Буйносов, Александр Петрович. Методы повышения ресурса бандажей колесных пар тягового подвижного состава

Краткое описание

Буйносов, Александр Петрович. Методы повышения ресурса бандажей колесных пар тягового подвижного состава : диссертация ... доктора технических наук : 05.22.07 / Буйносов Александр Петрович; [Место защиты: Ур. гос. ун-т путей сообщ.].- Екатеринбург, 2011.- 456 с.: ил. РГБ ОД, 71 12-5/242

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Уральский государственный университет путей сообщения»
На правах рукописи УДК 629.4.083:629.4.027Л1
052012 50283
БУЙНОСОВ АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА БАНДАЖЕЙ
КОЛЕСНЫХ ПАР ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов
и электрификация
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
доктора технических наук
Научный консультант: - доктор технических наук
НАГОВИЦЫН Виктор Степанович
Екатеринбург
2011 
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 17
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ИЗНОСА БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ
ПАР ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И РЕЛЬСОВ 36
2.1. Анализ основных факторов износа бандажей колесных пар
тягового подвижного состава 36
2.2. Исследование факторов интенсивного изнашивания
бандажей колесных пар электровозов на Свердловской железной дороге 53
2.3. Влияние изменения ширины рельсовой колеи с 1524 до 1520 мм на взаимный износ бандажей колесных пар
тягового подвижного состава и рельсов 59
2.4. Влияние применения нового типа рельсов (Р65 вместо Р50) и параметров возвышения наружных рельсов в кривых
участках пути 63
2.5. Влияние применения железобетонных шпал в конструкции
верхнего строения пути на износ рельсов и бандажей колесных пар тягового подвижного состава 68
2.6. Влияние материала на износ бандажей и рельсов. Создание современных приборов неразрушающего контроля
колесных пар 69
2.7. Влияние перекоса колесных пар в тележке тягового подвижного состава при движении по рельсовому пути на
износ гребней бандажей 83
з
2.8. Влияние разности диаметров бандажей колесных пар тягового подвижного состава, сверх допустимых значений,
на их износ 85
2.9. Влияние шероховатости посадочных поверхностей на надежность соединения «бандаж-обод» и ресурс колесных
пар тягового подвижного состава 90
2.10. Влияние режимов рекуперативного торможения тягового электроподвижного состава на износ бандажей
колесных пар 91
3. СТАТИСТИЧЕСКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СОВОКУПНОСТИ ПРИЧИН ИЗНОСА БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 96
3.1. Оценка эффективности снижения износа бандажей,
обточенных по различным профилям 96
3.2. Метод оптимизации обточки бандажей колесных пар
локомотивов по толщине гребня 119
3.3. Определение эффективного профиля бандажей колесных пар
для различных серий локомотивов и участков обращения 123
3.4. Метод определения величины остаточного проката колесных пар для различных серий локомотивов и
участков обращения тягового подвижного состава 126
3.5. Исследование износа колесных пар на основе
регрессионного и корреляционного анализов 133
3.5.1. Метод построения уравнений множественной
регрессии многомерной математической модели износа 133
3.5.2. Множественный регрессионный (корреляционный)
анализ математической модели износа 146

4. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО КРУГА
КАТАНИЯ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА РАЗРАБОТАННЫМИ ПРИБОРАМИ 151
4.1. Измерение проката бандажей колесных пар электровозов
на поверхности бандажа 151
4.2. Разработка прибора для оперативного измерения параметров колесных пар тягового подвижного
состава 162
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
СИСТЕМ ГРЕБНЕ- И РЕЛЬСОСМАЗЫВАНИЙ 166
5.1. Общие методы, применяемые на российских железных
дорогах, для сниженеия износа колесных пар тягового подвижного состава 166
5.2. Исследование износа гребней колесных пар подвижного
состава, оборудованного гребнесмазывателями системы «Тракмастер» 168
5.3. Оценка надежности системы гребнесмазывания в целом и
отдельных ее узлов в условиях эксплуатации 180
5.4. Влияние системы гребнесмазывания на энергетическую
эффективность работы тягового подвижного состава 184
5.5. Влияние системы гребнесмазывания на тяговые
свойства тягового подвижного состава 185
5.6. Исследование применения системы автоматического рельсосмазывания (АРС-Эл) на износ гребней колесных пар
тягового подвижного состава 
5.7. Исследование применения модификатора
(триботехнического состава) ТС НИОД для уменьшения интенсивности износа гребней колесных пар тягового
подвижного состава и рельсов 191
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕКОСА, РАЗНОСТИ ДИАМЕТРОВ И РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ НА ИЗНОС ГРЕБНЕЙ БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 203
6.1. Методы определения перекоса бандажей колесных пар
тягового подвижного состава 203
6.1.1. Определение перекоса колесных пар (в тележке и относительно оси пути) на различных типах
тягового подвижного состава 203
6.1.2. Метод измерения угла набегания колеса на рельс при
помощи оптического прибора 214
6.2. Методы определения допустимой разности диаметров бандажей колесных пар тягового подвижного состава
в эксплуатации 218
6.2.1. Метод определения допустимых значений разности
диаметров бандажей колесной пары в эксплуатации методом последовательных включений 218
6.2.2. Метод определения допустимой в эксплуатации разности диаметров бандажей по минимуму целевой
функции 229
6.2.3. Способ обоснования величины допустимой
разности диаметров 236
6.3. Методы контроля диаметров бандажей колесных пар
тягового подвижного состава с использованием полуавтоматической измерительной системы 246
6.4. Исследование влияния режимов рекуперативного
торможения на износ гребней бандажей колесных пар локомотивов 252
7. МЕТОД КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОСАДОЧНЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ КОЛЕСНОГО ЦЕНТРА И БАНДАЖА
КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 258
7.1. Контроль шероховатости и его влияние на интенсивность
отказов бандажей колесных пар 258
7.2. Сравнительная оценка различных способов контроля
шероховатости бандажей колесных пар 266
8. ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ 280
8.1. Оценка экономической эффективности от внедрения
практических предложений и рекомендаций 282
8.2. Оценка экономической эффективности применения рекуперативного торможения и восстановления ресурса
колес 288
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 295
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 299
ПРИЛОЖЕНИЯ 347
ПРИЛОЖЕНИЕ А 348
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 352
ПРИЛОЖЕНИЕ В 417
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 43

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Предложены методы, которые позволили разработать технические и технологические решения по эксплуатации и ремонту колесных пар ТПС, обеспечивающие увеличение ресурса бандажей на основе использования ве-роятностно-статистических методов исследования, создания моделей и мето-дик для количественной оценки их износа, связанного с особенностями кон-струкции ТПС, технического обслуживания и ремонта применительно к кон-кретным условиям их эксплуатации.
2. Разработана математическая модель, на основе которой проанализи-ровано влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на интенсив-ность изнашивания гребней бандажей колесных пар применительно к кон-кретным условиям эксплуатации ТПС.
3. Предложены обоснованные критерии разных типов профиля банда-жей колесных пар в зависимости от серии локомотива и условий его эксплуа-тации. Это позволило увеличить долговечность бандажей колесных пар ТПС в 16 локомотивных депо железных дорог России до 46,1 %.
4. Установлено в результате проведенных стендовых испытаний и экспе¬риментальных исследований:
- оборудование ТПС системой гребнесмазывания «Тракмастер» позволяет повысить ресурс бандажей до 1,3 раза, применение рельсосмазывателя АРС-Эл - на 13 %, а обработка ТС НИОД гребней колесных пар пассажирских электрово¬зов - до 1,4 раза;
- обработка гребней бандажей грузовых электровозов не эффективна из-за наличия гребневых тормозных колодок. ТС НИОД не успевает диффундиро¬вать в структуру металла на достаточную глубину, образовавшееся при обра¬ботке керамическое покрытие разрушается при торможении.
5. Изучено воздействие лубрикации на тяговые свойства электровоза на основе проведенных испытаний с использованием динамометрического ваго-на на опытных участках. Установлено, что работа системы гребнесмазывания «Тракмастер» не влияет на тормозной путь состава, коэффициент сцепления и максимальная сила тяги остаются неизменными в прямых участках пути, в кривых - уменьшаются на 8-10 %.
6. Проведены исследования по результатам корреляционного и регрес-сионного анализов распределения износа по ширине бандажа. Установлено, что максимальное его значение лежит не по кругу катания, а сдвинуто на 10-15 мм в направлении от гребня, что требует корректировки положения плос-кости измерения геометрических параметров бандажей колесных пар ТПС.
7. Научно обоснованы нормы допустимого значения перекоса колесных пар относительно рамы тележки различных серий ТПС (от 1,0 до 2,3 мм). Раз¬работана методика и созданы технические устройства для определения пере¬коса колесных пар в тележке ТПС.
8. Разработаны методы определения разности диаметров бандажей (по-следовательных включений, кусочно-линейной аппроксимации и с учетом за-трат на ремонт), использование которых позволили определить их норматив-ные значения для колесных пар электровозов ЧС2, ЧС2 , ЧС7, ВЛ8, ВЛ10 и ВЛ11 (от 0,5 до 3,6 мм). Соблюдение установленных нормативных значений разности диаметров бандажей одной колесной пары для соответствующих де- по и серий локомотивов позволяет повысить ресурс бандажей колесных пар ТПС до 69 %.
9. Исследовано влияние качества посадки бандажа на колесном центре. Разработана методика оценки влияния шероховатости посадочных поверхно-стей на эксплуатационную надежность сочленения «бандаж-обод» и наработ-ку до смены бандажей, на 19 % увеличен ресурс колесных пар.
10. Установлено значение остаточного проката (0,5 мм), которое при увеличении количества обточек с 5 до 7 увеличивает ресурс до смены банда-жей более чем на 30 %.
11. Разработаны способ измерения геометрических параметров колес-ных пар и программное обеспечение, позволяющих контролировать и прогно¬зировать сроки обточки и смены бандажей, осуществлять паспортизацию тех¬нических параметров ТПС, оценивать эффективность принятых технических решений.
Конструктивно проработаны и внедряются в локомотивных депо при-боры и технические устройства, обеспечивающие решение задачи повышения долговечности колесных пар ТПС. Опыт эксплуатации приборов и устройств показал, что они удовлетворяют требованиям по достоверности контроля и могут быть рекомендованы к массовому применению на железных дорогах России.
Устройство для контроля диаметров бандажей и их разности внедрено в 21 локомотивном депо, прибор для оценки шероховатости посадочных по-верхностей «бандаж-обод» успешно используется в трех колесных цехах, приборы К-61 и Т-71 внедряются на заводах и депо железных дорог.
Созданы и внедряются на сети железных дорог электронные приборы КИП и ИД с программным продуктом АРМ «Депо» (АРМ ТПЗ), чистый дис-контированный доход от внедрения которых за 5 лет составит 418,9 тыс. руб. при сроке окупаемости 0,62 года.
12. Результаты исследования и практические предложения внедрены в:
- локомотивных депо Свердловской, Московской, Южно-Уральской, Куйбышевской, Горьковской, Дальневосточной, Октябрьской, Забайкальской, Северной и Приволжской железных дорог России;
- учебном процессе УрГУПС.
13. Выполнена оценка экономической эффективности внедрения пред-лагаемых решений по повышению ресурса бандажей колесных пар тягового подвижного состава. Реализация предложенных автором технических реше-ний позволяет увеличить ресурс колесных пар тягового подвижного состава в среднем на 35-40 % при годовом экономическом эффекте более 40 тыс. руб. на один локомотив (в ценах на 01.01.2010 г.).
14. В результате комплексного применения приведенных методов ре-сурс бандажа до смены составит 1038,66 тыс. км. Таким образом, реализуя предложенные автором методы, есть возможность выполнить требование Стратегии развития железнодорожного транспорта России до 2030 г. и уже в настоящее время повысить ресурс бандажей колесных пар до 1 млн. км.