Попов Сергій Валерійович. Зниження рівня силової взаємодії гребенів коліс з рейками удосконалюванням пружних зв'язків екіпажа

Короткий опис

Попов Сергій Валерійович. Зниження рівня силової взаємодії гребенів коліс з рейками удосконалюванням пружних зв'язків екіпажа : Дис... канд. наук: 05.22.07 - 2008.

Попов С.В. Зниження рівня силової взаємодії гребенів коліс з рейками удосконалюванням пружних зв'язків екіпажа. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.07 - Рухомий склад залізниць і тяга поїздів. - Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, 2008.
Дисертація присвячена поліпшенню динамічних і експлуатаційних якостей рейкових екіпажів, зниженню силової дії на шлях і зношення коліс локомотивів і рейок. Набула подальшого розвитку математична модель фрикційної взаємодії гребеня колеса з бічною поверхнею головки рейки. Отримали подальший розвиток методи розрахунку пружних характеристик блоку гумо-металевих елементів опор зв'язку кузова з візками, що враховують особливості конструктивного виконання блоку ГМЕ. Теоретично і експериментально обґрунтовано застосування розроблених конструктивних рішень вузлів ходової частини локомотивів, що поліпшують динамічні якості, котрі знижують силову дію на шлях і зношення коліс локомотивів і рейок.

Дисертаційна робота містить отримані автором результати, які в сукупності вирішують актуальне науково-технічне завдання зниження силової дії гребенів коліс з рейками, що приводить до поліпшення динамічних якостей локомотивів і, як наслідок, зниження інтенсивності зношення коліс локомотивів і рейок завдяки використанню резервів удосконалення окремих вузлів конструкції екіпажної частини. Представлені в дисертації результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень дозволяють зробити такі висновки:
1. Аналіз робіт, спрямованих на поліпшення динамічних якостей локомотивів і зниження інтенсивності зношування бандажів колісних пар і рейок показує, що застосування різних заходів щодо зниження зношення здійснюється без урахування їхнього впливу на теплові процеси, що протікають в зоні контакту коліс локомотивів з рейками.
2. Уточнено математичну модель фрикційної взаємодії колеса з рейкою, що дозволяє описати картину зношення гребенів колісних пар і рейок з урахуванням температурного режиму, і розробити рекомендації щодо його зниження. Для цієї математичної моделі створено програму, що дозволяє розрахувати геометрію плями контакту, розподілення по її поверхні виникаючих нормальних напруг, потужності тепловиділення, а також температури.
3. Встановлено ряд теоретичних закономірностей: контурної площі контакту гребеня колеса з головкою рейки від бічної сили дії гребеня колеса на рейку, яка становить 49 мм2при бічній силі дії 65 кН; розподілу по поверхні плями контакту навантаження і температури, максимальні значення яких дорівнюють 2000 МПа (при силі дії гребеня колеса на рейку 65 кН) і відповідно 783 С (при швидкості руху локомотива 60 км/год і ковзанні); впливу навантаження і швидкості ковзання на максимальне значення температури на поверхні контакту.
4. Встановлено зони ефективного застосування рідких змащувальних матеріалів для розділення контактуючих поверхонь гребенів колісних пар з рейками. Показано, що (для випадку руху локомотива із швидкістю 60 км/год, ковзаннямі зміною величини бічної сили) подача мастила в зону контакту дозволяє знизити: середній коефіцієнт тертя до 32%; значення максимальної і середньої температури на поверхні контакту до 9% і 26%; значення потужності тертя в контакті до 23%. Для нанесення мастила на гребені колісних пар залізничного транспортного засобу розроблено пристрій д.п. UA 67225 А.
5. Результати стендових випробувань бічних гумо-металевих опор кузова тепловоза 2ТЕ116 на візок в штатному і модернізованому виконанні показали, що штатна конструкція опори не забезпечує рівномірного напруженого стану елементів опори при роботі її на зсув і стиснення, а також стійкість блоку ГМЕ опори. Це негативно позначається на надійності і довговічності її роботи. На підставі отриманих експериментальних даних і результатів розрахунків пружних характеристик блоку гумо-металевих елементів опорно-повертаючого пристрою, для забезпечення більш рівномірного напруженого стану ГМЕ опори і підвищення її стійкості запропоновано варіанти конструктивного виконання бічних опор кузова на візки. Один з розроблених варіантів виконання блоку ГМЕ, що забезпечує необхідні пружні характеристики другого ступеня ресорного підвішування тепловоза для реалізації локомотивом швидкості руху 160 км/год, упроваджено на тепловозі ТЕП150.
6. Результати порівняльних ходових динамічних випробувань показали, що установка створених дослідних опор кузова на візки дозволила:
поліпшити розважування тепловоза, знизити значення максимальної фактичної різниці навантажень коліс однієї осі з 5% до 2%;
поліпшити умови повернення візка з крайнього відхиляючого положення в положення, симетричне осі головного екіпажа;
зменшити амплітуди поперечних коливань в горизонтальній площині візків щодо кузова при русі в прямих, кривих ділянках шляху і стрілочних переводів, що покращує показник плавності ходу з Wr = 3,5 до Wr = 2,95;
понизити максимальні величини рамних сил в прямих з 33,5 кН до 31,15 кН, в кривих радіусом 600 м - з 39,9 кН до 36,9 кН, в кривих радіусом 300 м - з 55,6 кН до 51,6 кН, в стрілочних переводах по прямому шляху - з 28,15 кН до 24 кН, на бічний шлях- з 38 кН до 35,9 кН.
7. Проведені дослідження силових характеристик ротаційного гасителя коливань (д.п. UA 6721) показали, що під час експлуатації запропоновані конструктивні рішення забезпечують зміну його робочих характеристик до 20%.
8. Розроблені варіанти конструктивного виконання ресорного підвішування локомотива (д.п. UA 10581) дозволяють значно зменшити жорсткість ресорного підвішування і забезпечити хороші динамічні показники при русі тепловоза з великими швидкостями. Розрахунки показали, що для тепловоза, що рухається на вибігу по прямій ділянці шляху із швидкістю руху від 40 до 160 км/год запропоновані конструкції забезпечують зниження максимальних вертикальних сил взаємодії коліс з рейками на 5%.