Влияние характеристик тележек на энергоэффективность грузовых вагонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Комарова, Анна Николаевна

• Комарова, Анна Николаевна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Комарова, Анна Николаевна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАБОТ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДВЕШИВАНИЯ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ

2.1. Исследование влияния типа и параметров гасителей колебаний на сопротивление движению вагона при вынужденных вертикальных колебаниях

2.2. Исследование влияния жесткости рессорного комплекта на величину сопротивления движению вагона

2.3. Исследование влияния горизонтальных колебаний вагона при движении по прямому участку пути на величину сопротивления движению

2.4. Оценка влияния параметров рессорного подвешивания вагона на величину энергии, потребляемой локомотивом

2.5. Выводы

3. ОЦЕНКА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ВАГОНА НА ТЕЛЕЖКАХ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Математическая модель для оценки сопротивления движению вагона

3.2. Разработка методики оценки сопротивления движению вагона

3.3. Сравнительные расчеты вкладов удельного сопротивления движению от диссипации энергии в окружающую среду при колебаниях в суммарное удельное сопротивление движению вагона на различных тележках

3.4. Проведение сравнительных расчетов для тележек различных типов на наиболее вероятной скорости движения 80 км/ч

3.5. Проведение сравнительных расчетов тележек различных типов на различных скоростях движения

3.6. Оценка удельного сопротивления движению

3.7. Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕЖЕК НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ВАГОНА

4.1. Оценка влияния вертикальной жесткости скользунов на сопротивление движению вагона

4.2. Оценка влияния поперечной жесткости центрального подвешивания на сопротивление движению вагона

4.3. Оценка влияния величины зазоров в узле рама-букса на сопротивление движению вагона

4.4. Выводы

5. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ИСПЫТАНИЙ

5.1. Сопоставление величин энергетических потерь, полученных при математическом моделировании и испытаниях

5.2. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние характеристик тележек на энергоэффективность грузовых вагонов»

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов, поэтому снижение количества используемого топлива и электроэнергии является важнейшей задачей для повышения его конкурентоспособности и дальнейшего развития. Основная доля расходов энергоресурсов на железнодорожном транспорте приходится на тягу поездов. Так, в 2011 году доля затрат на топливно-энергетические ресурсы в эксплуатационных расходах Дирекции тяги ОАО «РЖД» достигла 54% [39]. В связи, с этим вопрос снижения затрат на передвижение поездов является актуальным.

В последнее время в России ведутся работы, направленные на снижение энергозатрат, но они в основном касаются совершенствования конструкции локомотивов и рекуперации энергии, а вопросу снижения сопротивления движению вагонов уделяется не достаточно внимания.

На сопротивление движению вагона в составе поезда влияет огромное количество факторов: конструкция кузова и ходовых частей, скорость движения, положение в составе поезда, степень загрузки, тип груза и др. В середине XX века отечественными учеными проводилось много работ по исследованию сопротивления движению вагонов и поискам мер по его снижению [1-3, 12-17, 44-46]. В основном работы были связаны с определением эмпирической формулы для расчета удельного сопротивления движению, снижением аэродинамического сопротивления, преимуществам подшипников качения перед подшипниками скольжения. Исследований, касающихся влияния колебаний вагонов и особенностей конструкций ходовых частей вагонов на сопротивление движению, не проводилось.

Также необходимо добавить, что в настоящее время разрабатываются инновационные конструкции вагонов и тележек, к которым не применима существующая методика расчетов сопротивления движению [5].

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что вопрос влияния характеристик тележек и их состояния на сопротивление движению вагона является не достаточно разработанным.

Целью диссертационного исследования является определение влияния характеристик тележек на удельное сопротивление движению грузовых вагонов.

В соответствии с целью диссертационной работы необходимо решить следующие основные задачи исследования:

1. Разработать методику оценки сопротивления движению вагона, учитывающую диссипацию энергии в узлах трения вагона и контактах колес с рельсами.

2. Определить вклад сопротивления движению от колебаний в суммарное сопротивление движению вагона.

3. Оценить влияние конструктивных особенностей тележек на сопротивление движению грузовых вагонов.

4. Провести сравнительные расчеты сопротивления движению вагона на тележках различных типов.

5. Подтвердить экспериментом достоверность результатов проведенных исследований.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика оценки сопротивления движению вагона, учитывающая диссипацию энергии в узлах трения вагона и контактах колес с рельсами, основанная на математическом моделировании движения вагона.

2. Определен вклад сопротивления движению от колебаний в суммарное сопротивление движению вагона.

3. Подтверждено влияние конструктивных особенностей тележек на сопротивление движению грузовых вагонов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика оценки сопротивления движению вагона, учитывающая диссипацию энергии в узлах трения вагона и контактах колес с рельсами, основанная на математическом моделировании его движения.

2. Вклад сопротивления движению от колебаний в суммарное сопротивление движению вагона.

3. Результаты оценки влияния конструктивных особенностей тележек на сопротивление движению грузовых вагонов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанная методика оценки сопротивления движению вагона, учитывающая диссипацию энергии в узлах трения вагона и контактах колес с рельсами, позволяет на стадии проектирования оценивать сопротивление движению вагонов на тележках различных типов и выбирать рациональные энергоэффективные конструкции. Получаемые при этом результаты могут быть использованы для определения энергоэффективности новых вагонов (тележек) для подтверждения их инновационности и возможности снижения тарифов.

Методы исследования. В работе использовался аналитический метод решения дифференциальных уравнений и метод математического моделирования движения системы твердых тел с применением численного интегрирования системы дифференциальных уравнений.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях: «Шаг в будущее (Неделя науки)» (Санкт-Петербург, ПГУПС, 2012-2014 гг.); «Подвижной состав XXI века (идеи, требования, проекты)» (Санкт-Петербург, ПГУПС, 2013 г., 2014 г.); «Проблемы механики железнодорожного транспорта. Динамика, надежность и безопасность подвижного состава» (Украина, г. Днепропетровск, ДНУЖТ, 2012 г.); симпозиуме «International Symposium on Dynamics of Vehicles on Road and Tracks» (КНР, г.Циндао, 2013 г.); на семинарах кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС (2011-2015).

Публикации Основные положения диссертации и научные результаты опубликованы в 6 печатных работах, из них две в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, 5 глав, заключение и изложена на 88 страницах машинописного текста, в том числе 12 таблиц, 44 рисунка. Список использованных источников насчитывает 70 наименований.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАБОТ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Обзор исследований и работ по оценке сопротивления движению железнодорожного подвижного состава

История развития научных исследований по оценке сопротивления движению поездов неразрывно связана с историей развития науки о локомотивной тяге поездов.

Наука о тяге поездов изучает механику движения поезда, содержит теорию тяги и тяговые расчеты, которые учитывают силы, возникающие при движении поезда. Ученые, занимавшиеся наукой о локомотивной тяге, в той или иной степени занимались изучением сил препятствующих движению.

Основы теории локомотивной тяги были заложены в период интенсивного развития железных дорог - в конце XIX - начале XX веков выдающими отечественными и зарубежными учеными. В то же время проводились первые опытные и теоретические исследования сопротивления движению.

Первые работы и исследования, посвященные оценке сопротивления движению железнодорожного подвижного состава, заложившие основу современных исследований, принадлежат Дж. Стефенсону, Н. Вуду, П. П. Мельникову, Памбуру, Расселю, Гардингу, В. И Лопушинскому, Н. П. Петрову, А. Г. Добронравову, Л. А. Ермакову, Ю. В. Ломоносову, Н. А. Рынину и другим.

Первые опыты по определению сопротивления движению проводились в начале XIX в. в Англии ученым Вудом [10], по результатам которых ученый сделал вывод, что сопротивление в подшипниках пропорционально нагрузке на него и не зависит от скорости движения, что жидкие смазки лучше густых, а применение рессор между кузовом и колесной парой не влияет на сопротивление.

В России первые опыты по определению сопротивления подвижного состава, проводились в 1877-1879 гг. конструктором паровозов В. И. Лопушинским [35]. По результатам опытов были выведены первые

эмпирические зависимости для определения основных удельных сопротивлений паровозов, пассажирских и грузовых вагонов. В формулах Лопушинского сопротивление движению зависит только от скорости движения.

П. П. Мельников кроме строительства первых отечественных магистральных железных дорог занимался теоретическими исследованиями подвижного состава и сопротивления движению экипажей по рельсам. В труде «О железных дорогах» [36] автор предложил формулы сопротивления движению поезда с допущением, что оно не зависит от скорости.

Н. П. Петров считается основоположником науки о подвижном составе, он обобщил опытные данные зарубежных и отечественный ученых, проанализировал явления, характеризующие сопротивление движению, рассчитал его составляющие, а также указал пути уменьшения вредных сопротивлений на железнодорожном транспорте [40]. В формуле для определения основного удельного сопротивления вагонов Н. П. Петров впервые предложил зависимость величины сопротивления от скорости и от степени загрузки вагонов. Кроме того, Н. П. Петров разработал гидродинамическую теорию смазки, признанную во всем мире и оказавшую значительное влияние на изучение проблемы сопротивления движению. В одноименной работе [39] автор дал объяснения процессов, происходящих при жидкостном контакте трущихся пар, вывел формулы для определения величины силы трения и коэффициента трения. Н. П. Петров рекомендовал смазки для применения в буксах подвижного состава, которые по сравнению с применяемыми ранее, значительно уменьшили силы трения.

В конце 19 столетия в России изучением вопроса сопротивления движению поезда занимались А. Г. Добронравов, Л. А. Ермаков и др. А. Г. Добронравов в труде «Общая теория паровых машин и теория паровозов» [22] предложил уравнение движения поезда и подробно рассмотрел элементы сил сопротивления движению. Л. А. Ермаков исследовал природу сопротивления движению на горизонтальном прямом пути, на подъемах и в кривых.

В России в начале XX века работы в области тяги поездов проводились «Конторой опытов над типами паровозов» созданной в 1912 г. и руководимой

Ю. В. Ломоносовым. Это было первое научное учреждение железнодорожного транспорта нашей страны. Сотрудники «Конторы» благодаря обширному опытному материалу, накопленному в течение многочисленных испытаний паровозов и поездов, получали эмпирические зависимости для определения сопротивления движению. Профессором Ю. В. Ломоносовым была предложена формула, которая получила широкое распространение и являлась расчетной до 1937 года [34].

В 1918 «Контора опытов над типами паровозов» была преобразована в Научно-исследовательский институт реконструкции тяги, а затем, во Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС), ныне Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ОАО «ВНИИЖТ»).

Сотрудниками ЦНИИ МПС и ВНИИЖТа на железных дорогах СССР и России в эксплуатационных условиях проводились испытания паровозов, вагонов и первых тепловозов. Испытания давали обширные материалы для изучения сил, действующих на подвижной состав. Но получение более точных и надежных результатов требовало создания специального замкнутого строго горизонтального пути.

В 1932 г. было введено в эксплуатацию Опытное железнодорожное кольцо (сейчас Экспериментальная кольцевая дорога ВНИИЖТ) на железнодорожной станции Щербинка под Москвой.

В многочисленных опытных поездках, проводившихся в середине и конце XX века на экспериментальном кольце, и теоретических исследованиях, принимали участие многие отечественные ученые, такие как: М.Ф. Вериго,

A. М. Бабичков, В. Ф. Егорченко, О. Н. Исаакян, П. А. Гурский, П. Н. Астахов, П. Т. Гребенюк, П. П. Стромский, Б. Н. Веденисов, Л. О. Грачёва, Л. А. Шадур,

B. Шадикян и другие. По их результатам были выведены формулы основного удельного сопротивления движению.

П. А. Гурский в своих работах [12-15] на основе опытных данных испытаний вывел зависимости для определения удельного сопротивления движению состава и вагонов.

П. П. Стромский занимался исследованиями влияния ветра на сопротивление поезда и определением коэффициента воздушного сопротивления вагонов, что отразил в своих трудах [44,45].

В. Шадикян [51] по результатам испытаний по определению величины сопротивления при трогании вагонов с места установил зависимость величины этого типа сопротивления от сорта масла в подшипнике скольжения буксы, температуры наружного воздуха, нагрузки и продолжительности стоянки вагонов.

П. Н. Астахов обобщил исследования сопротивления движению, дал обзор исследований и расчетных формул, изложил методы опытного определения сопротивления движению, проанализировал составные элементы основного сопротивления и предложил меры его по снижению [1-4].

Отдельно стоит отметить вклад М. Ф. Вериго и Б. Н. Веденисова в представление отечественных ученых о сопротивлении, зависящем от конструкции и состояния пути. В 1950-х Б. Н. Веденисов [6] поставил вопрос о необходимости учета конструкции пути при определении сопротивления движению подвижного состава.

М. Ф. Вериго [7] предложил учитывать в расчетах сопротивления движению диссипацию энергии в элементах конструкции пути при движении по нему подвижного состава. Он выдвинул теорию, что рассеяние энергии при движении подвижного состава в пути происходит вследствие изгиба рельсов, трения элементов пути между собой и внутреннего трения в материалах элементов.

Профессор Л. А. Шадур с инженером А. Н. Шамаковым по результатам опытных поездок ЦНИИ МПС совместно с МИИТом и УВЗ в 1967 г. установили, что восьмиосные полувагоны имеют повышенное сопротивление по сравнению с шестиосными, вследствие сил трения, возникающих от прижатия тормозных колодок к колесам при отпущенном положении тормоза из-за конструктивных недостатков рычажной передачи этих полувагонов. Введение упругих подвесок

тормозных тяг устранило полученный дефект. Также, по результатам опытных поездок на опытном кольце ЦНИИ МПС в 1968 г. ученые установили, что удельное сопротивление движению четырехосных полувагонов с упругими подвесками тормозных тяг превышает таковое восьмиосногоосного полувагона с упругими подвесками тормозных тяг. При этом, с увеличением скорости разница в значениях удельного сопротивления движению возрастает. Эту разницу объясняли главным образом меньшими величинами: сопротивления скольжению колес по рельсами, воздушного сопротивления и сопротивления от рассеивания энергии в путь у восьмиосных полувагонов по сравнению с четырехосными [52].

В 1953-1955 годах ВНИИЖТ проводил ряд испытаний пассажирских вагонов с целью сравнения величин сопротивления движению вагонов на подшипниках скольжения и подшипниках качения [4]. Результаты испытаний показали абсолютное преимущество подшипников качения перед подшипниками скольжения. По результатам испытаний была получена формула сопротивления для пассажирских вагонов на роликовых подшипниках. В это же время проводились и теоретические исследования роликовых подшипников [30].

В 1977 году ВНИИЖТ проводил экспериментальные исследования влияния колебаний обрессоренных частей вагона на стыках и неровностях на величину основного сопротивления движению [16]. Исследования показали, что удельное сопротивление вагона за счет колебаний его обрессоренных частей при движении по бесстыковому пути в среднем на 15% меньше, чем на звеньевом пути, а при «резонансных» скоростях движения - меньше на 40%. Проведенное исследование позволяет сделать вывод, что при расчетах сопротивления движению необходимо учитывать влияние колебаний обрессоренных частей при движении по путям с различной конструкцией.

В конце 80-х годов XX века сотрудники ВНИИЖТ П. Т. Гребенюк, В. П. Терещенко, Б. Г. Максимов проводили исследования сопротивления движению в в-образных кривых [17] и в режиме толкания [46].

Среди зарубежных ученых, занимавшихся проблемой сопротивления движению вагонов и поездов в XX веке, необходимо отметить труды

Э. К. Шмидта, И. К. Тутхилла, В. Дэвиса, Тоттена, Дж. Л. Коффмана. Ученые по результатам опытных исследований получали и корректировали формулу для расчета сопротивления движению электровозов и вагонов.

Американский ученый Э. Шмидт в начале XX века на железных дорогах США проводил опыты с четырехосными грузовыми вагонами со скоростями движения 8...65 км/ч. В результате испытаний получил формулы основного удельного сопротивления для вагонов разного веса [53, 68].

В 1937 г. Д. К. Тутхилл, продолжая опыты Шмидта, получил данные о сопротивлении вагонов для скоростей 65... 110 км/ч и соответствующие формулы [69].

В 1926 году ученый из США В. Дэвис на основе опытных данных получил формулу для расчета сопротивления движению электровозов и вагонов [54]. Формула В. Дэвиса пригодна только для подвижного состава на подшипниках скольжения при скоростях движения 8...65 км/ч. Возрастающие скорости движения, переход на подшипники качения и увеличивающаяся осевая нагрузка требовали корректировки формулы В. Дэвиса.

В 40-50-х годах XX века Д. К. Тутхилл и Тоттен скорректировали формулу В. Дэвиса, и были проведены опытные исследования, доказавшие, что измененная формула показывает достоверные результаты [66]. В США до сих пор для определения основного сопротивления используется формула Дэвиса, а для отражения увеличивающихся скоростей движения, различных конструкций пути и подвижного состава применяются различные коэффициенты.

Дж. Коффман в 60-х годах XX века исследовал сопротивление движению железнодорожного подвижного состава Британских железных дорог [60...62]. Автор указывал необходимость снижения сопротивления движению и определял основные зависимости для каждой составляющей основного сопротивления движению вагонов и локомотивов железных дорог Великобритании.

В конце XX - начале XXI века с бурным развитием компьютерной техники, стали интенсивно развиваться теоретические методы исследования сил, действующих на подвижной состав при его движении.

Существенный вклад в развитие теоретических методов исследования сил сопротивления движению поезда в конце XX - начале XXI внесли ученые А. Я. Коган, Н. А. Чурков, В. П. Ткаченко, П. Лукашевич, Ю. С. Ромен, В. О. Певзнер, И. А. Жаров и другие.

Профессор А. Я. Коган [25] предлагает теоретические методы определения всех составляющих сопротивления движению, которые реализованы в программе ВЭИП («Взаимодействие экипажа и пути при пространственных колебаниях»). Автор предлагает расчетные методы для определения сопротивления от рассеяния энергии в пути при различных колебаниях подвижного состава, сопротивления от износа бандажей и колес, сопротивлений, связанных с затратами энергии на колебания подвижного состава.

В. П. Ткаченко ввел понятие кинематического сопротивления [47], причиной которого является «кинематическое несоответствие геометрических параметров поверхностей катания колес и кинематических параметров движения, вызывающее паразитарные проскальзывания». Ученый предлагает выделять из кинематического сопротивления две составляющие: дифференциальное и циркулярное сопротивление. Первое проявляется при контактировании колеса с пространственной геометрией с рельсом, второе является результатом «группового многоконтактного взаимодействия системы колес и колесных пар с рельсовым путем в процессе направляемого движения в рельсовой колее за счет циркуляции паразитарной мощности в пределах одной колесной пары или группы колесных пар, объединенных одной рамой». Также автор предложил методику моделирования кинематического сопротивления движению ряда серийных экипажей.

Профессор Чурков Н. А. занимался изучением аэродинамического сопротивления движению, разработал методологию учета аэродинамических процессов при создании подвижного состава, предложил универсальный комплексный метод выбора рациональной формы подвижного состава с учетом аэродинамических процессов, разработал способы минимизации воздушного

сопротивления при эксплуатации груженых и порожних вагонов в поездах, что отразил в своих монографиях [49, 50].

Отечественные ученые Захаров А. Н., Ромен Ю. С. и Певзнер В. О. в 1992 -1993 гг. провели исследование сопротивления движению грузовых вагонов в зависимости от положения осей колесных пар в тележках и состояния пути [24], по результатам которых было установлено, что применение диагональных связей боковых рам в тележках и нанесение смазки по обеим рельсовым нитям приводит к снижению сопротивления движению грузовых вагонов.

Сотрудники ВНИИЖТа И. А. Жаров и М. А. Макаров в 2002 г. исследовали влияние радиуса кривой и смазывания на сопротивление движению тележки при квазистатическом движении [23]. По результатам работы установлено, что смазывание лишь боковой поверхности наружного рельса приводит к заметному уменьшению сил сопротивления движению, а при смазывании всех точек контакта сопротивление движению сильно падает и практически не зависист от радиуса кривой.

Шведский ученый П. Лукашевич разработал математический метод (компьютерную программу, разработанную на коде Ма^аЬ) для оценки сопротивления движению, учитывающий различные факторы и параметры поезда [65]. Метод учитывает скорость встречного и попутного ветров, количество осей, осевую нагрузку, тип пути, длину поезда. Он создал компьютерную программу для определения сопротивления движению и с использованием разработанных моделей поезда и его движения. Программа позволяет рассчитать энергопотребление и время движения поезда.

Оценку энергетических потерь поезда от основного сопротивления проводят двумя типами методов: экспериментальными и расчетными.

К экспериментальным методам относятся динамометрический и метод скатывания [31].

Динамометрический метод заключается в том, что сопротивление движению определяется при помощи динамометра, размещенного на раме динамометрического вагона или на динамометрической автосцепке вагона-

лаборатории. Деформация пружины динамометра фиксируется на скоростемерной ленте, на которой записываются сила тяги локомотива и скорость движения как функция пройденного пути. Затем, средствами вычислительной техники данные записывающего устройства обрабатываются, и из уравнения движения поезда определяется основное сопротивление движению. Более современным способом является использование электронного датчика силы вместо динамометрической автосцепки.

При методе скатывания испытания проводятся на прямом участке пути со спуском постоянной крутизны. Испытуемый экипаж с локомотивом разгоняется до определенной скорости, затем локомотив отцепляется и вагон двигается по участку под действием накопленной кинетической энергии и силы тяжести. С помощью хронографа с регистрирующим прибором, установленным на вагоне, фиксируются пройденные отрезки пути за определенные промежутки времени, затем определяется замедление вагона и из уравнения движения поезда определяется сопротивление движению.

Последние эксперименты, проведенные по определению сопротивления движению относятся к 50-60 гг. прошлого века [1-3, 12-16, 44-46].

Основным расчетным методом оценки сопротивления движению является вычисление основного и дополнительных сопротивлений по эмпирическим формулам, выведенных по результатам экспериментов.

В различных странах используются различные формулы основного удельного сопротивления движению.

Например, в России в соответствии с Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР) [18] используется формула основного удельного сопротивления движению грузовых вагонов вида

Ь + су + йу1

™ = а +-, (1.1)

Я

где q - осевая нагрузка;

V - скорость движения;

а - коэффициент, выражающий сопротивление не зависящее ни от скорости движения, ни от осевой нагрузки (трение в автосцепках, трение в деталях тележки);

Ъ - коэффициент, выражающий сопротивление, зависящее от осевой нагрузки (трение в шейках осей, сопротивление качению бандажей по рельсам, сопротивление от неровностей пути);

с - коэффициент, выражающий сопротивление, обусловленное вилянием вагонов (трение реборд колес о рельсы, трение продольного и поперечного скольжения по рельсам);

с1 - коэффициент, выражающий воздушное сопротивление и потери при толчках и колебаниях.

Величины коэффициентов а, Ь, с и зависят от типа пути (звеньевой, бесстыковой), осевой нагрузки, осности вагона (четырехосный, восьмиосный).

В США для расчета сопротивления движению подвижного состава используется модифицированная формула В. Дэвиса [66]:

89 ? 1 741 £ V2

Я = Ка (2,943 + + 0,0306у + а ) (1.2)

т тп '

где Ка - коэффициент, зависящий от типа вагона и его загрузки;

ка— коэффициент аэродинамического сопротивления, зависящий от

типа вагона;

т - осевая нагрузка; п - количество осей; V - скорость движения. В других странах используются формулы аналогичного вида [57, 64]. Также основное сопротивление движению можно определить как сумму шести его составляющих. Пять составляющих: сопротивление от трения в буксовых подшипниках, сопротивление от трения качения колес по рельсам, сопротивление от трения скольжения колес по рельсам, сопротивление от рассеяния энергии в пути и аэродинамическое сопротивление определяются по

формулам [4]. Шестую составляющую - сопротивление от рассеяния энергии в окружающую среду по причине наличия огромного числа факторов, влияющих на ее величину, определяют как разницу между основным удельным сопротивлением вагона, определенным по формуле ПТР и суммы пяти его составляющих.

Анализ погрешности определения величины рассеивания энергии в окружающую среду по методике [4] показал, что при ошибке определения каждой из составляющих основного сопротивления движению и основного удельного сопротивления движению в 10%, относительная погрешность величины рассеивания энергии в окружающую среду будет более 120%. В связи с этим, нельзя пользоваться выше указанной методикой определения величины рассеивания энергии в окружающую среду.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Комарова, Анна Николаевна, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Астахов, П. Н., Определение основного сопротивления подвижного состава на экспериментальном кольце / П. Н. Астахов, П. П. Стромский // Вестник ВНИИЖТ. - 1962 - №2 - С. 27-29.

2. Астахов, П. Н., Снижение сопротивления четырехосных грузовых вагонов на роликовых подшипниках. / П. Н. Астахов, П. П. Стромский // Вестник ВНИИЖТ. - 1962 - №6. - С. 14-16.

3. Астахов, П. Н., Формула основного сопротивления движению пассажирских вагонов. / П. Н. Астахов, П. П. Стромский // Вестник ВНИИЖТ. - 1963 - №7.

4. Астахов, П. Н. Сопротивление движению железнодорожного подвижного состава / П. Н. Астахов. - М.: Транспорт, 1966. - 178 с.

5. Бороненко Ю. П. Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты / Ю. П. Бороненко, А. В. Третьяков, А. М. Орлова // Вагоны и вагонное хозяйство. - М.: 2011 - №3. - С. 4-6.

6. Веденисов, Б. Н, Повышение скорости движения, веса составов, мощности и эффективности тяговых средств транспорта / Б. Н. Веденисов, А. В. Комаров, С. П Надежин, - М.: изд. АН СССР, 1950.

7. Вериго, М. Ф. О сопротивлении движению колеса по рельсу, обусловленном рассеянием энергии в железнодорожном пути. / М. Ф. Вериго // Техника железных дорог-М.: 1950 - №8. - С. 13-15.

8. Вершинский, С. В. Динамика вагона / С. В. Вершинский, Данилов В. Н., Хусидов В. Д. - М.: Транспорт, 1991 - 360 с.

9. Вольфсон, С. А. Энергетический баланс при движении железнодорожного экипажа по пути с неровностями / С. А. Вольфсон, Ю. Г. Минкин // Динамика и меры повышения эксплуатационной надежности локомотивов в условиях железных дорог Урала и Сибири: статья сетевой науч.-технич. конф. / Омский институт инженеров железнодорожного транспорта. - Омск: 1973. -С. 139-145.

10. Вуд, Н. О рельсовых дорогах / Н. О. Вуд, Лондон, 1832.

11. ГОСТ 10791-2011 Колеса целыюкатанные. Технические условия -Введ. 2012-01-01 -М. Стандартинформ. -2011. -33 е..

12. Гурский, П. А . Исследование сопротивлений движению паровоза типа 1-5-1 серии ФД. / П. А. Гурский - М.: Траснжелдориздат, 1940.

13. Гурский, П. А. Сопротивление движению четырехосных цистерн / П. А. Гурский // Техника железных дорог - М.:, №12. 1944

14. Гурский, П. А. О сопротивлении движению пассажирских вагонов при больших скоростях / П. А Гурский // Вестник ВНИИЖТ. №6, 1956.

15. Гурский, П. А. Характеристики удельных сопротивлений движению различных локомотивов / П. А Гурский // Вестник ВНИИЖТ №7, 1958.

16. Грачева, Л. О. Влияние рассеивания энергии в рессорном подвешивании тележек на сопротивление движению грузовых вагонов / Л. О. Грачева, Худякова А. А. // Вестник ВНИИЖТ №3, 1979. - С. 37-39.

17. Гребенюк, П. Т. Сопротивление движению подвижного состава в 8-образных кривых / П. Т. Гребенюк // Вестник ВНИИЖТ №1, 1987. - С. 32-35.

18. Гребенюк, П. Т. Правила тяговых расчетов / П. Т. Гребенюк, А. Н. Долганов, О. А. Некрасов, А. Л. Лисицын и др. // М.: Транспорт, 1985. - 287 е..

19. Двухосная трехэлементная тележка модели 18-9855 под полувагоном универсальным с разгрузочными люками модели 12-9853: протокол ходовых динамических испытаний: ОАО «НВЦ «Вагоны». СПб., 2010. - 57 с.

20. Двухосная трехэлементная тележка модели 18-9855 для грузовых вагонов с осевой нагрузкой 25 тс железных дорог колеи 1520 мм: расчет центрального подвешивания: ОАО «НВЦ«Вагоны», СПб., 2010. - 30 е..

21. Двухосная трехэлементная тележка модели 18-9855 под полувагоном универсальным с разгрузочными люками модели 12-9853: протокол испытаний рессорного подвешивания и боковых скользунов: ОАО «НВЦ «Вагоны», СПб., 2010. - 65 с.

22. Добронравов, А. Г. «Общая теория паровых машин и теория паровозов», 1858.

23. Жаров, И. А., Влияние радиуса кривой и смазывания на сопротивление движению тележки при квазистатическом движении / И. А. Жаров, М. А. Макаров // Вестник ВНИИЖТ №3,2002 - С. 31-35.

24. Захаров, А. Н., Оценка сопротивления движению грузовых вагонов в зависимости от положения осей колесных пар в тележках и состояния пути / А. Н. Захаров, Ю. С. Ромен, В. О. Певзнер // Вестник ВНИИЖТ №2, 1996. -33-36 с.

25. Коган, А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом / А. Я. Коган.- М.: Транспорт, 1997. - 326 с.

26. Комарова, А. Н. Влияние типа и параметров гасителей колебаний вагона на сопротивление движению / А. Н. Комарова, Ю. П. Бороненко // Известия Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения - СПб.: ПГУПС, 2014 №2 (39). - С.35-41.

27. Комарова, А. Н. Оценка энергоэффективности нетягового подвижного состава / А. Н. Комарова, Ю. П. Бороненко // Наука и прогресса. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта им. академика В. Лазаряна - Д. Изд-во ДНУЖТ, Вып. 1(43), 2013. - С.149-153.

28. Комарова, А. Н. Сравнительная оценка сопротивления движению грузовых вагонов на тележках различных типов / А. Н. Комарова, Ю. П. Бороненко // Транспорт Российской Федерации - СПб: ООО «Т-Пресса» №2(23), 2014. - С. 69-72.

29. Комарова, А. Н. Обзор подходов и разработка метода расчета сопротивления движению грузового вагона / А. Н. Комарова, Е. А. Рудакова // Сборник тезисов VIII Международной научно-технической конференции "Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты" - СПб: ПГУПС, 2013. - С. 106108.

30. Котова Л. И. Теоретическое исследование сопротивления движению грузовых вагонов от трения качения в роликоподшипниках букс с консистентными смазками, сб. ЛИИЖТ. - Л-д.: ЛИИЖТ, 1958. - вып. 158.

31. Кузьмич, В. Д. Теория локомотивной тяги: учеб. для вузов ж.-д. транспорта / В. Д. Кузьмич, В. С. Руднев., С. Я. Френкель. - М.: Издательство «Маршрут», 2005. - С. 196-206.

32. Лесничий, В. С. Компьютерное моделирование задач динамики железнодорожного подвижного состава. Часть 1: Основы моделирования в программном комплексе MEDYNA: учебное пособие / В. С. Лесничий,

A. М. Орлова // СПб: ПГУПС. - 2001. - 32 с.

33. Лесничий, В. С. Компьютерное моделирование задач динамики железнодорожного подвижного состава. Часть 3: Моделирование динамики грузовых вагонов в программном комплексе MEDYNA: учебное пособие /

B. С. Лесничий, А. М. Орлова // СПб: ПГУПС. - 2002. - 35 с.

34. Ломоносов, Ю. В. Тяговые расчеты 2-е изд. / Ю. В. Ломоносов. - Одесса, 1915.

35. Лопушинский, В. И. Сопротивление паровозов и вагонов в движении и действие паровой машины паровоза на основании динамометрических и индикаторных опытов, произведенных в 1877-1879 гг. на Моршанско-Сызранской ж. д. / В. И. Лопушинский // Инженер, М.: МПС, тт. III и IV, 1882.

36. Мельников, П. П. О железных дорогах / П. П. Мельников, - СПб.: 1835. - 98 с.

37. Орлова A.M. В тележке модели 18-9810 типа Barber S-2-R внедрены современные технологии для повышения безопасности движения и снижения износов / А.М.Орлова, Е.А.Щербаков // Техника железных дорог, 2011 №1(3). - С. 66-69.

38. Орлова, А. М. Требования к динамическим качествам грузовых вагонов и методы их подтверждения: учебное пособие / А. М. Орлова, В. С. Лесничий, Е. А. Рудакова, А. Н. Комарова, А. В. Саидова. - СПб.: ФГБОУ ВПО ПГУПС, 2014.-51с.

39. Петров Н. П. Гидродинамическая теория смазки / Н. П. Петров - СПб.: ГТТИ, 1934.-с. 547.

40. Петров Н. П. Сопротивление поездов на железных дорогах / Н. П. Петров -СПб.- 1889.

41. РД 32.68.-96. Руководящий документ. Расчетные неровности железнодорожного пути для использования при исследованиях и проектировании пассажирских и грузовых вагонов - Введ. 1997-01-01. - М.: ВНИИЖТ, 1996-17 с.

42. Ромен, Ю. С. Энергоэффективность грузовых вагонов / Ю. С. Ромен, Ю. П. Бороненко, А. Н. Комарова // Сборник тезисов VIII Международной научно-технической конференции "Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты" - СПб: ПГУПС, 2013. - С. 198-200.

43. Самсонов, Е. А. Управление инженерной деятельностью в новой структуре эксплуатационного комплекса [Электронный ресурс] / Е. А. Самсонов//Евразия Вести 2012 № 12.Режим доступа: http://www.eav.ru/publl p.php?publid=201213а07 (дата обращения: 03.06.2014)

44. Стромский, П. П. Влияние ветра на сопротивление поезда / П. П. Стромский // Вестник ВНИИЖТ №7, 1959. - С. 24-28.

45. Стромский, П. П. Определение коэффициента воздушного сопротивления вагонов / П. П. Стромский // Вестник ВНИИЖТ №2, 1963. - С.21-24.

46. Терещенко, В. П. Сопротивление движению грузовых вагонов в режиме толкания / В. П. Терещенко, П. Т. Гребенюк, Б. Г. Максимова, А. С. Потапов, Н. Н. Меншутин // Вестник ВНИИЖТ №5, 1989. - С. 6-10.

47. Ткаченко, В. П. Кинематическое сопротивление движению рельсовых экипажей / В. П. Ткаченко. - Луганск: изд-во Восточноукраинского Государственного Университета, 1996. - 200 с.

48. ЦП-774. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути - М. Транспорт, 2000. - 224 с.

49. Чурков, Н. А. Воздушная составляющая основного сопротивления движнию / Н. А. Чурков, И. Э. Чистосердова // Подвижной состав XXI века: Идеи, требования, проекты: сб. науч. статей, 2001. - с. 80-88.

50. Чурков, Н. А. Принципы конструирования подвижного состава, минимизирующие воздействия воздушной среды на параметры его основных подсистем. Дисс. доктора тех. наук. - СПб, 2007.

51. Шадикян, В. Определение величины сопротивления вагонов при трогании с места / В. Шадикян // Железнодорожный транспорт №2, 1953. - С.73-79.

52. Шадур, JI. А. Сопротивление движению многоосных грузовых полувагонов / JI. А. Шадур, А. Н. Шамаков // Железнодорожный транспорт №11, 1970. -С. 49-52.

53. Шмидт, Э. К. Сопротивление товарных поездов движению и зависимость его от веса вагонов / Э. К. Шмидт // Бюллетень №3, пер. с англ. под. ред. А. А. Постникова, 1919.

54. Davis, W. J. The tractive resistance of electric locomotives and cars / W. J. Davis // General Electric Review, vol. 29. October 1926.

55. Dick, M., Assessing the effects of coupler force and train speed on freight car curving resistance / M. Dick, G. Wolf, J Chislett // The Journal of Wheel-Rail Interaction [Электронный ресурс]. - 2014. - Режим доступа: http ://interfacej ournal. com/ archives/3 84.

56. Drish, W. F. Train energy model version 2.0: technical manual, Publication SD-040 / W. F Drish // Washington DC: Association of American Railroads 1992

57. Iwnicki S. Handbook of Railway Vehicle Dynamics / S. Iwnicki - Taylor & Francis Group, 2006, P. 261-263.

58. Kalker, J. J. A Fast algoritm for the simplified theory of rolling contact (FASTSIM programm) / J. J. Kalker // Vehicle System Dynamics. - 1982. - Vol.11. - P. 1-13.

59. Kik, W. A fast approximate method to calculate normal load at contact between wheel and rail and creep forces during rolling / W. Kik, J. Piotrowski // Second Mini-Conference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems, Budapest, July 29 - 31, 1996.

60. Koffman, J. L. Tractive resistance of rolling stock. / J. L Koffman // Railway Gazette November. 6, 1964. - P. 899-902.

61. Koffman, J. L. Tractive resistance of Diesel Railcars and Locomotives. / J. L Koffman // Diesel Railway Traction, Nov. 1963. - P. 899-902.

62. Koffman, J. L. Tractive resistance of modern B. R. rolling stock / J. L Koffman // Railway Gazette, December 18, 1964. - P. 1028-1031.

63. Lindgreen, E. Driving resistance from railroad trains / E. Lindgreen, S. C. Sorenson // Report - supplement to the ARTEMIS rail emission model

[Электронный ресурс]. 2005.- р.86. Режим доступа: http://www.inrets.fr/ur/lte/publi-

autresactions/fichesresultats/ficheartemis/non_road4/Artemis_del7b_rail.pdf

64: Locomotive and Train Resistance [Электронный ресурс] // 5AT.CO.UK -Режим доступа: http://5at.co.uk/index.php/definitions/terrms-and-definitions/resistance.html#Plots

65. Lukaszewicz, P. Energy Consumption and Running Time for Trains. Doctoral Thesis. - Stockholm 2001. - p. 154.

66. Manual of railway engineering. Resistance to movement // Canadian National Railways AREMA, 1999. - P. 3-9.

67. MEDYNA. Общее руководство / Пер. с англ. О. М. Макаровой и А. М. Орловой под ред. Ю. П. Бороненко // ArgeCare (Computer aided railway engineering), НВЦ «Вагоны». - СПб, 2000. - 543 с.

68. Schmidt, Е. С. The effects of cold weather upon train resistance and tonnage rating / E. C. Schmidt, F. W. Marquis // University of Illinois bulletin, №59, 1912.

69. Tuthill, I. K. Highspeed freight train resistance its relation to average car weight./ I. К Tuthill // University of Illinois bulletin, №32, 1948.

70. Vampire [Электронный ресурс] // Режим доступа: http: vampire-dynamics.com/.