Наукові основи вибору конструкторсько - технологічних параметрів пристроїв для зменшення зносу бандажів коліс локомотивів

Abstract

UA: Дисертаційна робота присвячена питанням вибору конструкторсько-технологічних параметрів пристроїв для зменшення зносу бандажів коліс локомотивів. Досліджена динаміка локомотивів з такими пристроями, запропоновано критерій для оцінки зносу і його аналітичний вираз із урахуванням зміни площі контакту гребеня з рейкою і “шляху тертя” точок на бандажі відносно рейки. Критерій дозволяє прогнозувати знос бандажів на стадії проектування й у процесі експлуатації локомотивів. Встановлено і ранжовано чинники, що впливають на знос бандажів. Доведено, що пристрої для радіальної установки колісних пар у кривих ефективно знижують знос гребенів, а ресорне підвішування на базі пневматичних ресор знижує прокат бандажів коліс локомотива. Основні результати роботи знайшли промислове впровадження при проектуванні нових локомотивів і дизель-поїзда.

RU: Диссертационная работа посвящена вопросам выбора конструкторско-технологических параметров устройств для уменьшения износа бандажей колес локомотивов. Научные исследования в области увеличения износостойкости бандажей колес локомотивов направлены, в основном, на снижение фрикционного износа как следствия силового взаимодействия колеса и рельса. Здесь исследован комплекс причин конструкторско-технологического плана, определяющий полный набор составляющих вектора силового взаимодействия колеса с рельсом. Созданы научные основы выбора конструктивных параметров и технологических факторов, определяющих прогнозируемое снижение износа бандажей колес, суть которых состоит в представлении силового взаимодействия пары “колесо-рельс” в виде функции вектора параметров элементов и устройств экипажей локомотивов, существенно влияющих на их динамику, таких как тяговые приводы, узлы связи рам тележек с кузовом и колесными парами, а также устройства для радиальной установки колесных пар в кривых. В качестве показателя для оценки интенсивности износа бандажей колес локомотивов предложен критерий “прогноз – износ” и получена его аналитическая зависимость, в которой учтены изменения площадки контакта гребня с рельсом и “путь трения” точек на гребне по рельсу. Созданы математические модели, адекватно отражающие влияние на процесс износа бандажей колес конструктивных параметров и технологических факторов упомянутых узлов локомотивов, а также программно-алгоритмический комплекс для компьютерного моделирования. В моделях детально представлены физические явления в контактах бандажей с рельсами, а также силы тяги и сопротивления. Установлены и разделены на две группы факторы, влияющие на износ бандажей колес. Основная группа – это нагрузки на контактах, площади пятен контактов, коэффициенты трения, углы набегания гребней, “пути трения”, скорости точек на колесах относительно рельсов, а также износостойкость бандажной стали. Основные факторы зависят от определяющих, среди которых отметим следующие: кривизна рельсового пути, неровности на рельсах, ширина колеи, диаметр колес, начальные перекосы колесных пар относительно рам тележек, величина коничности бандажей, устройства для радиальной установки колесных пар в кривых, статический прогиб рессорного подвешивания, жесткость связей тележки с кузовом и колесными парами, тип привода колес, определяющий величину необрессоренной массы, скорость движения, непогашенное ускорение при движении по кривым, режимы движения и др. Установлено, что влияние на износ бандажей колес параметров, относящихся к основной группе, можно существенно уменьшить посредством применения на локомотивах устройств для радиальной установки колесных пар в кривых в совокупности с лубрикацией контактов гребня с рельсом и при соблюдении заданных допусков на величины перекосов колесных пар в рамах тележек в плане, а также применением сбалансированного пневматического рессорного подвешивания с большим статическим прогибом. Полученные результаты исследований имеют практическое значение, заключающееся в универсальности разработанного программно-алгоритмического комплекса, позволяющего на стадии проектирования оценивать устройства и разрабатывать мероприятия по снижению износа бандажей колес для всех видов магистральных, маневровых и промышленных локомотивов. Полученные в работе результаты и выводы реализованы в процессе проектирования тепловозов и дизель-поезда: 2ТЭ116, ТГМ 3Б, 2ТЭ121, 2ТЭ126, 2ТЭ136, ДПЛ1. Здесь использовались: пневматическое рессорное подвешивание локомотива, увеличивающее ресурс бандажей по прокату; устройства для соединения кузова со сцепной и бегунковой тележками, повышающие ресурс бандажей по износу гребней колес; упругая подвеска тяговых электродвигателей, понижающая износ гребней и прокат колес; устройство для радиальной установки колесных пар в кривых участках пути, обеспечивающее уменьшение износа гребней бандажей колес. Результаты работы используются также в учебном процессе в новых разделах лекционных курсов по динамике рельсового подвижного состава и в научно-исследовательской работе кафедре “Электрический транспорт и тепловозостроение” НТУ “ХПИ”.

EN: Thesis is devoted to the problems of the choice of design-engineering parameters of devices for reduction of a locomotive of sprockets wear. The dynamics of locomotives with such devices is investigated. The criterion and its analytical expression is offered in view to the change of a contact area of a crest with a rail and “paths of friction” of points on a crest in relation to a rail. The criterion allows to forecast a wear of bindings at a stage of projection and while in performance of locomotives. Factors are established and arranged influencing the wear of bindings. It is shown, what effectively reduces a wear of crests of the device for radial installation of wheel pairs in curves and spring suspension on the basis of pneumatic springs reduces roll stock of bindings of sprockets of the locomotive. The basic results of research have found industrial application at designing of new locomotives and diesel - train.