Государственная акционернаяе железнодорожная компания
«Ызбекистон темир йыллари»
Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта
На правах рукописи
АВДЕЕВА АННА НИКОЛАЕВНА
РАСЧЁТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВЛИЯНИЯ СМАЗКИ БАНДАЖЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР
ЛОКОМОТИВОВ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ИХ ИЗНОСА
05. 02. 04. – Трение и износ в машинах
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ташкент-2008
2
Работа выполнена на кафедре «Основы конструирования машин»
Ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта
Научный руководитель:
доктор технических наук Файзибаев Ш.С.
Официальные оппоненты
доктор технических наук, профессор
кандидат технических наук,
Ведущая организация:
Защита диссертации состоится «___»_________2008 года в _____ часов
на заседании специализированного совета
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского
института инженеров железнодорожного транспорта.
Автореферат разослан «___»_________2008г.
Ученый секретарь
специализированного совета,
кандидат технических наук, доцент _____________ Каримов
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
. Актуальность. Долговечность машин и
механизмов в значительной степени определяет работоспособность узлов
трения. Колёсная пара локомотива – одна из наиболее интенсивно
изнашивающихся единиц подвижного состава, часто требующая дорогого
ремонта. От взаимодействия колеса и рельса во многом зависят безопасность
движения и основные технико-экономические показатели пути и подвижного
состава. Поэтому чрезвычайно важно определить интенсивность износа
бандажа, на различных этапах работы.
Анализ процесса износа позволит более точно определить срок годности
бандажей колёсных пар локомотива для своевременной поставки новых, а
так же установить оптимальное обслуживание и интервалы ремонта,
позволяющие более эффективно распределять расходы по ремонту
подвижного состава.
Степень изученности проблемы
.
На фоне существующих
результатов эксплуатационных исследований различных технологий
лубрикаций,
целесообразна
разработка
математической
модели
взаимодействия системы «колесо-смазка-рельс», способная прогнозировать
эффект использования смазки.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.
Основная часть работы выполнена по планам ГКНТ РУз. 1Ф.2.10, грантам
№55-00, 80-04 УзФПФИ и Управления эксплуатации локомотивов ГАЖК
«Узбекистон темир йулари» х.д. №358А от 30.05.1999г., а так же в рамках
плановых работ ГАЖК «Узбекистон Темир Йуллари» за 2000-2007 г.г.
Целью работы
является разработка методики оценки влияния слоя
смазки между поверхностями рельсов и колес локомотива на закономерность
интенсивности износа и контактные напряжения между ними.
Задачи исследования
:
1.
Установление закономерностей изменений деформаций, напряжений и
интенсивности износа бандажей колёсных пар локомотивов в зоне
контакта с рельсом при использовании смазок;
2.
Разработка метода прогнозирования пробега бандажей колёсных пар
локомотивов до браковочного износа с учётом смазки.
Объект исследования
являются колёсные пары локомотивов.
Методы исследований
. В работе использованы методы теории
контактных напряжений и колебаний. Для решения дифференциальных
уравнений использовались метод операционного исчисления. При обработке
результатов, полученных при эксперименте, использовались элементы
теории вероятности.
Основные положения, выносимые на защиту
. С целью
снижения интенсивности изнашивания колёсных пар до приемлемых
значений в последние годы проводится ряд мер технического и
организационно-технологического характера, в том числе лубрикация. Но
более эффективное решение вопроса может быть найдено только на базе
4
использования научных знаний в области моделирования взаимодействия
пары «колесо-рельс» с введением смазки в зону контакта.
Научная новизна диссертации
заключается в разработке научных
подходов и практических рекомендаций по совершенствованию технологии
использования смазки бандажей колёсных пар локомотивов в условиях
Среднеазиатского региона.
1.
Разработана математическая модель импульсных колебаний в зоне
контакта модели бандажа колёсной пары локомотива и рельса,
разделённых тонким слоем смазки.
2.
Разработана методика расчёта, эквивалентов модулей упругости смазок
как смесей с твёрдыми наполнителями.
3.
Разработана
методика
экспериментальной
оценки
контактного
взаимодействия при введении слоя смазки между поверхностями.
4.
Проведены расчётные исследования и разработана методика по оценке
закономерностей влияния смазки на контактные напряжения и
интенсивность износа
поверхностей
бандажей
колёсных пар
локомотивов ВЛ-80 в условиях эксплуатации на ГАЖК «УзТЙ».
5.
Разработаны рекомендации по оценке сроков полезного использования
бандажей колёсных пар локомотивов.
Практическая значимость результатов исследования.
Анализ износа и сопутствующий ему характеристик, при
использовании смазок, позволяет более точно определить срок браковочного
износа бандажа колёсной пары локомотива и поставки запасных колёсных
пар, результаты исследования позволяют рассчитывать оптимальное
обслуживание и интервалы ремонта, а так же эффективное распределения
расходов по ремонту подвижного состава.
Реализация результатов
1.
На основании выполненных исследований разработана и внедрена
методика и инструкция по контролю износа бандажей колёсных пар
локомотивов в условиях ГАЖК «Узбекистон тамир йуллари»,
утверждённая Гсударственной Инспекцией по надзору за безопасностью
железнодорожного транспорта «УЗГОСЖЕЛДОРНАДЗОР».
2.
Методика
расчётного
прогнозирования
износа
поверхностей
перекатывания колёсных пар локомотивов при взаимодействии с
деталями рельсового пути железных дорог утверждена и внедрена ГУП
Всероссийского научно-исследовательского института тепловозов и
путевых машин РАО «РЖД» России.
Апробация работы.
Результаты работы по мере их получения регулярно
обсуждались на научно–исследовательских семинарах кафедры «Основы
конструирования машин» ТашИИТ.
Основные результаты работы были доложены и обсуждены на: IV
Международной конференции «Проблемы прочности материалов и
сооружений на транспорте», г. Санкт-Петербург 29-30 июня 1999 г.; на
республиканской научно - технической конференции по современным
проблемам ТММ и машиноведения, г. Ташкент,17-19 ноября 1999 г.; на
5
межвузовской конференции посвященной десятилетию независимости
Республики Узбекистан «Проблемы наземных транспортных средств
Республики Узбекистан». /ТАДИ – ТашИИТ, 22-24 мая 2001 г., на
межвузовской научно – технической конференции (18-20 мая 2005 г.); на
Республиканской научно – технологической конференции с участием
зарубежных учёных (14-15 декабря 2006г.) «Ресурсосберегающие технологии
на железнодорожном транспорте», посвящённые 75–летию института; на
расширенном заседании кафедры «Основы конструирования машин»
ТашИИТ, г.Ташкент, октябрь 2007г.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 7 работ
Структура и объем работы
.
Диссертация состоит из введения, четырех
глав, заключения, списка использованной литературы из 104 наименований.
Общий объем диссертации изложен на 132 страницах машинописного текста,
содержит иллюстраций, таблиц и два приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении
обоснована актуальность темы диссертационной работы,
сформулирована цель и задачи проведенных исследований и представлены
основные научные положения, которые выносятся на защиту.
В первой главе
дан
обзор научных работ Богданова В.М., Шахунянц
Г.М., Шур Е.А., Григоренко В.Г., Панькина Н.А. и многих других учёных,
посвященных изучению долговечности работы бандажей колёсных пар
локомотивов в условиях эксплуатации. А так же рассмотрены методы
Амелина С. В., Воробьёва А. А., Сорокина П. Г., Коган А. Я., и др., расчёта
контактных напряжений в системе колесо-рельс.
Приведены результаты эксплуатационных исследований, различных
технологий лубрикаций, проведённых на Российских железных дорогах, в
европейских специализированных научно-исследовательских лабораториях,
а также на полигонах США.
Рассмотренные данные о влиянии смазки на износ бандажей колёсных
пар показали, что исследования ведутся в основном экспериментальным
путём, а более эффективное решение вопроса может быть найдено только на
базе
использования
научных
знаний
в
области
моделирования
взаимодействия пары колесо-рельс с введением смазки в зону контакта. На
основании анализа материалов этой главы, были обоснованы цели и задачи
диссертационных исследований.
Во второй главе
проведены аналитические исследования влияния
смазки бандажей колёсных пар локомотивов на интенсивность их износа.
1. Для получения математической модели импульсных колебаний в
зоне контакта модели бандажа колесной пары локомотива и рельса с тонким
слоем смазки, рассматривалась система, включающая в себя локальные
объёмы трёх масс (рисунок 1): m
k
– учитывает неподрессоренную массу, от
колёсной пары, m
с
– масса смазки; m
p
– масса участка рельсового пути
между осями укладки шпал. Вводим координаты упругих деформаций: z
k
(t)-
6
массы m
k
; z
с
(t)- массы m
с
относительно массы m
k
; z
р
(t) - массы m
р
относительно массы m
с
.
Математическая модель импульсных колебаний в зоне контакта
бандажа колесной пары локомотива и рельса с тонким слоем смазки,
выведена в виде системы дифференциальных уравнений:
)
(
1
13
12
2
t
Q
B
z
A
z
A
z
p
z
p
c
k
k
k
, (1)
)
(
2
23
2
t
Q
B
z
A
z
z
p
z
p
c
c
c
k
, (2)
)
(
3
2
t
Q
B
z
z
z
p
z
p
c
p
p
k
, (3)
где:
k
p
c
p
c
m
m
m
m
m
A
12
, ,
k
p
c
p
m
m
m
m
A
13
,
p
c
p
m
m
m
A
23
,
k
p
c
m
m
m
B
1
1
,
k
p
c
k
k
m
m
m
c
P
2
,
p
p
p
m
c
P
2
,
p
c
c
c
m
m
c
P
2
,
p
c
m
m
B
1
2
,
c
m
B
1
3
,
с
k
, с
с
, с
р
- приведённые жёсткости материалов, соответственно бандажа
колёсной пары, смазки и рельса. Система уравнений выведена с
использование формул кинетической энергии, потенциальной энергией
упругих деформаций, работы внешней силы и уравнений Лагранжа 2 рода по
каждой из принятых координат. Решение системы уравнений (1)÷(3)
суммируется из двух составляющих: из собственных колебаний, когда правая
часть системы равна нулю, и частных решений, учитывающих функции
ударной нагрузки Q(t).
Расчётные схемы модели «колесо – смазка – рельс»
Рис 2.1а) геометрические размеры в продольно вертикальной
плоскости для локального объёма V
л
=πab(h
k
+h
c
+h
p
); б) параметры колебаний
трёхмассовой системы.
7
Представлены три варианта воздействия внешней нагрузки на модель
«колесо-смазка-рельс». Для решения системы дифференциальных уравнений
использованы метод операционного исчисления и метод определителей.
Результаты, оптимально приближенные к реальности, даёт нагрузка с
мгновенным приложением усилий.
Дано расчётное обоснование эквивалента модуля упругости смазки,
как смесей жидкости с наполнителем. Расчётно-экспериментальные
исследования показывают, линейную зависимость модуля упругости твёрдых
и жидких материалов от их плотности. Диапазон значений, эквивалентов
модулей упругости смазок с графитом: Е
с
=(5,98÷44,72)∙10
9
Па
, а смесей с
песком и глиной: Е
с
=(6,9∙10
9
÷1,58∙10
10
)
Па
.
В третьей главе
проведены расчётные исследования по оценке
закономерностей влияния смазки на интенсивность износа поверхностей
бандажей колёсных пар локомотивов в условиях эксплуатации на ГАЖК
«УзТЙ».
1. Разработана методика оценки влияния смазки на контактные
напряжения при взаимодействии бандажа колёсной пары и рельса, на базе
аналогичной методики без учёта смазки, разработанной Глущенко А.Д. и
Файзибаевым Ш.С., на основании которой, пятно контакта бандажа и рельса
делится на три зоны: S=S
1
+S
2
+S
3
. В пределах площади S
1
контактные
напряжения σ
k
меньше предела текучести σ
-1
, по этому на поверхности не
наблюдается износа. В пределах площадки S
2
значения контактных
напряжений больше чем предел выносливости, но меньше, чем предел
прочности. В этой зоне происходят разрушение шелушением, срезом и
износом поверхности контакта. За каждый оборот колеса ВЛ-80
относительно рельса, сходит слой материала бандажа стали толщиной:
1
1
10
a
k
c
d
, где d
а
=2,52∙10
-7
мм– диаметр одного атома железа. В
пределах площади S
3
, где значения контактных напряжений превышают
предел прочности, происходит разрушение шелушением поверхности
контакта тонкой плёнки за каждый оборот колеса ВЛ-80 относительно
рельсов толщиной: ∆=10∙d
a
∙σ
k
/σ
b
. Формулы для расчётов площадей имеют
вид:
ki
i
S
S
1
1
;
ki
b
ki
i
S
S
1
2
1
2
;
ki
b
ki
i
S
S
1
3
1
1
, (4)
где S
i
– площадь пятна контакта. Объём износа находим как:
k
ki
T
b
ki
a
D
S
S
d
V
3
2
1
1
10
оборот
мм
3
, (5)
где D
k
– диаметр поверхности контакта колеса ВЛ-80 по рельсам; при σ
ki
<σ
b
в
формуле (5)
0
3
S
. Вводим допущение о расчётном пробеге L
1
колёсной
пары ВЛ-80 с достижением износа бандажа на толщине Δ
1
=1мм при ширине
площадки износа В=75мм:
8
мм
км
S
S
d
D
B
мм
км
V
D
l
B
L
b
ki
a
k
k
3
2
3
3
1
10
10
. (6)
Интенсивность износа поверхности бандажа колеса ВЛ-80 определяем по
формуле:
км
мм
L
i
4
4
10
10
/
, (7)
где Δ – износ в миллиметрах.
2. Для оценки влияния смазки на контактные напряжения и износ в
зоне контакта колеса и рельса при движении по прямым участкам
рельсового пути вводится понятие
приведённого модуля упругости Е
п
,
и
выведена формула для его нахождения:
c
p
H
Н
П
E
h
h
Е
E
E
1
:
, (8)
где Е – модуль упругости материала бандажа и рельса, Е
с
– эквивалент
модуля упругости смазки, h
k
и h
p
– толщина слоя материала бандажа и
рельса, которого достигают волны упругих деформаций, Δ
н
– толщина
начального слоя смазки перед фазой сжатия упругих тел А и Б (рис.2).
Рис.2
Расчетная схема нагружения модели двух криволинейных
поверхностей, под нагрузкой Р
к
3. На основании проделанных расчётных исследований можно сделать
следующие выводы.
3.1 Чем больше радиус кривизны рельса, и чем больше вертикальная
нагрузка, тем больше значение приведённого модуля упругости в зоне
контакта. При увеличении доли графита в составе смазки, приведённый
модуль соединения тоже возрастает. Диапазон возможных значений
приведённого модуля упругости, при R
р
=(300÷6000)м, и Р=(115÷287,5)кН:
Е
п
=(0,908÷1,985) ∙10
11
Па.
9
3.2. При значениях Е
п
<1,7∙10
11
Па, возникает площадка S
3
, на которой
контактные напряжения превышают предел текучести, что способствует
увеличению износа. Поэтому, после испарения или отвердевания смазки,
значения приведённого модуля упругости должны находиться в диапазоне:
1,7∙10
11
Па < Е
п
< 1,985∙10
11
Па. (9)
3.3. Рассмотрено влияние смазки на максимальные напряжения, так как
от них напрямую зависят и пробег, и интенсивность износа.
Таблица 1
Расчётные значения зависимости контактного напряжения
σ
k
,
[МПа]
от модуля упругости смазки, при вертикальной нагрузке Р
с
=115кН,
и толщины начального слоя Δ=0.1мм
R
p
, мм
Модуль упругости смазки Е
с
, ∙10
9
Па
0
1,2
1,6
1,8
300
1082,9
853,7
770,3
1009,4
600
922,1
727,2
656,1
859,6
1200
728,14
574,4
517,9
678,7
1800
646,8
509,9
460,1
602,9
3000
562,5
443,4
400,1
524,3
6000
472,3
372,3
336,2
440,3
3.3.1. Из расчётов (таблица 1) видно, что при использовании смазок,
значения контактных напряжений σ
k
уменьшает в 1,1÷1,4 раза.
Рис.3 Зависимость контактного напряжения от радиуса кривизны рельса и
модуля упругости смазки, при Р
с
=115кН.
3.3.2. Так как приведённый модуль упругости в зоне контакта зависит
от эквивалента модуля упругости смазки Е
с
, можно сказать, что чем меньше
значения Е
с
(в диапазоне допустимых значений), тем меньше контактные
напряжения (рис.3). На рисунке 3, по сделанным расчётам, построена
зависимость контактного напряжения от радиуса кривизны рельса и модуля
упругости смазки. Р
с
=115кН, толщина начального слоя смазки Δ=0.1мм.
10
Кривая 1, на рисунке 3, соответствует контактным напряжениям без
использования смазки, 2 - соответствует контактным напряжениям, при
использовании смазки с эквивалентом модуля упругости Е
с
=1,2∙10
9
Па
, 3 –
Е
с
=1,6∙10
9
Па
, 4 – Е
с
=1,983∙10
9
Па
.
3.3.3. По построенным графикам (рис.3) видно, что при увеличении
радиуса кривизны рельса контактные напряжения σ
k
уменьшаются.
Максимальные значения σ
k
возникают при R
p
=300
мм
, а минимальные – при
R
p
=6000
мм
.
4. На рисунке 4 представлены графики зависимости интенсивности
износа бандажей колёсных пар локомотивов от радиуса кривизны рельса Rp.
На графике 1 изображена зависимость контакта без учёта смазки. На графике
2 дана зависимость при использовании смазки доля графита, в которой,
составляет 0.98, и которая даёт значение приведенного модуля упругости
Е
п
=1,985∙10
11
Па (max), а на графике 3 – при минимально возможном
значении приведенного модуля упругости Е
п
=1,7 ∙10
11
Па (min).
Рис.4 Графики зависимости интенсивности износа бандажей колёсных пар
локомотивов от радиуса кривизны рельса Rp
Рис.5 Графики зависимости приведённого модуля упругости Е
п
от доли
графита в смазке α, и от толщины начального слоя смазки ∆:
Из графиков видна почти линейная зависимость интенсивности износа
бандажей колёсных пар локомотивов от радиуса кривизны рельса. По
11
графикам и результатам вычислений, можно сделать вывод, что при
использовании смазки, пробег увеличивается, а интенсивность износа,
соответственно, уменьшается в 1,25÷1,4 раза.
5. При взаимодействии бандажа колёсной пары с боковой поверх-
ностью головки рельса в кривых, смазка выходит на поверхность катания,
что не благоприятно сказывается на движении состава. Во избежание этого
процесса, из возможного диапазона значений ∆=(0,005÷0,1)
мм,
определена
оптимальная толщина начального слоя смазки.
На рисунке 5 представлены графики зависимости приведённого модуля
упругости Е
п
от доли графита в смазке α, и от толщины начального слоя
смазки ∆: график 1 – при ∆=0,005мм, график 2 – при ∆=0,01мм, график 3 –
при ∆=0,05мм, график 4 – при ∆=0,1мм. Из графиков видно, что чем тоньше
начальный слой смазки, тем больше приведённый модуль упругости, и тем
меньше его изменения от модуля упругости стали. Однако, чем меньше
значения приведенного модуля упругости Е
п
, тем меньше контактные
напряжения, а, следовательно, и износ.
6. Для оптимального значения толщины слоя смазки составлена
зависимость, где по оси 0Х откладываться толщина начального слоя.
Рис.6 Графики зависимости приведённого модуля упругости Е
п
от толщины
начального слоя смазки ∆.
На рисунке 6 представлены графики зависимости приведённого модуля
упругости Е
п
от толщины начального слоя смазки ∆: 1 график - при доле
графита 0.03, 2 график – при доле графита 0.5, 3 график - при доле графита
0.98. По построенным графикам, зная необходимое значение приведённого
модуля упругости соединения Е
п
, можно определить необходимый
начальный слой смазки ∆.
В четвертой главе
предложена методика экспериментальной оценки
влияния смазки на контактные напряжения модели, а также приведены
результаты экспериментальных исследований.
12
На базе существующих формул контактных напряжений для модели
«сферическое тело – плоскость», и исследований в области пластических
деформаций, выведена формула:
3
2
2
2
)
(
)
1
(
d
D
D
R
P
k
E
T
, (10)
где
где D – диаметр шарика в
приборе Бринелля
;
d – диаметр отпечатка от шарика в твердомере на испытуемом материале
при эксперименте;
µ
– коэффициент Пуассона испытуемого материала,
µ=0.5, так как
пластическая деформация больше упругой
;
Р – прилагаемая при испытании нагрузка;
R – радиус шарика твердомера;
k – коррекционный коэффициент, определяется опытным путём для
каждой нагрузки отдельно, для Р=3000кг. он равен 0,75.
Формула (10) даёт возможность, по отпечаткам шарика при
эксперименте приборе Бринелля, выявить, как меняется модуль текучести
материала, от введения в зону контакта смазки.
Аналогично выведена формула для определения максимальных
контактных напряжений:
3
2
2
2
1
138
,
0
T
b
E
R
P
, (11 )
где
µ
– коэффициент Пуассона испытуемого материала, для эксперимента на
твердомере µ=0,5;
Р – прилагаемая при испытании нагрузка;
R – радиус шарика твердомера;
Е
т
– модуль текучести материала,
а множитель 0,138 найден из расчётов.
Составлена тарировочная таблица зависимости модуля упругости и
предела прочности от диаметра отпечатка шарика прибора Бринелля,
диаметром D=10мм на испытуемом материале при нагрузке Р=3000кг.
Образцы для эксперимента были изготовлены из нескольких видов
сталей: сталь Ст60 по ГОСТу 1050-60, бандажная сталь 1-го сорта, марки III
по ГОСТ 398-71, колёсная сталь, марки II по ГОСТу 10791-89, рельсовая
сталь, по ГОСТу 18267-82.
Суть эксперимента заключается в сопоставлении отпечатков шарика
твердомера, полученных со смазкой и без неё. Для этого использовались
шесть видов смесей. Первая - смазка, используемая в депо «Узбекистан» на
рельсосмазывателе
РС-0003.
Остальные
смазки: глицерин, масло
трансформаторное, вазелин и веретенное масло.
По расчетам можно сделать вывод, что от введения в зону контакта
слоя смазки, значения «приведённого модуля текучести» Е
тп
уменьшается в
1,42÷1,49 раза, то есть Е
тп
= (0,67÷0,7)·Ет.
13
В приложении 1
подробно описан прибор, используемый при
эксперименте и последовательность выполнения. Проведена статистическая
обработка полученных данных.
В приложении 2
, на базе сделанных расчетно-экспериментальных
исследований диссертационной работы, составлен алгоритм
по оценке
сроков полезного использования бандажей колёсных пар локомотивов с
введением, в зону контакта с рельсом, смазки, и проанализирована
эффективность применения предлагаемого алгоритма.
По данным сметы расходов, технологического одела, управления по
эксплуатации локомотивов, на капитальный ремонт электровоза ВЛ80, за
июль 2007 года, стоимость замены бандажей одной секции составляет
9114240 сум.
По расчётам, сделанным в инструкции, браковочный износ бандажа
колёсной пары локомотива, без учёта внеплановых обточек, происходит, в
среднем, через 165000км пробега, и увеличивается до 200000км при
использовании смазок. экономический эффект от внедрения разработанных
технологических решений составит не менее: 9114240,24сум / 7=
1302034
сум
на одну секцию электровоза до полного износа.
Заключение
1. В работе представлена модель импульсных колебаний в зоне пятна
контакта бандажа колёсной пары локомотива и рельса, с тонким слоем
смазки, в виде системы дифференциальных уравнений. Модель представляет
собой систему трёх масс: неподресорная - от колёсной пары, отнесённая к
одному колесу, смазки и участка рельсового пути между осями укладки
шпал. Предложенная модель даёт возможность определять упругие
деформации. Представлены три варианта воздействия внешней нагрузки на
модель «колесо-смазка-рельс». Для решения системы дифференциальных
уравнений использованы метод операционного исчисления и метод
определителей. Результаты, оптимально приближенные к реальности, даёт
нагрузка с мгновенным приложением усилий.
2. Дано обоснование расчёта эквивалентов модулей упругости смазок,
как смесей жидкости с наполнителем. Ожидаемый диапазон значений,
эквивалентов модулей упругости смазок с графитом: Е
с
=(5,98 ÷44,72)∙10
9
Па
,
а смесей с песком и глиной: Е
с
=(6,9÷15,8)∙10
9
Па
. Расчёты показывают, что
чем больше твёрдого наполнителя (графита) в составе смеси, тем меньше
деформации.
3. Разработана методика экспериментальной оценки контактного
взаимодействия при введении слоя смазки между поверхностями, которая
даёт возможность выявить изменения модуля текучести испытуемых
материалов, по отпечаткам шарика при эксперименте на приборе Бринелля.
Эксперимент показал, что при введении в зону контакта смазки, отпечатки
увеличиваются в 1,12÷1,35 раза. По расчетно-экспериментальным данным,
можно сказать, что от введения в зону контакта модели шар–плоскость,
14
разных видов стали, слоя смазки, используемой в депо «Узбекистан», и
аналогичных ей, значения «приведённого модуля текучести» Е
тп
уменьшается в 1,42÷1,49 раза, то есть Е
тп
= (0,67÷0,7)·Е
т
.
4. Проведены расчётные исследования и разработана методика по
оценке закономерностей влияния смазки на контактные напряжения и
интенсивность износа поверхностей бандажей колёсных пар локомотивов
ВЛ-80 в условиях эксплуатации на ГАЖК «УзТЙ» при движении по прямым
участкам рельсового пути. Расчёты показывают, что при использовании
смазки, пробег увеличивается, а интенсивность износа, соответственно
уменьшается в 1,25÷1,4 раза.
5. Составлен алгоритм
по оценке сроков полезного использования
бандажей колёсных пар локомотивов с введением, в зону контакта с рельсом,
смазки, как на прямых, так и на кривых участках пути. В условиях
Среднеазиатского региона рассмотрен участок Ташкент – Хаваст.
Проанализирована эффективность применения предлагаемого алгоритма.
Экономический эффект от внедрения разработанных технологических
решений составит не менее 1302034сум на одну секцию электровоза до
допустимого износа бандажей по толщине.
Список опубликованных работ по теме диссертации
1.
Глущенко А.Д. Файзибаев Ш.С. Авдеева А.Н. Моделирование
динамического нагружения в поверхностных слоях колесных пар
локомотивов при соударениями с рельсами Ж-л «Проблемы механики» Т.,
«Фом». 2000г. №2
2.
Авдеева А.Н. Обоснование моделей и вывод уравнений импульсных
колебаний поверхностных слоёв материала бандажа. Аспирантлар,
стажерлар ва магистлар учун ер усти транспорт тизимлари муаммоларига
багишланган илмий-техник конференция (18-20 май 2005 й.) 73-75 стр.
3.
Авдеева А.Н. Расчёт глубины упрочнения поверхностного слоя бандажа
колёсных пар локомотивов механическим способом. Материалы
Республиканской научно – технологической конференции с участием
зарубежных учёных (14-15 декабря 2006г.) «Ресурсосберегающие
технологии на железнодорожном транспорте», посвящённые 75–летию
института 2006г. 252-254стр
4.
Авдеева А.Н. Расчётная оценка влияния слоя смазки на износ бандажей
колёсных пар локомотивов. Ж-л «Весник ТашИИТ» Т., ТашИИТ
2006г.№3/4
5.
Файзибаев Ш.С., Авдеева А.Н., Файзибаев О.Ш. Приближённая оценка
динамической прочности материала бандажа колёсных пар локомотивов.
Материалы Республиканской научно – технической конференции (12-13
мая 2006г.)
6.
Авдеева А.Н. Импульсные колебания в зоне контакта модели бандажа
колёсной пары локомотива и рельса с тонким слоем смазки. Ер усти
транспорт
тизимлари
муаммодарига
бағишланган
илмийғтехник
конференция (17-19 май 2007 й.)
15
РЕЗЮМЕ
диссертации Авдеевой Анны Николаевны
«Расчётно-экспериментальные исследования влияния смазки бандажей
колёсных пар локомотивов на интенсивность их износа»
на соискание ученой степени кандидата технических наук
по специальности 5.22.07. – подвижной состав железных дорог тяга поездов и
электрификация
Ключевые слова
: контактные напряжения, эквивалент модуля упругости,
приведённый модуль упругости, пробег, интенсивность износа, теория
контактных напряжений.
Объекты исследования
: являются колёсные пары локомотивов.
Цель работы
: является разработка методики оценки влияния слоя смазки,
между поверхностями рельсов и колес локомотива на закономерность
интенсивности износа и контактные напряжения между ними.
Методы исследования
: методы теории контактных напряжений и
колебаний, метод операционного исчисления, элементы теории вероятности.
Практическая
значимость
:
Результаты
исследования
позволяют
рассчитывать оптимальное обслуживание и интервалы ремонта, а так же
эффективное распределения расходов по ремонту подвижного состава.
Область применения
и
степень внедрения:
разработана и внедрена
методика и инструкция по контролю износа бандажей колёсных пар
локомотивов в условиях ГАЖК «Узбекистон тамир йуллари».
Экономическая эффективность
: 1302034сум на одну секцию электровоза
до допустимого износа бандажей по толщине
Научная новизна диссертации
заключается в разработке научных
подходов и практических рекомендаций по совершенствованию технологии
использования смазки бандажей колёсных пар локомотивов в условиях
Среднеазиатского региона.
1.
Разработана математическая модель импульсных колебаний в зоне
контакта модели бандажа колёсной пары локомотива и рельса,
разделённых тонким слоем смазки.
2.
Разработана методика расчёта, эквивалентов модулей упругости смазок
как смесей с твёрдыми наполнителями.
3.
Разработана методика экспериментальной оценки контактного
взаимодействия при введении слоя смазки между поверхностями.
4.
Проведены расчётные исследования и разработана методика по оценке
закономерностей влияния смазки на контактные напряжения и
интенсивность износа поверхностей бандажей колёсных пар
локомотивов ВЛ-80 в условиях эксплуатации на ГАЖК «УзТЙ».
5.
Разработаны рекомендации по оценке сроков полезного использования
бандажей колёсных пар локомотивов.
