Удосконалення методів оцінки працездатності буксових вузлів вантажних вагонів

Abstract

UA: Дисертація присвячена удосконаленню методів оцінки працездатності буксових вузлів вантажних вагонів. З цією метою в роботі проведено морфологічний аналіз конструкцій буксових вузлів вагонів. Сформовано модель для визначення безвідмовності буксових підшипникових вузлів, в якій відмова буксового вузла розглядається як викид процесу навантаження за межі простору якості. Розроблено 3D модель буксового підшипникового вузла вантажного вагона відкритого типу, що враховує не тільки внутрішню геометрію підшипника, а й особливості передачі навантаження. Виконано дослідження напружено-деформованого стану елементів буксового вузла та визначено межі простору якості. У дисертаційній роботі виконано експериментальне дослідження динамічних якостей піввагонів, обладнаних буксовими вузлами з різними типами підшипників. Отримано залежності зміни коефіцієнта вертикальної динаміки. Доведено, що зазначені процеси є стаціонарними, ергодичними і описуються нормальним законом розподілу. Визначено основні параметри, що характеризують ці закони в залежності від швидкості руху, режиму експлуатації та ділянки шляху. Проведено порівняльні експлуатаційні випробувань вагонів, обладнаних дворядні конічним підшипниками касетного типу в дослідному маршруті і в реальній експлуатації на мережі залізниць України. За результатами випробувань визначені показники безвідмовності і довговічності буксових вузлів. Результати дисертаційної роботи впроваджені в Головному управлінні вагонного господарства залізничного транспорту України, у ПАТ "Крюківський вагонобудівний завод", у навчальний процес Української державної академії залізничного транспорту. RU: Диссертация посвящена совершенствованию методов оценки работоспособности буксовых узлов грузовых вагонов. Проведен морфологический анализ конструкций буксовых узлов вагонов. Показано, что конструктивная схема буксового узла с двумя цилиндрическими подшипниками имеет принципиальные недостатки. Доказано, что наиболее рациональным вариантом является использование в буксах двухрядных конических подшипников, воспринимающих качением радиальные и осевые силы. При расчетах на прочность и надежность элементов буксовых узлов используются упрощенные схемы, не учитывающие ряд действующих факторов. Сформирована модель для определения показателей безотказности буксовых подшипниковых узлов, в которой отказ буксового узла рассматривается как выброс процесса нагружения за пределы пространства качества. При этом предполагается, что процесс нагружения имеет стохастический характер. Согласно предложенной процедуре на первом этапе с использованием методов механики твердого тела определяются параметры, характеризующие качество системы. После этого определяются вероятностные характеристики параметров, определяющие поведение системы при случайных нагрузках и отыскивается допустимая область, в которой параметры качества должны сохраняться в установленных пределах. Разработана 3D модель буксового подшипникового узла грузового вагона открытого типа, учитывающая не только внутреннюю геометриюпідшипника, но и особенности передачи нагрузки. Проведено исследование напряженно-деформированного состояния элементов буксового узла. С целью определения границ пространства качества установлены величина и место локализации максимальных контактных напряжений в зоне контакта тел и дорожек качения двухрядных конических подшипников. Определены зависимости максимальных контактных напряжений от внешней нагрузки. В ходе ходовых динамических испытаний выполнено экспериментальное исследование динамических качеств полувагонов, оборудованных буксовыми узлами с различными типами подшипников, на полигоне Новомосковск-Баловка Приднепровской железной дороги. Установлено, что вагоны, оборудованные опытными коническими подшипниками, удовлетворяют требованиям нормативных документов по динамическим качествам при скоростях движения до 33,3 м/с (120 км/час). Оборудование подвижного состава коническими подшипниками не ухудшает динамические качества вагонов. Получены зависимости изменения коэффициента вертикальной динамики для необрессоренных масс тележки и установлено, что они представляют собой случайный процесс. Показано, что указанные процессы являются стационарными, эргодическими и описываются нормальным законом распределения. Определены основные параметры, характеризующие эти законы в зависимости от скорости движения, режима эксплуатации и участка пути. Выполнен расчет корреляционных функций для каждой реализации случайного процесса. Проведены сравнительные эксплуатационные испытания вагонов, оборудованных двурядными коническим подшипниками кассетного типа в опытном маршруте Укрзалізниці Роковатая-Ужгород и в реальной эксплуатации на сети железных дорог Украины. Во время проведения расширенных эксплуатационных испытаний не зафиксированы случаи отказов буксовых узлов с двухрядными коническими подшипниками, которые бы вызвали недопустимый нагрев букс и отцепку вагона от поезда. По результатам испытаний определены показатели безотказности и долговечности буксовых узлов. Определен экономический эффект использования в буксах вагонов подшипников повышенной надежности. Результаты диссертационной работы внедрены в Главном управлении вагонного хозяйства Государственной администрации железнодорожного транспорта Украины, в ПАО "Крюковский вагоностроительный завод", в учебный процесс Украинской государственной академии железнодорожного транспорта. EN: The dissertation is devoted to improving methods for assessing the ability of employers axle boxes of freight cars. Conducted morphological analysis of structures axle boxes of cars. It is shown that the constructive scheme of axle boxes with two cylindrical bearings has fundamental shortcomings. It is proved, that the most rational option is to use the axle boxes double-row tapered roller bearings, which include rolling radial and axial forces. A model for determining the reliability of bearing axle assemblies, axle-box in which the refusal is considered as the site release process of loading beyond the quality of the space. The process of loading is stochastic in nature. Developed a 3D model of the axle-box bearing an open freight car, which takes into account not only the internal features of the geometry, and load transfer characteristics. The study of stress- strained state of axle-box unit and defined the boundaries of space quality. Experimental studies of the dynamic properties of gondola cars equipped with axle units with different types of bearings at the site Novomoskovsk-Balovka Dnieper railway. The dependences of the coefficient of vertical dynamics for trucks and found that they represent a random process. It is proved that these processes are stationary, argotic and described by a normal distribution law. The main parameters that characterize these laws, depending of the speed, operation mode and the stretch of track. Comparative field tests of freight cars which equipped tapered roller units pilot route UkrzaliznytsyaRokovata-Uzhgorod in the real operation of the railway network in Ukraine. According to test results determined for the reliability and durability of the axle boxes.