2010. - С. 113-120.

2. Анализ результатов использования технических средств лубрикации и износа элементов системы «Колесо-рельс» на железных дорогах за 6 месяцев 2009 г. [Текст] : утв. Департаментом технической политики ОАО «РЖД». -М., 2009.

3. Ромен, Ю.С. Состояние ходовых частей подвижного состава и износы в системе колесо-рельс [Текст] / Ю.С. Ромен, А.М. Орлова, В.С. Лесничий // Подборка 2011 «Колесо-рельс».

4. Францев, А.Н. Техническому обслуживанию - надежность и качество [Текст] / А.Н. Францев // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2010. - № 4. - С. 15-17.

5. Комиссаров, А.Ф. Автоматизированный диагностический комплекс для измерения геометрических параметров колесных пар [Текст] / А.Ф. Комиссаров, К.В. Григорьев // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2011. -№ 3. - С. 11-15.

6. Об итогах использования технических средств лубрикации элементов системы «колесо-рельс» за 2014 год и постановке задач по повышению эффективности их применения в 2015 году, В.А. Гапанович //ОАО «РЖД», 2015 г. - 20 С.

7. Бидуля, А.Л. О разработке взаимоувязанного профиля рабочих поверхностей колес и рельсов в рамках приоритетного направления «Гармонизация параметров локомотивной тяги и инфраструктуры с точки зрения взаимодействия на скорости и веса поездов и оптимизация эффективности перевозочного процесса» [Текст] / А.Л. Бидуля // Объединенный ученый совет ОАО «РЖД». - Бюл. № 4. - М., 2011. - С. 3-6.

8. Чупраков, Е. В. Анализ эксплуатации современных тележек грузовых вагонов в кривых участках пути и предлагаемое решение по улучшению их работы [Текст] / Е. В. Чупраков, О. В. Мельниченко, А. Н. Танцурин, В. В. Павлов // Вестник ИрГТУ. - 2011. - № 8. - С. 125-131.

9. Бокач, Г.В. Перспективы развития вагонной технологии лубрикации рельсов [Текст] / Г.В. Бокач, Ю.М. Бердников // Вагоны и вагонное хозяйство. -2011. - № 2. - С. 42-44.

10. Ратников, А.И. Эффективность лубрикации [Текст] / А.И. Ратников // Путь и путевое хозяйство. - 2010. - № 11. - С. 2-10.

11. Новые вагонные тележки [Текст] // Железные дороги мира. - 1994. - № 3. -С. 3-9.

12. Шеффель, Х. Радиально устанавливающиеся колесные пары электровозов [Текст] / Х. Шеффель // Железные дороги мира. - 1989. - № 2. - С. 74-76.

13. Kobayashi, H. The new bogies for disel-trans Japan railways [Text] / H. Kobayashi // Quarterly Report of RTRI. - 2000. - № 1. - Р. 16-20.

14. Джексон, Р. Новые исследования в центре транспортных технологий [Текст] / Р. Джексон // Железные дороги мира. - 2000. - № 10. - С. 56-62.

15. Upadhyay, R. Reduced wear wheels and rails [Text] // R. Upadhyay // International Railway Journal. - 2000. - № 7. - Р. 33-34.

16. Беляев, А.И. Эффективная альтернатива колесной паре [Текст] / А.И. Беляев, Ю.В. Мещерин, П.Ю. Цыганков // Железнодорожный транспорт. - 1999. -№ 10. - С. 28-32.

17. Цыганков, П.Ю. Совершенствование конструкции тележек скоростных локомотивов с целью улучшения их динамики [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 : защищена 14.06.06: / Цыганков Павел Юрьевич. - Москва, 2002 - 215 с. - Библиогр.: с. 140-162. - 61 02-5/1741-1.

18. Фредерих, Ф. (Frederich F.) Возможности улучшения направления подвижного состава в рельсовой колее [Текст] / Ф. Фредерих // Железные

дороги мира. - 1986. - № 4. - С. 12-16.

19. Хейман, Х. Направление железнодорожных экипажей рельсовой колеей [Текст] / Х. Хейман. - М. : Трансжелдориздат, 1957. - 415 с.

20. Медель, В.Б. Выбор оптимальных параметров механической части электровозов [Текст] / В.Б. Медель // Вопросы конструкции, динамики и электрооборудования электроподвижного состава : сб. науч. тр. - М. : Изд-во Московского ин-та инженеров железнодорожного транспорта им. И.В. Сталина, 1958. - Вып. 103. - С. 5-37.

21. Медель, В.Б. Исследование движения железнодорожных экипажей в кривых [Текст] / В.Б. Медель // Труды Томского электромеханического ин-та инженеров железнодорожного транспорта. - Вып. 20. - М., 1955. - 207 с.

22. Медель, В.Б. Взаимодействие электровоза и пути [Текст] / В.Б. Медель. - М. : Трансжелдориздат, 1956. - 333 с.

23. Медель, В.Б. Подвижной состав железных дорог. Конструкция и динамика [Текст] : учеб. для ин-тов ж.-д. трансп. / В.Б. Медель. - 4-е изд., перераб. -М. : Транспорт, 1974. - 232 с.

24. Винник, Л.В. Проблемы механики рельсового транспорта с новыми конструкциями колесных пар [Текст] / Л.В. Винник. - М. : Академкнига, 2005. - 719 с.

25. Винник, Л.В. Колесная пара дифференциального вращения для вагонов метрополитена [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 : / Винник Леонид Владимирович. - СПб., 1997 - 156 с.

26. Винник, Л.В. Колесная пара дифференциального вращения [Текст] / Л.В. Винник // Железнодорожный транспорт. - 2005. - № 11. - С. 66.

27. Фредерих, Ф. (Frederich F.) Исследование опытной тележки с отдельными колесами [Текст] / Ф. Фредерих // Железные дороги мира. - 1988. - № 9. -С. 33-37.

28. Голубенко, А.Л. Сцепление колеса с рельсом [Текст] : монография / А.Л. Голубенко. - Киев : Випол, 1993. - 448 с. - ISBN 5-8238-0158-0.

29. Ahmed, A.K.W. Lateral stability and steady-state curving behaviour of railway

freight car system with elasto-damper coupled wheelset [Text] : dissertation / Ahmed Abul Karam Waizuddin. - USA Canada, 1986. - 358 с.

30. Жоли, Р. Поперечная устойчивость подвижного состава в прямой [Текст] / Р. Жоли, Х. Пиргидис // Железные дороги мира. - 1997. - № 9. - С. 35-42.

31. Вагоны со свободно вращающимися колесами [Текст] // Железнодорожный транспорт. - 1965. - С. 94.

32. Фредерих, Ф. (Frederich F.) Тележка для пассажирских вагонов железных дорог ФРГ [Текст] / Ф. Фредерих // Железные дороги мира. - 1990. - № 7. - С. 8-9.

33. Панагин, Р. Тележка для пассажирских вагонов фирмы Fiat [Текст] / Р. Панагин // Железные дороги мира. - 1990. - № 7. - С. 10-11.

34. Ковалев, М.П. Боковые колебания подвижного состава [Текст] / М.П. Ковалев. - М. : Трансжелдориздат, 1957. - 248 с.

35. Мацур, М.А. Устойчивость движения рельсового экипажа с криволинейной поверхностью катания независимо вращающихся колес [Текст] / М.А. Мацур // Некоторые задачи механики скоростного рельсового транспорта : сб. науч. тр. - Киев : Академия наук УССР, Днепропетровское отделение института механики : Наукова думка, 1973. - С. 55-64.

36. Мацур, М.А. Дифференциальные уравнения движения по криволинейным участкам пути скоростного рельсового экипажа на колесных парах перспективной конструкции [Текст] / М.А. Мацур ; под общ. ред. В.А. Лазаряна // Вопросы строительной механики : сб. науч. тр. -Днепропетровск : Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1972. - Вып. 139. - С. 76-86.

37. Мацур, М.А. К вопросу о возможности наложения неголономных связей на рельсовый экипаж [Текст] / М.А. Мацур ; под общ. ред. В.А. Лазаряна // Вопросы строительной механики : сб. науч. тр. - Днепропетровск : Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта, 1972. - Вып. 139. - С. 61-76.

38. Камаев, А.А. Воздействие на путь в круговых кривых тележек со свободно вращающимися колесами [Текст] / А.А. Камаев, М.И. Сороко, Ф.И. Колпаков

// Динамика подвижного состава железных дорог (Исследования методами моделирования) : сб. науч. тр. - Брянск : Изд-во Брянского института транспортного машиностроения, 1971. - Вып. 23. - С. 156-159.

39. Беляев, А.И. Как устранить преждевременный износ бандажей подвижного состава [Текст] / А.И. Беляев, Ю.В. Емельянов, В.Л. Шишакин // Железнодорожный транспорт. - 1997. - № 7. - С. 38-41.

40. Krettek Otmar, Fu Li. Das Losradprinzip - ungeanhnte Moglichkeiten oder unabsehbare Folgen. Tagung Rad'97. Eisenbahningenieur. - Pp. 69-72.

41. Вериго, М.Ф. Динамика вагонов [Текст] : конспект лекций для вузов / М.Ф. Вериго. - М. : ВЗИИТ, 1971. - 176 с.

42. Бирюков, И.В. Механическая часть тягового подвижного состава [Текст] : учеб. для вузов ж.-д. трансп. / И.В. Бирюков, А.Н. Савоськин, Г.П. Бурчак [и др.] ; под ред. И.В. Бирюкова. - М. : Транспорт, 1992. - 440 с.

43. Вериго, М.Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава [Текст] / М.Ф. Вериго, А.Я. Коган ; под ред. М.Ф. Вериго. - М. : Транспорт, 1986. -559 с.

44. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ [Текст] / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. - М. : Машиностроение, 1977. - 527 с.

45. Чупраков, Е. В. Анализ существующих и предлагаемого технических решений колесных пар подвижного состава дифференциального исполнения [Текст] / Е. В. Чупраков // Наука и техника транспорта. - 2014. - № 2. -С. 25-36.

46. Колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 1685755 Рос. Федерация : МПК В 60 В 9/00 / Касылкасов Ж.М. ; заявитель и патентообладатель Касылкасов Женыс Мадыкенович. - № 4418106/11 ; заявл. 27.04.88 ; опубл. 23.10.91, Бюл. № 39. - 3 с.

47 Упругое колесо для рельсового экипажа [Текст] : пат. 1243960 Рос. Федерация : МПК В 60 В 9/12 / Голубенко А.Л., Ткаченко В.П., Крамарь Н.М., Филонов А.С., Калюжный Н.Н., Коняев А.Н., Сухов И.Н.,

Коропец А.П. ; заявитель и патентообладатель Ворошиловградский машиностроительный институт, производственное объединение «Ворошиловградский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции». - № 3600353/27-11 ; заявл. 15.06.83 ; опубл. 15.07.86, Бюл. № 26. - 3 с.

48. Железнодорожная колесная пара [Текст] : пат. 2241606 Рос. Федерация : МПК В 60 В 3/00, В 60 В 37/00 / Ноженко В.В. ; заявитель и патентообладатель Ноженко Владимир Викторович. - № 2003125823/11 ; заявл. 21.08.03 ; опубл. 10.12.04.

49. Колесная пара для множества колей [Текст] : пат. 2131816 Рос. Федерация : МПК В 61 Б 7/00, В 60 В 35/10 / Гайдаров Н.М. ; заявитель и патентообладатель Железнодорожный завод - Софья. - № 96107245/28 ; заявл. 06.09.93 ; опубл. 20.06.99.

50. Раздвижная колесная пара [Текст] : пат. 2056313 Рос. Федерация : МПК В 61 Б 7/00 / Тройников М.А. ; заявитель и патентообладатель Центральное конструкторское бюро транспортного машиностроения. - № 5026692/11 ; заявл. 07.02.92 ; опубл. 20.03.96.

51. Колесная пара железнодорожного подвижного состава [Текст] : пат. 61639 Рос. Федерация : МПК В 60 В 37/10 / Петров Г.И., Петров А.Г., Петров О.Г. ; заявитель и патентообладатель Петров Г.И., Петров А.Г., Петров О.Г. -№ 2006133508/22 ; заявл. 18.09.06 ; опубл. 10.03.07.

52. Колесная пара тележки железнодорожного вагона [Текст] : пат. 66279 Рос. Федерация : МПК В 60 В 37/00 / Панов А.Ю., Панов Р.А. ; заявитель и патентообладатель Нижегородский гос. техн. ун-т. - № 2007106553/22 ; заявл. 20.02.07 ; опубл. 10.09.07.

53. Транспортная система [Текст] : пат. 1655818 Рос. Федерация : МПК В 60 В 37/10 / Арбузов А.Я., Сень П.А., Богданович Г.И., Тихоненков А.П., Игнатенков Г.И. ; заявитель и патентообладатель Великолукский локомотиворемонтный завод им. 50-летия СССР. - № 4480817/11 ; заявл. 30.05.88 ; опубл. 15.06.91, Бюл. № 22. - 2 с.

54. Колесная пара для различной ширины колеи [Текст] : пат. 1004181 Рос. Федерация : МПК В 61 F 7/00 / Никола Мартинов Гайдаров ; заявитель и патентообладатель «СО Болгарски державни железници» (Инопредприятие). - № 7770130/27-11 ; заявл. 06.03.78 ; опубл. 15.03.83, Бюл. № 10. - 6 с.

55. Тележка рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2168431 Рос. Федерация : МПК В 61 F 5/00 / Беляев А.И., Мещерин Ю.В., Цыганков П.Ю. ; заявитель и патентообладатель Всерос. науч. -исслед. ин-т тепловозов и путевых машин МПС Рос. Федерации. - № 99118872/28 ; заявл. 01.09.99 ; опубл. 10.06.01.

56. Тележка рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2168431 Рос. Федерация : МПК В 61 F 5/00 / Беляев А.И., Мещерин Ю.В., Цыганков П.Ю. ; заявитель и патентообладатель Всерос. науч. -исслед. ин-т тепловозов и путевых машин МПС Российской Федерации. - № 99118872/28 ; заявл. 01.09.99 ; опубл. 10.06.01.

57. Differential axle for railroad car [Те^] : пат. 4575145 США : МПК B 60 B 37/10 / Norman E. Wolfram, Frederick T. Skalski, William E. Heronemus ; заявитель и патентообладатель Norman E. Wolfram, Frederick T. Skalski, William E. Heronemus. - № 681285 ; заявл. 13.12.84 ; опубл. 11.03.86.

58. Differential action railroad car wheelset ^xt] : пат. 6048015 США : МПК B 60 B 37/10 / Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord ; заявитель и патентообладатель Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord. - № 09/004362 ; заявл. 08.01.98 ; опубл. 11.04.00.

59. Differential action railroad car wheelset ^xt] : пат. 6598920 США : МПК B 60 B 37/10 / Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord ; заявитель и патентообладатель Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord. - № 09/582898 ; заявл. 07.01.99 ; опубл. 29.07.03

60. Uni-directional lockout for railroad car wheelset differential ^xt] : пат. 6623057 США : МПК B 60 B 37/10 / Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord ; заявитель и патентообладатель Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord. - № 09/582897 ; заявл. 09.02.99 ; опубл. 23.09.03.

61. Differential wheel mounting for railroad car [Text] : пат. 7316436 США : МПК B 60 B 37/12 / John Kummings ; заявитель и патентообладатель John Kummings. - № 7316436 ; заявл. 22.02.06 ; опубл. 08.01.08.

62. Цыганков, П.Ю. Перспективная тележка для тягового подвижного состава [Текст] / П.Ю. Цыганков, А.И. Беляев // Железнодорожный транспорт. -2002. - № 1. - С. 22-25.

63. Wheel set for rail vehicles [Text] : пат. 4637646 США : МПК B60B 37/00 / Hermann Ortwein, Ottmar Krettek, Johannes Nicolin ; заявитель и патентообладатель Hermann Ortwein, Ottmar Krettek, Johannes Nicolin. -№ 4637646 ; заявл. 16.11.84 ; опубл. 20.01.87.

64. Malasi, G., and Scarponi, P. Results of experiment with independently rotating wheels // Ingegneria Ferroviaria. - 1979. - Vol. 33. - № 5. - Pp. 757-768.

65. Способ прохождения криволинейных участков пути тележками транспортного средства, имеющими возможность дифференциального вращения ободов колесных пар [Текст] : пат. 2326781 Рос. Федерация : МПК В 61 F 5/48, B 60 B 37/12, B 61 L 1/02 / Винник Л.В., Фридберг А.М. ; заявитель и патентообладатель ЗАО «Завод по ремонту электроподвижного состава», Винник Л.В., Фридберг А.М. - № 2005131019/11 ; заявл. 07.10.05 ; опубл. 20.04.07.

66. Колесная пара транспортного средства [Текст] : пат. 2076806 Рос. Федерация : МПК В 60 В 37/12 / Фридберг А.М., Винник Л.В. ; заявитель и патентообладатель Фридберг А.М., Винник Л.В. - № 94022342/11 ; заявл. 01.07.94 ; опубл. 10.04.97, - 3 с.

67. Железнодорожное колесо Фридберга А.М. [Текст] : пат. 2344941 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/00, В 61 F 13/00, B 60 B 9/00 / Фридберг А.М. ; заявитель и патентообладатель Фридберг Аркадий Моисеевич. -№ 2006117739/11 ; заявл. 24.05.06 ; опубл. 10.12.07.

68. Колесная пара транспортного средства [Текст] : пат. 2158679 Рос. Федерация : МПК В 60 В 37/12 / Михин Н.М., Савоськин А.Н., Грек В.И., Михайлов Г.И. ; заявитель и патентообладатель ТОО «ЭЛМЕХТРАНС». - №

98112705/28 ; заявл. 07.07.98 ; опубл. 10.11.00.

69. Wheel having a hub and rim rotatable on the hub ^xt] : пат. RE38511 США : МПК B 60 B 37/12 / Arkady Moiseevich Fridberg, Leonid Vladimirovich Vinnik ; заявитель и патентообладатель Arkady Moiseevich Fridberg, Leonid Vladimirovich Vinnik. - № 09/989412 ; заявл. 23.06.95 ; опубл. 18.06.96.

70. Колесо рельсового транспорта [Текст] : пат. 2207250 Рос. Федерация : МПК В 60 В 9/12 / Шилер В.В., Шилер А.В., Головаш А.Н., Рубежанский П.Н. ; заявитель и патентообладатель ГУП «Центр внедрения новой техники и технологий «Транспорт». - № 2000125462/28 ; заявл. 09.10.00 ; опубл. 10.10.02.

71. Поперечный профиль поверхности катания подрессоренного бандажа колеса колесной пары [Текст] : пат. 2378127 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/02, В 61 F 13/00 / Галиев И.И., Шилер В.В., Горбунов П.И., Кычаков К.А., Николаев В.А., Таловский Д.В., Шилер А.В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008131365/11 ; заявл. 29.07.08 ; опубл. 10.01.10.

72. Колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2376150 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/02, В 61 F 13/00 / Шилер В.В., Белоглазова Н.А., Вильгельм А.С., Привалов А.В., Швецов С.В., Шилер А.В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008131375/11 ; заявл. 29.07.08 ; опубл. 20.12.09.

73. Колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2375206 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/02, В 61 F 13/00 / Шилер В.В., Шилер А.В., Белоглазова Н.А., Горохов А.А., Моисеенок Е.М., Плосков А.В., Саркенов С.С. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008131367/11 ; заявл. 29.07.08 ; опубл. 10.12.09.

74. Колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2375205 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/02, В 61 F 13/00 / Галиев И.И., Шилер В.В., Васякин М.В., Климович М.А., Швецов С.В., Шилер А.В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008131366/11 ;

заявл. 29.07.08 ; опубл. 10.12.09.

75. Колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2375204 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/02, В 61 F 13/00 / Шилер В.В., Белоглазова Н.А., Горбунов П.И., Горохов А.А., Гуреев А.Н., Нехаев В.А., Шилер А.В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2008131364/11 ; заявл. 29.07.08 ; опубл. 10.12.09.

76. Профиль гребня упорного диска колеса рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2375203 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/02, В 61 F 13/00 / Галиев И.И., Шилер В.В., Белоглазова Н.А., Шилер А.В., Шипилов П.А., Швецов С.В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008131363/11 ; заявл. 29.07.08 ; опубл. 10.12.09.

77. Колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 2375202 Рос. Федерация : МПК В 60 В 17/02, В 61 F 13/00 / Галиев И.И., Белоглазова Н.А., Плосков А.В., Шилер В.В., Шилер А.В., Шипилов П.А. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008127919/11 ; заявл. 08.07.08 ; опубл. 10.12.09.

78. Упругое колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 1775319 Рос. Федерация : МПК В 60 В 9/02 / Мишин В.В., Зябрев В.А., Сердюк А.А. ; заявитель и патентообладатель Днепропетровский горный ин-т им. Артема. -№ 4812312/11 ; заявл. 27.02.90 ; опубл. 15.11.92, Бюл. № 42. - 3 с.

79. Колесо рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 1705129 Рос. Федерация : МПК B 60 B 9/12 / Мишин В.В., Лебедев А.И., Сердюк А.А. ; заявитель и патентообладатель Днепропетровский горный ин-т им. Артема. -№ 4419837/11 ; заявл. 04.04.88 ; опубл. 15.01.92, Бюл. № 2. - 2 с.

80. Железнодорожное колесо [Текст] : пат. 2208523 Рос. Федерация : МПК B60B17/00 / Винник Л.В., Фридберг А.М., Сапенок А.А. ; заявитель и патентообладатель Винник Леонид Владимирович, Фридберг Аркадий Моисеевич, Сапенок Александр Александрович. - № 2001134255/28 ; заявл. 20.12.2001 ; опубл. 20.07.2003.

81. Четырехбуксовая колесная пара с осевой стабилизацией для

железнодорожного подвижного состава [Текст] : пат. 2379189 Рос. Федерация : МПК В 41 F 19/02 / Пашков Н.Н., Тюньков В.В., Швыдкий В.В. ; заявитель и патентообладатель Иркутский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2008103609/11 ; заявл. 29.01.08 ; опубл. 10.08.09.

52. Radsatz fur Schienenfahrzeuge [Тех] ; пат. 3039370 Германия ; МПК B6037/00 / Frederich Fritz ; заявитель и патентообладатель Frederich Fritz.; заявл. 18.10.80, опубл. 19.05.82.

53. Stub axle truck [Тех^ i пат. 4SS3000 США i МПК B61F3/16 / Thomas H. Engle ; заявитель и патентообладатель Thomas H. Engle. - № 116775 ; заявл. 05.11.87 ; опубл. 28.11.89.

54. Stub axle truck [ТеХ] i пат. 4947761 США i МПК B61F 15/00 / Thomas H. Engle ; заявитель и патентообладатель Thomas H. Engle. - № 398416 ; заявл. 25.0S.S9 ; опубл. 14.0S.90.

55. Международные тенденции в вагоностроении [Текст] // Железные дороги мира. - 1996. - № 5. - С. 23-26.

56. Бржезовский, А.М. Динамика и воздействие на путь пассажирских вагонов компании Patentes Talgo S.A. с пассивным наклоном кузова в кривых [Текст] / А.М. Бржезовский, А.Г. Парчевский, М.С. Тихов // Вестник ВНИИЖТ. -2007. - № 2. - С. 10-1S.

57. Снижение шума за счет направляемых колесных пар [Текст] // Железные дороги мира. - 19SS. - № 12. - С. 40-46.

SS. Колесная пара рельсового транспортного средства [Текст] : пат. 1250479 Рос. Федерация : МПК В 60 В 35/14 / Михайлов Е.В., Горбунов Н.И., Коняев А.Н., Голубенко А.Л. ; заявитель и патентообладатель Ворошиловградский машиностроительный ин-т. - № 3863905/27-11 ; заявл. 06.03.85 ; опубл. 15.08.86, Бюл. № 30. - 3 с.: ил. S9. Упругая муфта [Текст] : пат. 1209956 Рос. Федерация : МПК F 16 D 3/12, В 60 В 35/14 / Михайлов Е.В., Горбунов Н.И., Коняев А.Н., Голубенко А.Л., Осенин Ю.И., Ткаченко В.П., Крамарь Н.М. ; заявитель и патентообладатель Ворошиловградский машиностроительный ин-т. - № 3760322/25-27 ; заявл.

22.06.84 ; опубл. 07.02.86, Бюл. № 5. - 2 с.: ил.

90. Колесная пара вагона дифференциального вписывания в кривую [Текст] : пат. 74344 Рос. Федерация : МПК B60B37/00 / Мельниченко О.В., Горбаток С.А., Чуринова О.В., Газизов Ю.В. ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС). - № 2008103584/22 ; заявл. 29.01.08 ; опубл. 27.06.08.

91. Колесная пара вагона с независимым вращением колес [Текст] : пат. 95598 Рос. Федерация : МПК B60B37/00 / Мельниченко О.В., Чупраков Е.В., Газизов Ю.В., Горбаток С.А., Ерофеев В.А. ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС). - № 2009130190/22 ; заявл. 05.08.09 ; опубл. 10.07.10.

92. Способ снижения износа системы колесо-рельс и конструкция для его осуществления [Текст] : пат. 2 449 910, заявка 2010129656/11(042157) Рос. Федерация : МПК B61F 3/00, B61F 5/50, B61F 5/38 / Мельниченко О.В., Чупраков Е.В., Горбаток С.А. - № 2010129656/11 ; заявл. 15.07.10 ; опубл. 10.05.12, Бюл. № 13.

93. Railway axle assembly [Тех^ : пат. 4529241 США : МПК B60B 35/14; B60B 37/02; B60B 37/04 / Edward Junbert. - № 505285 ; заявл. 17.06.83 ; опубл. 16.07.85.

94. Колесная пара вагона с фрикционно-упругой связью между колесами [Текст] : Пат. 2 512 829 на изобретение Российская Федерация МПК В60В 37/00. / Е. В. Чупраков, О. В. Мельниченко (РФ). - № 2012114980/11; Заявлено 16.04.2012; Опубл. 10.04.2014; Бюл. № 10.

95. Мельниченко, О. В. Разработка колесной пары вагона с дифференциальным вписыванием в кривую [Текст] / О. В. Мельниченко, Ю. В. Газизов, Е. В. Чупраков, В. В. Трофимович // Вестник Института тяги и подвижного состава «Подвижной состав XXI века» : материалы междунар. науч.-практ. конф. ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки, 13-14 ноября 2008 г. / Под ред. Ю. А. Давыдова и А. Е. Стецюка. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2008. - Вып.5. -

С. 30-31.

96. Мельниченко, О. В. Разработка тележки вагона с независимым вращением колес [Текст] / О. В. Мельниченко, Е. В. Чупраков // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования : тр. Всерос. науч.-практ. конф., 21-23 апреля 2010 г. В 6 т. / под ред. О. Л. Рудых. -Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2010. - Т. 1. - С. 105-109.

97. Грузовые вагоны колеи 1520 мм железных дорог СССР [Текст] : альбом-справочник / под ред. В.К. Тихонычева. - М. : Транспорт : Московская типография № 4, 1989. - 179 с.

98. Инструкция по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар (с изменениями) [Текст] : ЦВ-944 : утв. МПС России 20.06.03 : ввод. в действие с 01.01.06. - М. : Транспорт, 2008. - 86 с.

99. Чупраков, Е. В. Выбор оптимального расположения подшипников в оси колесной пары дифференциального исполнения [Текст] / Е. В. Чупраков // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. -2013. - № 1. - С. 171-175.

100. SKF spherical plain bearings and rod ends [Text]. - 2004. - 136 c.

101. Сайт компании SKF [Электронный ресурс]. - М., 2012. - Режим доступа: http://www.skf.com, свободный. - Загл. с экрана.

102. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) [Текст]. - М. : ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. - 317 с.

103. Вершинский, С.В. Новый метод расчета вагонной оси на прочность [Текст] / С.В. Вершинский, Н.Н. Кудрявцев, М.М. Цветкова, Ю.М. Черкашин // Динамика, прочность и устойчивость вагонов в тяжеловесных и скоростных поездах : науч. тр. ВНИИЖТа / под ред. С.В. Вершинского. - Вып. 425. - М. : Транспорт, 1970. - С. 121-144.

104. Чупраков, Е. В. Оценка прочности оси колесной пары дифференциального исполнения [Текст] / Е. В. Чупраков, О. В. Мельниченко // Вестник ИрГТУ. -2013. - № 10. - С. 63-70.

105. Оси чистовые для подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм.

Технические условия [Текст] : ГОСТ 30237-96 (ИСО 1005-3-82). - 1998. -Введ. 1999-01-01. - Минск : Отдел оперативной печати УкрНИИССИ, 1998. -11 с.

106. Оси черновые (заготовки профильные) для подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия [Текст] : ГОСТ 30372-96 (ИСО 1005-3-82). - 1997. - Введ. 1998-05-29. - Минск : Изд-во стандартов, 1997. -29 с.

107. Оси вагонов железных дорог колеи 1520 (1524) мм. Типы, параметры и размеры [Текст] : ГОСТ 22780-93 (ИСО 1005-9-86). - 1995. - Введ. 1998-05-29.

- Минск : Изд-во стандартов, 1995. - 17 с.

108. Заготовки осевые для железнодорожного подвижного состава. Технические условия [Текст] : ГОСТ 4728-2010. - 2011. - Введ. 2010-11-25. - М. : Стандартинформ, 2011. - 14 с.

109. Школьник, Л.М. Полые оси и валы [Текст] / Л.М. Школьник, Ю.Е. Коваленко, Е.М. Мартынов, Л.А. Усова. - М. : Машиностроение, 1968. - 183 с.

110. Краткий курс теоретической механики [Текст] / Тарг С.М. : учеб. для втузов.

- 10-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1986. - 416 с.

111. Введение в аналитическую механику [Текст] / Беленький И.М.. - М. : Высш. шк., 1964. - 324 с.

112. Гарг, В.К. Динамика подвижного состава [Текст] / В.К. Гарг, Р.В. Дуккипати; перевод с английского К.Г. Бомштейна, под ред. Н.А. Панькина. - М. : Транспорт, 1988. - 391 с.

113. Капустина, Е.П. Пути увеличения ресурса бандажей колес в зависимости от их технического состояния и условий эксплуатации электровозов [Текст] : дис. канд. техн. наук : 05.22.07 : / Капустина Елена Петровна. - Иркутск, 2002. - 147 с.

114. Бабий, О.А. Снижение интенсивности накопления повреждений рельсов в кривых малого радиуса [Текст] : дис. канд. техн. наук : 05.22.06 : защищена 14.06.06 : / Бабий Оксана Анатольевна. - Хабаровск, 2006. - 138 с. -Библиогр.: с. 130-138.

115. Жаров, И.А. Квазистационарное движение колесной пары в кривых [Текст] / И.А. Жаров //вестник ВНИИЖТа, 2001, №2. - С. 17-21

116. Жаров, И.А. Влияние различных факторов на боковой износ рельсво через углы набегания и боковые силы при движении тележки в кривой [Текст] / И.А. Жаров, С.М. Захаров // Вестник ВНИИЖТа, 1999. №5, С. 3-8.

117. Жаров, И.А. О влиянии состояния тележки грузового вагона на параметры, определяющие изнашивание колес и боковой поверхности головки рельсов при движении в кривых малого радиуса [Текст] / И.А. Жаров, С.М. Захаров, Т.Е. Конькова //Вестник ВНИИЖТа, 1999. №4. С. 9-15.

118. Свидетельство 2015660837 о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программный комплекс для расчета динамики движения подвижного состава в кривом участке пути методом последовательных приближений / Е. В. Чупраков, О. В. Семенова, К. Ю. Серяков, Р. Е. Лешкевич, Г. Г. Грузин (РФ). - № 2015617730; Заявлено 24.08.2015; дата регистрации 12.10.2015.

119. Чупраков, Е. В. Исследование параметров вписывания тележки железнодорожного подвижного состава с колесными парами типового и дифференциального исполнения в кривые участки пути методом последовательных приближений [Текст] / Е. В. Чупраков, А. М. Ткаченко, О. В. Мельниченко // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте : науч. тр. республиканской науч. -техн. конф. с участием зарубежных ученых / под ред. д. т. н., профессора Ш. С. Файзибаева. -Ташкент : Изд-во ТашИИТ, 2011. - С. 58-60.

120. Чупраков, Е. В. Исследование движения тележки грузового вагона в кривых участках пути методом последовательных приближений [Текст] / Е. В. Чупраков, А. М. Ткаченко, О. В. Мельниченко // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава : материалы всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Омск : Изд-во ОмГУПС, 2011. - С. 67-72.

121. Медель, В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог.

Конструкция и динамика [Текст] / В.Б. Медель ; под ред. С.И. Бондарева. -М. : Московская типография № 4, 1974. - 230 с.

122. Чупраков, Е. В. Сравнительный анализ движения в кривой тележки вагона с типовыми колесными парами и дифференциального исполнения [Текст] / Е.

B. Чупраков, В. А. Деревцов, О. В. Мельниченко // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке : тр. Всерос. молодежной науч.-практ. конф. с междунар. участием, 20-22 апреля 2011 г. В 5 т. / под ред. А. Ф. Серенко. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2011. - Т. 1. -

C. 143-148.

123. Калинин, В.К. Общий курс железных дорог [Текст] : учеб. для сред. ПТУ. -4-е изд., доп. и перераб. - М. : Высш. шк., 1986. - 304 с.

124. Колеса цельнокатанные. Технические условия [Текст] : ГОСТ 10791-2011. -2011. - Введ. 2012-01-01. - М. : Стандартинформ, 2011. - 28 с.

125. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия [Текст] : ГОСТ 516852000. - 2006. - Введ. 2000-12-18. - М. : Стандартинформ, 2006. - 27 с.

126. Шахунянц, Г.М. Расчеты верхнего строения пути [Текст] / Г.М. Шахунянц ; - М. : Трансжелдориздат, 1959. - 264 с.

127. Шахунянц, Г.М. Железнодорожный путь [Текст] / Г.М. Шахунянц ; - М. : Транспорт, 1987. - 479 с.

128. Леви-Чивита Т. Курс теоретической механики. Т. 1. Ч. 1. Кинематика. Принципы механики [Текст] / Т. Леви-Чивита, У. Амальди ; пер. со второго итал. изд. проф. В.Ф. Кагана. - М.-Л. : Машиностроение, 1935. - 385 с.

129. Способ макетного моделирования движения подвижного состава по рельсовому пути и конструкция для его осуществления, пат. 2 570 477 на изобретение Российская Федерация МПК В61К 9/08, Е01В 35/00, 001М 17/08, А63Н 19/00 / Е. В. Чупраков, О. В. Мельниченко, Г. Г. Грузин, Ю. А. Бычков, В. А. Деревцов (РФ). - № 2013159023/11; Заявлено 30.12.2013; Опубл. 10.12.2015; Бюл. № 34 (60 %).

130. Чупраков, Е.В. Разработка упругих элементов макета экспериментальной тележки подвижного состава [Текст] / Е.В. Чупраков, Ю.А. Бычков //

Транспортная инфраструктура сибирского региона : материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием 13-17 мая 2013 г. Т. 2. - Иркутск : ИрГУПС, 2013. - С. 444.

131. Колеса цельнокатаные. Конструкция и размеры [Текст] : ГОСТ 9036-88. -1989. - Введ. 01.01.90. - М. : Государственный комитет СССР по стандартам : Изд-во стандартов, 1989. - 7 с.: ил.

132. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия [Текст] : ГОСТ Р 51685-2013. - 2014. - Введ. 01.07.14. - М. : Стандартинформ, 2014. - 118 с.

133. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014610813. Программный комплекс для работы с измерительной системой стенда макетного моделирования движения подвижного состава по рельсовому пути [Текст] / Чупраков Е.В., Меновщиков А.В., Портной А.Ю., Мельниченко О.В. ; правообладатель ФГБОУ ВПО ИрГУПС. - № 2013660736 ; заявл. 21.11.13 ; постпл. 21.11.13 ; дата гос. регистрации в Реестре программ для ЭВМ 17.01.14. - 1 с.

134. Устройство замера горизонтальных усилий между гребнем колеса и головкой рельса при проведении макетных исследований движения подвижного состава по рельсовому пути, Пат. 2 570 521 на изобретение Российская Федерация МПК В61К 9/12, Е01В 35/00, 001М 17/08. / Е. В. Чупраков, Г. Г. Грузин, О. В. Мельниченко (РФ). - № 2014104632/11; Заявлено 10.02.2014; Опубл. 10.12.2015 Бюл. № 34.

135. Осипов, С.И. Теория электрической тяги [Текст] : учеб. для вузов ж.-д. трансп. / С.И. Осипов, С.С. Осипов, В.П. Феоктистов. - М. : Маршрут, 2006. - 436 с.

136. Анисимов, В.А. Тяговые расчеты [Текст] / В.А. Анисимов, В.В. Анисимов. -Хабаровск, 2013. - 185 с.

137. Гуськова, И.В. Комплексная оценка параметров, характеризующих износ гребней бандажей колесных пар локомотивов в кривых [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.07 : защищена 21.11.97 : утв. 00.00.00 / Гуськова Марина Владимировна. - Ростов-на-Дону, 1997. - 18 с. - Библиогр.: с. 3.

138. Колесные пары магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия [Текст] : ГОСТ 4835-2006. - 2008. - Введ. 2008-01-01. - М. : Госстандарт России : Изд-во стандартов, 2008. - 15 с.: ил.

139. Объем выполненных работ ОАО «РЖД» в 2014 г. [Электронный ресурс]. -М., 2014. - Режим доступа: http://rzd.ru, свободный. - Загл. с экрана.

140. Структура парка ОАО «РЖД» [Электронный ресурс]. - М., 2015. - Режим доступа: www.uniwagon.com, свободный. - Загл. с экрана.

141. Камаев, А.А. Методика моделирования динамики подвижного состава [Текст] / А.А. Камаев // Труды Брянского института транспортного машиностроения. - Брянск, 1957. - Вып. 17. - С. 55-85.

142. Камаев, А.А. Исследование на моделях воздействия подвижного состава в железнодорожном транспорте [Текст] / А.А. Камаев // Труды Брянского института транспортного машиностроения. - Брянск, 1961. - Вып.20. - С. 542.

143. Шилер, В. Эффект колеса [Электронный ресурс] / В. Шилер. - Электрон. текстовые дан. - М., 2013. - Режим доступа: http://test3.omkc.ru/economy/5746-economy.html, свободный.

144. Инструкция по охране труда и технике безопасности при эксплуатации стенда макетных исследований взаимодействия пути и подвижного состава кафедры ЭПС [Текст] : утв. зав. каф. ЭПС ИрГУПС 15.04.13 : ввод. в действие с 15.04.13. - Иркутск : ИрГУПС, 2013. - 14 с.

145. Вагоны со свободновращающимися колесами [Текст] // Железнодорожный транспорт. - 1965. - № 2. - С. 94.

146. Международные тенденции в вагоностроении [Текст] // Железные дороги мира. - 1996. - № 5. - С. 25-27.

147. Манашкин, Л.А. О процессе качения составного колеса, имеющего фрикционную связь обода с диском [Текст] / Л.А. Манашкин, Ю.С. Ромен // Вестник ВНИИЖТ. - 1999. - № 3. - С. 23-26.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Порядок применения формул при расчете вписывания двухосной тележки подвижного в кривую с колесными парами дифференциального исполнения

Порядок применения формул при расчете вписывания двухосной тележки подвижного в кривую с колесными парами дифференциального исполнения

Принятые в расчетных формулах обозначения: □' - обозначение приходится на наружное в кривой колесо; □'' - обозначение приходится на внутреннее в кривой колесо; □1 - номер колесной пары по ходу движения в рассматриваемом экипаже;

- обозначение контакта набегающего колеса с рельсом по поверхности катания (при двухточечном контакте);

□п - обозначение контакта набегающего колеса с рельсом по поверхности гребня (при двухточечном контакте);

X - расстояние по продольной линии тележки от геометрического центра оси колесной пары до мгновенного полюса вращения, м;

25 - суммарный зазор меду гребнем колеса и внутренней гранью головки рельса, м; и - скорость движения экипажа в кривой, м/с;

угловая скорость движения экипажа в кривой, 1/с; ю - угловая скорость вращения колеса, 1/с;

f - равнодействующая скорость смещения колеса в точке контакта, 1/с; т - угол между равнодействующими и продольными скоростями смещения, град;

V - поперечная скорость смещения колеса в точке контакта с рельсом, м/с;

И - продольная скорость скольжения колеса в точке контакта с рельсом, м/с; N - нормальная реакция рельса от давления на него колеса в точке контакта, Н; Т - сила параллельная плоскости пути, действующая от колеса на рельс в точке контакта, Н;

П - сила перпендикулярная плоскости пути, действующая от колеса на рельс в точке контакта, Н;

Б - сила трения в точке контакта колеса с рельсом, Н;

V - поперечная составляющая сил трения в точке контакта колеса с рельсом, Н; Н - продольная составляющая силы трения в точке контакта колеса с рельсом, Н; Му_ф - упруго-фрикционный момент между полуосями у колесной пары дифференциального исполнения, Н-м;

У - направляющее усилие на набегающем колесе (горизонтальная составляющая нормальной силы реакции рельса на давление гребня колеса), Н; Уб - боковое усилие на набегающем колесе (давление колеса на боковую грань головки рельса), Н.

Основные блоки алгоритма, представленного на рисунке 4.2., имеют номера, которые совпадают с номерами основных шагов в порядке применения формул при расчете вписывания двухосной тележки подвижного в кривую с колесными парами дифференциального исполнения.

( 1 Исходные данные (параметры тележки и пути, 1 = 1, скорость и )

2 Определение расчетной схемы второй колесной пары и значений неизвестных параметров

2.1 Смена расчетной схемы второй колесной пары

Ж

2.2 Корректировка неизвесных параметров тележки и колесных пар

3 Определение положения мгновенного полюса вращения тележки (Хц)

5 Определение продольных и поперечных скоростей <— 4 Определение радиусов колес в точках контакта с рельсом <— 3.1 Определение зазоров между колёсами и рельсами

скольжения в точках контакта колес с рельсами —> 6 Расчет сил, действующих на надрессорное строение —> 7 Расчет сил, действующих на отдельную колесную пару

8 Расчет 1-й колесной пары по ходу движения

8.1 Одноточечный контакт колес с рельсами

Расчет коэффициента, определяющего распределение суммарной продольной скорости скольжения между колесами

8.2 Двухточечный контакт колес с рельсами

Определение вертикальных и поперечных сил, действующих на рельс в точках контакта

Расчет коэффициента, определяющего распределение суммарной продольной скорости скольжения между точками контакта

Определение вертикальных и поперечных сил, действующих на рельс в точках контакта

Определение нормальных реакций рельс в точках контакта от давления колес

Типовой режим Ю\ = Ю'1! = Ю!

Дифференциальный режим ю'! Ф ю''!

Нет

"решения для данной расчетной схемы

Окончание расчёта )

8.3 Определение поперечных и продольных сил трения в точках контакта колес с рельсом Б

Определение гипотезой

сухого трения Рс

Определение гипотезой упругого проскальзывания (крипа)

8.4 Расчет момента, скручивающего ось М,

Перерасчет продольных сил в точках контакта

колес с рельсами, величина которых ограничивается Му ф. Расчет разности частоты Дю! вращения колес и затрат энергии в дифференциале

Рисунок А.1 - Алгоритм расчета динамики движения тележки подвижного состава в кривом участке пути методом последовательных приближений

1 Исходные данные

Константы, используемые в исследовании: ^ - коэффициент трения в точках контакта колеса и рельса; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Параметры пути: Нр - ширина рельсовой колеи, м; R - радиус кривой, м;

И - возвышение наружного рельса над внутренним, м.

Параметры тележки: п - количество осей в тележке; 2Пст - нагрузка колесной пары на рельсы, Н;

Ркп - вес неподрессоренных частей, приходящихся на одну колесную пару, Н; 2а - база тележки, м;

2Б - расстояние между точками опор колес на рельсы по поверхности катания, м; 2Ь - расстояние между опорами рессорного подвешивания у колесных пар, м; Ис - высота центра масс кузова вагона над уровнем головки рельса, м; Ьг - высота центра масс неподрессоренных частей вагона, м; Ж - жесткость рессорного комплекта, приходящегося на один буксовый узел колесной пары, Н/м.

Параметры колесных пар исследуемой тележки: НМБ1 - расстояние между внутренними гранями колес, м; О'ь Ом1 - толщина гребней колесной пары, м;

г'кь г"к1 - радиусы колес в точках контакта у колесной пары, когда центр колесной пары совпадает с осью пути, м;

а';, а\ рп1 - соответственно углы наклона образующей поверхности катания колес и гребней у колесной пары, град.;

¿'гь - поперечное расстояние между точками контакта при двухточечном контакте колеса с рельсом, м;

Ь'п, - вертикальное расстояние между точками контакта при двухточечном контакте колеса с рельсом, м.

2 Определение расчетной схемы второй колесной пары и значений неизвестных параметров

На основе предварительных расчетов или экспериментальных наблюдений из таблицы А.1 задается положение тележки и величины исходных неизвестных параметров, в противном случае расчет начинают с положения тележки в наибольшем перекосе (НП) с состояниями колесных пар 1-11.

Таблица А.1 - Неизвестные параметры колесных пар при различных положениях тележки в кривой

Положение тележки в кривой Положение колесной пары Неизвестные параметры

тележки колесной пары

1 = 1 1 = 2 1 = 1 1 = 2

Наибольший перекос (НП) I II (Х1нп > 2а) - У'1 У''2

III (Х1нп < 2а)

Свободная установка (СУ) IV (Х1су > 2а) Х1СУ -

V (Х1су < 2а)

Хордовое положение (ХП) VI (Х1хп « а) - У'2

I (Х1хп « а)

3 Определение положения мгновенного полюса вращения тележки

Для наибольшего перекоса и хордового положения тележки в кривой производится расчет местоположения мгновенного полюса вращения тележки относительно центра первой по ходу движения колесной пары по формулам

_2Я(5'1 + 8''2) + 5'12 - 8''2 _2Я(8'1 - 8'2) + 8\2 - 8'2

А1НП --.-+ а> Х1ХП --"-+ (А.3.1)

4а 4а

где З^Ир-И^^-О'!, З'^Ир-Иш^-О''! - зазоры между гребнем колеса и соответственно наружного и внутреннего в кривой рельс, когда центр оси колесной пары совпадает с осью рельсового пути, м;

Если во втором разделе выбрано положение тележки в свободной установке, то по заданному значению Х1СУ определяется поперечное смещение второй колесной пары в рельсовой колее

_ 25\ R + 5'!2 +4a2 - 4aXlcy 32)

cy 2R ' ( •• ;

3.1 Определение зазоров между колёсами и рельсами

Зазоры между гребнями и рельсами на первой и второй колесной паре определяются по формулам

5'1н = 0; 5'1 = 25i;

5'2н =5'2 +У2; 5''2в =5''2 + У2- (А.3.3)

Соответственно при положении тележки в наибольшем перекосе или хордового положения поперечное смещение второй колесной пары будет соответственно равно у2НП =5''2 и у2ХП =5'2.

4 Определение радиусов колес в точках контакта

Значение радиусов колес в точках контакта по поверхности катания при поперечном смещении колесной пары в рельсовой колее

ir'm = rH + У1 • tga'i,

.. .. + м (А.4.1)

lr m = ГМ -У: • tga i.

Радиус набегающих на рельс колес в точке контакта по поверхности гребня r'n = г'ы +5'i • tga'i +h'n , r"ri = r' ,kl +5' 'i • tga'\ +h' ,Г1. (А.4.2)

5 Определение продольных и поперечных скоростей скольжения в точках контакта

Поперечная скорость скольжения колеса в точке контакта в общем виде

v = ^^ (А.5.1)

cos х

где х - угол наклона поверхности катания колеса в точке контакта с рельсом, град.

Радиус р! кривого участка пути при движении, по которому колесная пара с радиусами г'1; г''1 в точках контакта с рельсом не будет испытывать смещения в продольном направлении, т. е. ^ = 0, = 0

р, - . (А.5.2)

г' —г

1 1

Суммарная скорость продольного смещения колес из-за несоответствия кругов катания длинам наружной и внутренней рельсовых нитей в кривой равна

Ь1 - 2 • 8 •

. (А.5.3)

Р1 , ( )

При условии двухточечного контакта набегающего колеса суммарная скорость смещения между точками контакта набегающего колеса, соответственно на наружный и внутренний рельс, в продольном направлении у колесной пары при типовом режиме движения распределяется следующим образом:

Ь'т • hl, И'г1 • — ^'п ,

И''П1 -(1 — • И,, ^ -(1 — • И, — ДЬ''Й . (А.5.4)

где ^ - коэффициент, определяющий распределение продольных скоростей скольжения между точками контакта.

6 Расчет сил, действующих на надрессорное строение

В центре тяжести надрессорного строения О приложена сила его веса Рнс и фиктивная сила называемая центробежной силой инерции Снс, которые вызывают от действия рессорного подвешивания со стороны колёсных пар вертикальные реакции на буксовых шейках ^ Р'; и ^ Р";, и реакции ^ и по направлению их

геометрических осей, как показано на рисунке А.2.

Центробежную силу Снс можно определить следующим образом

СНс - тнс ^2/Я, (А.6.1)

где тнс - п • (2Пст — РКП)/ % - масса надрессорного строения.

Рисунок А.1 - Силы, действующие на надрессорное строение подвижного состава при движении в круговых кривых

Разложим центробежную силу Снс и силу веса Рнс на направления, параллельные плоскости пути и перпендикулярные плоскости пути

Рунс = £ Р'1 Р'= Рнс • СС8(у) + Снс • 81П(У) :

Рннс = Х и1 = СНс • С08(у) - РНс • 81П( у),

(А.6.2)

где РУнс - вертикальная сила надрессорного строения;

РНнс - горизонтальная сила надрессорного строения;

у=агсвт(Ь/28) - угол наклона рельсового пути, образующийся за счет возвышения наружного рельс над внутренним.

Горизонтальная сила Рннс, условно приложенная в центре тяжести надрессорного строения на высоте от оси колесных пар Ъс, вызывает появление центробежного момента Мнс

М = Р • И

Мнс РНнс Ис •

(А.6.3)

Под действием момента Мнс происходит сжатие наружных рессор и выпрямление внутренних в результате чего надрессорное строение поворачивается на некоторый угол фнс. При сжатии наружных рессор за счет их жесткости в них возникают реакции, РДнс которые образуют восстанавливающий момент Мв препятствующий дальнейшему повороту надрессорного строения

Мв - Рднс • 2Ь .

Т.к. центробежный момент надрессорного строения Мнс равен восстанавливающему Мв найдем реакцию, возникающую в рессорах РМс

Мне - Мв, Ннс • Ис - Рднс • 2Ь, Рднс - Ннс • Ь0/(2Ъ). (А.6.4)

Определим реакцию, возникающую в рессорах у одной колесной пары

ДР1 - Рднс /п. (А.6.5)

Таким образом, нагрузки, приходящиеся на буксовые шейки колесной пары

Р'; - р + ДР,; Р";- р — Др, (А.6.6)

где Р - РУнс /(2 • п) - нагрузка, приходящая на шейку оси колесной пары.

Определим прогиб наружных рессор

Кк -Др/Ж. (А.6.7)

При этом угол поворота надрессорного строения составит

ФнС -а1в(ЬЬк/Ь). (А.6.8)

7 Расчет сил, действующих на отдельную колесную пару

Сила веса Ркп1 и центробежная сила С; необрессоренных частей экипажа приходящихся на одну колесную пару, раскладывается на нормальные и параллельные плоскости пути силы:

Ри - Ркп1 • Ш5(у)+Ci • sin(y),

Рн = С1 • 0С8(у) - РКП1 • яп(у) • (А.7.1)

где С1 - центробежная сила необрессоренной массы, приходящейся на одну колесную пару (рассчитывается по формуле (А.6.1) при этом масса, приходящаяся на одну колесную пару ткп=Ркп/§).

Произведем расчет вспомогательных перменных

Ь Р Ь Р

п = Р + АР • Ь + Ру^, п''. = Р-АР • Ь + Ж (А.7.2)

1 1 1 8 2 1 1 1 8 2 4 7

Сумма вертикальных нагрузок от колесной пары на рельс равна

2П1 = П1+П '1 = 2Р1 + Ру1 = Рунс /п + Ру1 • (А.7.3)

8 Расчет сил, девствующих в точках контакта колес с рельсами колесной пары дифференциального исполнения при её различных состояниях в составе двухосной тележки подвижного состава

8.1 Одноточечный контакт колес с рельсами

Известно, что двухосная тележка может занимать в кривой три положения. Каждому положению тележки соответствуют определенные состояния колесных пар в ее составе. Всего отдельно взятая колесная пара при движении в составе двухосной тележки, может принимать шесть состояний с I по VI. При условии того что контакт колес с рельсами возможен только в одной точке расчетные схемы каждого состояния представлены на рисунках А.3-А.8.

Рассмотрим порядок расчета сил действующих в точках контакта колес с рельсами для каждого состояния колесной пары. Расчет каждого состояния производится за двенадцать шагов. При этом шаги № 1, 5, 6, 8 являются индивидуальными для каждого положения, формулы расчета которых представлены рядом с расчетной схемой (рисунки А.3-А.8.) рассчитываемого состояния. Формулы расчета шагов № 2, 3, 4, 7, 9, 10, 11, 12 являются одинаковыми для всех положений.

Расчет состояния колесной пары начинается из условия, что колесная пара

движется в типовом режиме и содержит следующие шаги:

1. В соответствии с формулами рассчитываемого состояния колесной пары (рисунки А.3-А.8.) определяются коэффициенты ш'^ п\, ш'^, п'^.

2. Подбирается в диапазоне от 0 до 1 (или численно рассчитывается) коэффициент ^ определяющий распределение суммарной продольной скорости смещения между колесами по следующей формуле

(1 - У • (у'! Ш +п' Л/у'Ч(^)2)= ^ • (у' '1 Ш '1 ^ У''!2 +((1 ^ )• ).

3. Рассчитывается скорость продольного смещения на каждом колесе в соответствии со следующими формулами

= ^ ^ =(1 ^ )• V

4. Определяются углы т'ь х"! между продольной и суммарной скоростью смещения на каждом колесе

т'; = агсБт

( . ^ У .

^у'2 +Ь'Г ,

т ; = агсБт

( и ^

у .

и/У''2+Ь''2;

5. В соответствии с формулами рассчитываемого состояния колесной пары (рисунки А.3-А.8.) определяются коэффициенты к'1, к''1 определяющие отношение горизонтальных и вертикальных сил, действующих от колес на рельсы, относительно плоскости пути.

6. В соответствии с формулами рассчитываемого состояния колесной пары (рисунки А.3-А.8.) определяются вертикальные силы П\, П'\ действующие от колес на рельсы, относительно плоскости пути.

7. Определяются горизонтальные силы Т'1, Т''1, действующие от колес на рельсы, относительно плоскости пути

Т = П -к^ и Т'\ = П V •к'^.

8. В соответствии с формулами рассчитываемого состояния колесной пары (рисунки А.3-А.8.) определяются нормальные реакции колес на рельсы Кп!.

9. Определяются продольные и поперечные силы трения или упругого скольжения на каждом колесе Ум!, И'^ И\ в соответствии с

Нс=№ц-сов(т); Ус= №ц^1п(т),

к - к V

Н к = — N • -.; Ук = — N •к П и к П и

где к = 800л/г • П - коэффициент крипа.

Из двух сил рассчитанных различными теориями выбирают ту силу, которая по результатам расчета получалась наименьшей.

10. Рассчитывается момент скручивающий ось Мск

Мск=Н'1т'1+Н''1т''1.

11. Если момент Мск скручивающий ось момент окажется больше упруго-фрикционного момента Му ф в оси колесной пары дифференциального исполнения, то движение колесной пары происходит в дифференциальном режиме

Мск>Му_ф.

12. Если движение колесной пары происходит в дифференциальном режиме производится пересчет продольных сил в точках контакта в соответствии со следующими формулами

Н'1=Му_ф/(2г'0; Н''1=Му_ф/(2Л).

Разность частоты вращения уд1, обм/мин, одного колеса относительно другого в дифференциальном режиме движения определяется по формуле

^д1= -Д1/ (2-ятм),

где гм - наибольший радиус колеса по поверхности катания в точке контакта, м;

-д1 - разность линейных скоростей колес в точках контакта, обусловленная несоответствием кругов катания колес длинам наружной и внутренней рельсовых нитей, м/с.

Фактор сопротивления движению от работы сил сопротивления в дифференциале предложенной коленной пары дифференциального исполнения

Фу_ф =Му_ф ■ hдl / (2-Гм).

№ 1.

m\ =

Внешнее колесо ц (Б • п' '11ёР'и1 +Ц • О,

cos а'\тх

ni =

S • п' \ -1вР'и1-П1 • rx.

cosa \ •r'j

5.

к, = tgP'msin x'i ; 1 1 + |U- sin x'i -tgp'ui '

6. n, _2(S • n'i-k''i•ni • ri) . 1 2S- r • (k'' j +k'x) '

8.

N =

П,

cosp^j sinl\ -sinP'

И1

m'\ =

n i =

k" =

Внутреннее колесо

(S• n'i-tga''i +ni • ri) ,

cosp'ui-r''i '

S • n'i—tga'yn • ri

cosp'иl•rMl .

tga'\ +| sin т}\

i i — | sin •tga'^

n\ =

N' \ =

2(S• п''i—kyni • ri) 2S — r • (k'\ +k\)

П'

i

cosa"sin x'\•sin a'

o 4

Рисунок А.3 - Расчетная схема и расчетные формулы сил в точках контакта колес первой по ходу движения колесной пары, набегающей на наружный рельс, расположенной впереди полюса вращения (состояние I)

№ 1.

ш'

П 2 =

5.

к'.

6.

П =

Внешнее колесо

(П 2 • Г2 + 8 • п' '2 ) .

Г'2 ^ С0§РМ2 '

8 • п' '2 -П2 • Г2 • tga'2 .