автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Исследование эффективности применения лубрикации гребней колесных пар подвижного состава

На правах рукописи

ЦИХАЛЕВСКИЙ . ,! Игорь Станиславович

1 'П >

■ : - ^ 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛУБРИКАЦИИ ГРЕБНЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1998 :

Работа выполнена в Уральской государственной академии путей сообщения

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Буйносов Александр Петрович Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор

Смольтшнов Александр Васильевич ' - кандидат технических наук Зыков Юрий Валентинович Ведущее предприятие - Свердловская железная дорога. Защита состоится " /% " А.я 1998 г. в час. мин.

на заседании Диссертационного совета К 114.11.01 в Уральской государственной академии путей сообщения по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, ауд. 283.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " " ¿/¿г _ 1998 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета академии.

Учёный секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор.

В.Е. Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Боковой износ рельсов и гребней колёсных пар подвижного состава стали на Свердловской железной дороге чрезвычайной проблемой, угрожающей безопасности движения поездов и вызывающей колоссальные расходы. Острота этой проблемы растёт по мере снижения срока службы рельсов, бандажей колёсных пар локомотивов и цельнокатаных колёс вагонов. Так, только в 1997 году на Свердловской ж.д. было допущено 1,23 случая захода на неплановый ремонт на 1 млн. км пробега локомотивов из-за неисправности колёсных пар (предельный износ гребней) для обточки колёс или их смены. Интенсивность износа рельсов и колёс подвижного состава зависит от многих факторов. Изучение влияния отдельных факторов на интенсивность износа колёс и рельсов не привело к успеху. Поэтому возникла необходимость выполнить исследования, направленные на снижение износа гребней колёсных пар подвижного состава.

Целью работы является научно - технический анализ снижения износа гребней колёсных пар и рельсов, работающих в определённых условиях эксплуатации на Свердловской ж.д., за счёт применения различных систем луб-рикации и разработка рекомендаций по их использованию.

Для этого необходимо:

1) разработать математическую модель на основе методов теории вероятностей и математической статистики, позволяющую исследовать влияние различных факторов на интенсивность износа гребней колёсных пар локомотивов;

2) провести исследования на опытном участке для уточнения причин износа гребней колёс, связанных с особенностями конструкции локомотивов, нормами их технического обслуживания и ремонта (колёсные пары, тележки, узлы соединения кузова с тележками), наличия термообработки, её качества;

3) для проверки эффективности применения лубрикации разработать комплексный переносной портативный электронный прибор, предназначенный для измерения проката, толщины и параметра крутизны гребня колёсных пар локомотивов непосредственно на подвижном составе, без выкатки колёсных пар, что обеспечивает высокую точность и оперативность контроля;

4) на базе математической модели разработать программное обеспечение для ПЭВМ, позволяющее производить ввод значений контролируемых параметров через последовательный порт от комплексного переносного электронного прибора, прогнозировать сроки обточки и смены бандажей колёс-

ных пар, осуществлять паспортизацию технических параметров индивидуально для каждого локомотива;

5) провести сравнительный анализ изнашивания гребней бандажей колёсных пар локомотивов для конкретных условий эксплуатации, чтобы определить эффективность различных систем лубрикации, исходя из критерия реализации максимального ресурса колёсных пар до обточки;

6) изучить влияние лубрикации на тяговые свойства электровозов;

7) оценить надёжность работы системы гребнесмазывания "Тракмас-тер" в условиях эксплуатации на Свердловской железной дороге;

8) провести стендовые и экспериментальные исследования для определения наиболее эффективных конструктивных технологических решений нанесения ТС НИОД на гребни колёсных пар подвижного состава;

9) оценить экономическую эффективность повышения ресурса бандажей колёсных пар локомотивов от внедрения различных систем лубрикации.

Методика исследований. В работе использована разработанная математическая модель на основе методов теории вероятности и математической статистики, позволяющая исследовать влияние различных факторов на интенсивность износа гребней колёсных пар локомотивов.

Исследования проведены на основании изучения процессов изнашивания бандажей колёсных пар электровозов ВЛ11 и ВЛ1 Iм, приписанных к локомотивным депо Свердловск - Сортировочный, Пермь - Сортировочная, Смычка; ЧС2, ЧС7, электропоездов ЭР1, ЭР2 и ЭТ2, тепловозов ТЭМ2, приписанных к локомотивному депо Свердловск - Пассажирский; тепловозов 2ТЭ116, приписанных к локомотивному депо Егоршино.

Научная новизна. К основным научным результатам, полученным в работе, относятся:

- математическая модель на основе методов теории вероятности и математической статистики, позволяющая исследовать влияние различных факторов на интенсивность износа гребней колёсных пар локомотивов;

- комплексный переносной портативный электронный прибор (КИП -01) с программным обеспечением для ПЭВМ;

- методика проведения сравнительного анализа изнашивания гребней колёсных пар локомотивов для определения эффективности различных систем лубрикации, исходя из критерия реализации максимального ресурса колёсных пар до обточки;

- изучение влияния лубрикации на тяговые свойства электровоза ВЛ11 на основе проведённых испытаний с динамометрическим вагоном;

- оценка надёжности работы системы гребнесмазывания "Тракмастер" в условиях эксплуатации на Свердловской железной дороге;

- стендовые и экспериментальные исследования для определения наиболее эффективных конструктивно - технологических решений нанесения ТС НИОД на гребни колёсных пар подвижного состава.

Практическая ценность и реализация работы. Материалы диссертации являются частью научно - исследовательских работ УрГАПС по разработке методов снижения интенсивного износа гребней колёсных пар локомотивов. Результаты исследования и практические предложения внедрены в локомотивных депо Свердловской железной дороги. Разработанный прибор КИП-01 с программным обеспечением внедрён в локомотивных депо Свердловск -Пассажирский и Сургут. Суммарный годовой экономический эффект на Свердловской ж.д. от внедрения различных систем лубрикации составил более 8 млн. руб (в ценах на 01.01.98 г.), экономия электроэнергии - около 11%.

Апробация работы. Результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на IX Международной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта - Динамика, надежность и безопасность подвижного состава"(1996 г., Днепропетровск); II Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (1996 г., Москва ); VI Международной научно-технической конференции "Проблемы развития локомотивостроения" (1996 г., Москва); юбилейной научно - технической конференции "Фундаментальные прикладные исследования - транспорту" (1996 г., Екатеринбург); II Международной научно - технической конференции "Износостойкость машин" (1996 г., Брянск); II Международной научно - технической конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава" (1997 г., Новочеркасск); научно - технической конференции, посвященной 65 - летаю университета "Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири" (1997 г., Новосибирск); научно - практической конференции "Современные проблемы хозяйствования на железнодорожном транспорте" (1998 г., Челябинск), а также на конференции "Молодые учёные - транспорту" (1998 г., Екатеринбург), международной научно-технической конференции "Железнодорожный транспорт сегодня и завтра"(1998 г., Екатеринбург), на заседаниях кафедры "Электрическая тяга" УрГАПС (1997, 1998 гг.).

Иубликации. По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, 5 отчётов по научно - исследовательским работам.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников, включающего 161 наименование, и двух приложений. Основная часть работы содержит 111 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 34 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы диссертации, поставлены цель и задачи исследования. '

В первой главе выполнен обзор и анализ литературных источников по повышению ресурса бандажей колёсных пар и уменьшению интенсивности износа гребней бандажей колёсных пар локомотивов, раскрыта актуальность проблемы, новизна и практическая ценность, приведены результаты исследований износа гребней на опытном участке Свердловск - Шаля.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями износа бандажей колёсных пар локомотивов и способам повышения их долговечности посвящены работы отечественных и зарубежных учёных: С.М. Андриевского, C.B. Алёхина, А.П. Буйносова, В.М. Богданова, Ю.А. Бабич, Н.Ф. Блидченко,

A.A. Воробьева, М.Ф. Всриго, A.B. Горского, М.П. Гребенюка, А.Т. Голова-того, A.JI. Голубенко, Т.К. Голутвиной, К.И. Домбровского, В.П. Девяткина,

B.И. Доронина, В.Д. Дановича, Ю.В. Зыкова, И.П. Исаева, В.Н. Иванова, А.И. Комарова, Н.И. Карпущенко, А.Я. Когана, Л.С. Краева, А.П. Костюка, В.А. Кислика, А.И. Карамзина, Н.Г. Кабенина, С.М. Куценко, Д.А. Курасова, A.A. Калмыкова, A.C. Лисовского, Т.В. Ларина, А.Л. Лисицына, Ю.Н. Ликратова, М.М. Машнёва, Н.Ф. Медведева, H.H. Мсншутина, B.C. Наговицына, В.И. Наумова, O.A. Некрасова, Б.Д. Никифорова, H.A. Панькина, А.Н. Савоськина, В.В. Савченко, А.И. Скачкова, A.B. Смольянинова, В.Н. Шестакова, Л.М. Школьника, Н.П. Щапова, С. Мюллера, С. Ромена, Д. Калкера, Дж. Крамера и других авторов.

Разделить причины износа не представляется возможным, так как преобладающее значение той или иной в их сумме всё время меняется. Следовательно, только постоянное наблюдение и анализ состояния локомотивов и пути помогает установить причины и уменьшить их влияние. Надо решать вопросы методически, ликвидируя допущенные ранее ошибки. Проведённые исследования ВНИИЖТом поверхности изношенных гребней колёс и рельсов на наиболее неблагоприятных участках сети показали, что мы столкнулись с

качественно новым явлением - переходом от .упругопластических деформаций металла контактирующих поверхностей к их "схватыванию", с возникновением процесса микрорезания.

Основным средством предотвращения микрорезапия является смазывание контактирующих поверхностей. При этом применяемый смазочный материал должен выдерживать без разрушения предельно возможные в зоне контакта нагрузки. Технически возможны два принципиально отличных способа лубрикации гребней колёс: нанесение смазочного материала на боковую поверхность головки рельса с помощью специального передвижного устройства и нанесение смазочного материала на гребни колёс подвижного состава. Лубрикатор (лат. слово) - делать скользким, гладким; прибор для смазки под давлением трущихся частей машин. Мировой опыт показывает целесообразность одновременного комплексного применения различных систем лубрикации рельсов и гребней колёс. В конечном итоге это позволяет в более короткие сроки снизить износ и колеса, и рельса, минимизировать расход смазочных материалов и получить наибольшую экономию топливо - энергетических ресурсов.

Во второй главе приведены результаты исследования снижения износа колёсных пар за счёт применения системы гребнесмазывания "Тракмастер".

Для определения интенсивности изнашивания бандажей колёсных пар локомотивов, с применением и без применения бортовых гребнесмазывате-лей системы "Тракмастер", в локомотивных депо Свердловск - Пассажирский, Свердловск - Сортировочный, Смычка, Егоршино Свердловской ж.д. был проведён сравнительный анализ изнашивания бандажей колёсных пар локомотивов. Исходные статистические данные были собраны по результатам измерения контролируемых параметров бандажей колёсных пар грузовых электровозов ВЛ11, ВЛ1 Iм, тепловозов 2ТЭ116 и ТЭМ2 в течение 1996 - 1997 годов. Измерения контролируемых параметров бандажей осуществлялись с помощью комбинированного шаблона и разработанного прибора КИП - 01.

Коэффициенты аналитических зависимостей среднего значения и сред-неквадратического отклонения контролируемого параметра от пробега рассчитывались методом "наименьших квадратов". Значения всех коэффициентов корреляции получены близкими к 1, что свидетельствует об адекватности линейной аппроксимации, т.е. о достаточно тесной линейной связи контролируемых параметров с величиной пробега Ь в локомотивных депо Свердловской железной дороги. На основании полученных зависимостей Мх(1.) и

<Х,(Ь) прогнозировался процесс изнашивания, построены кривые плотности распределения, определён ресурс бандажей колёсных пар до обточки. Для износа гребня вероятность отказа при заданном пробеге

рщ = \!42я \(ИахЩ)-е Л. (1)

По формуле (1) построены зависимости Р(Ь), по которым определён у%-ый ресурс бандажей, т.е. такой пробег, которому соответствует' вероятность безотказной работы у или вероятность отказа Р = 1 - у при у = 90 %. На рис. 1 показаны результаты выполненных расчётов.

Ресурс колёсных пар электровозов ВЛ11, тепловозов 2ТЭ116, ТЭМ2

180 -160 -140 -120 100 80 Н 60 40 20 -0

165,6

136,8

52,8

32,5

.. —; и ■

ЧЛЙЪ-

41,9

50,5

28 мес

10 мес

ТЧ-1 (ШШ)

ТЧ-5 (ВЛ11)

ТЧ-13 (2ТЭ116)

ТЧ-6 (ТЭМ2)

□ Без гребнесмазывагелей И С гребнесмазывателями

Рис.1.

Рассмотрение эффективности применения гребнесмазывателей системы "Тракмастер" было выполнено при изучении одной (одномерной) случайной величины - износа гребня колёсной пары (У) при фиксированном значении пробега. Более естественной моделью при изучении процесса износа колёсных пар является двумерная случайная величина (двумерный случайный вектор) (X, Ь), где X - величина износа гребня, а Ь - величина пробега. Теоретически и практически оправданной моделью двумерного распределения, наблюдаемого, по крайней мере с некоторым приближением, во многих случаях является двумерное нормальное распределение, возникновение которого можно объяснить на основе теорем теории вероятностей. Тогда плотность распределения задаётся следующим выражением:

XI

0,1)=

1ж

•Л-л

хь

где

е0,£)=-

1-Д

хь

-2В.

Х-ух Г-У1

ХЬ

'X

JX

(2)

(3)

Здесь точка (уд-, у^) представляет центр распределения двумерной случайной величины (X, Ь), сгу, о*/, Дщ - среднеквадратические отклонения и коэффициент корреляции этих величин (элементы матрицы ковариации).

В нашем случае плотность двумерного нормального закона распределения задаётся формулой

А хнорм' ^норм ]

2я--л 1-й

ХЬ

2-НО

.(х2 -2.

^'хнорм' ^норм + ^норм]

.(4)

где хнорм - нормированная величина для случайной величины износа гребня X;

¿норм - нормированная величина для случайной величины пробега Ь.

Норм!

(5)

Ь.-у,

НОрМ1

где х, и Ь,-\- ое значение величины износа гребня колеса и пробега соответственн о.

*■ = У*{-! + %),

(6)

Ь. = V, +3-сгт

-1+-

(7)

На рис. 2 показаны плотности распределения износа гребней бандажей колёсных пар до и после применения гребнесмазывателей системы "Тракмас-тер" и пробега тепловозов 2ТЭ116, приписанных к локомотивному депо Егоршино Свердловской ж.д. Для других рассматриваемых депо и серий локомотивов полученные плотности распределения носят аналогичный характер, поэтому они в автореферате не приведены.

ь

Заметим, что плотность нормального распределения сохраняет постоянное значение на эллипсах

.2 „ » _ , . г2

х~ -2-Я -х -Ь I = Л2,

норм XI норм норм норм)

(9)

где А, - постоянное; на этом основании эллипсы (9) носят название эллипсов равных вероятностей.

Плотность распределения износа гребней колёсных пар и пробега тепловозов Без гребнесштватемй С гребйесмазыеатедяш

Рис.2.

Задавая различные значения, в сечении соответствующими плоскостями получены эллипсы различных размеров и с одинаковой ориентировкой их главных осей, составляющих некоторый угол с осями координат. Коэффициент корреляции для рассматриваемых депо получен близким к 1, т.е. величина износа гребня X и пробег Ь имеют между собой прямолинейную связь и эллипсы равных вероятностей идентичны для этих депо. На рис. 3 показаны эллипсы равных вероятностей для локомотивного депо Егортпипо с коэффициентом корреляции Т1хь = 0,85. Найдена также вероятность попадания точки (х,№ Ьзад) В прямоугольник Р1 <Р <Р2, Щ <Ц я2рг ■

р = -

20 дх 0

(10)

где

р,

р2=р1 +20;

(И)

хзад и Ь3ад - заданные значения величины износа гребня колеса и пробега соответственно;

V - шаг по пробегу. Вместо верхнего предела оо в интеграле (10) при расчётах выбираем 20ст, так как плотность вероятности при этом близка к 0 и можно считать с большой точностью, что данная замена предела интегрирования справедлива. В безразмерных единицах это соответствует пределу интегрирования 20. В качестве примера на рис. 4 представлены вероятности выхода износа гребня за среднюю величину для локомотивного депо Егоршино при различных пробегах тепловозов 2ТЭ116. При пробеге 25 тыс. км вероятность выхода износа за величину 1 мм для тепловозов, не оборудованных гребнесмазывате-лями системы "Тракмастер", равна 1, а тепловозов, оборудованных гребнес-мазыватслями системы "Тракмастер" - всего 0,5.

Эллипсы равных вероятностей величины износа гребня и пробега тепловозов

С гребнесмазыеателямц

-2

О

2

-2

0

2

Рис. 3.

На рис. 5 и 6 показаны распределения вероятностей выхода износа за определённую величину при заданных пробегах тепловозов, оборудованных и не оборудованных гребнесмазывателями системы "Тракмастер".

Так, на рис. 5, для вероятности 0,5 износ гребня вышел за величину от 0,65 мм до 1,15 мм при пробегах от 10 до 20 тыс. км тепловозов 2ТЭ116 в локомотивном депо Егоршино не оборудованных гребнесмазывателями системы "Тракмастер", а на рис. 6 при той же вероятности и тех же пробегах износ гребня составил от 0,5 мм до 0,85 мм тепловозов 2ТЭ116.

В локомотивном депо Смычка для электровозов ВЛ11, без гребнесма-зывателей системы "Тракмастер", износ составил от 1,7 мм до 2,9 мм, с гребнесмазывателями системы "Тракмастер" от 1,6 мм до 2,4 мм.

Вероятность выхода износа гребня за величину 1 мм при различных пробегах

о. й> сс

1

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ОД 0

н-М :-: - 1 '■ а

-4

а

/

10

15

20

25

30

40

50

60

Пробег, тыс. км -х-без ЮГС -О-сКЛС

Рис. 4.

Распределение вероятностей выхода износа за определённую величину при заданных пробегах тепловозов

Рис. 5.

В локомотивном депо Свердловск - Сортировочный для электровозов ВЛ11, без гребнесмазывателей системы "Тракмастер", износ составил от 1,6 мм до 2,4 мм, с гребнесмазывателями системы "Тракмастер" от 1,3 мм до 1,8 мм.

Распределение вероятностей выхода износа за определённую величину при заданных пробегах тепловозов

Износ, мм

—•— Пробег 10 тыс. км -■— Пробег 15 тыс. км Пробег 20 тыс. км

Рис. 6.

Выполненные расчёты позволяют сделать вывод о том, что применение гребнесмазывателей системы "Тракмастер" позволяет уменьшить износ гребней колёсных пар и увеличить их ресурс до обточки. Однако, наблюдается разброс результатов эффективности применения системы гребнесмазывания "Тракмастер" (от 13 до 180 %), что объясняется различным уровнем надёжности лубрикаторов, общим снижением технологической и исполнительской дисциплины в депо. Возникает задача проанализировать работоспособность гребнесмазывателя в целом и его отдельных узлов.

По данным об отказах рассчитаны показатели надёжности узлов и системы гребнесмазывания "Тракмастер" в целом, приведенные на рис. 7 и 8. В начальный период эксплуатации гребнесмазывателя (от ремонта до 16,6 тыс. км) наблюдается большое количество отказов (до 8) во всех депо из-за засорения форсунки, трубопроводов, неисправности насоса.

Суммарное количество таких отказов составляет 18 или 58 % от общего количества отказов системы гребнесмазывателя "Тракмастер". Испытания, проведённые в локомотивном депо Егоршино, показали, что смазка "ПУМА" плохо совмещается с гребнесмазывателем КЛС. Лубрикатор имеет очистной

гофрированный фильф большой пропускной способности с величиной ячеек 250 мк, и пастообразная смесь "ПУМА" довольно быстро забивает его. В результате фильтрует не сам фильтр, а плотный осадок дисульфида молибдена.

Распределение в процентах количества отказов узлов системы гребнесмазываиия "Тракмастер" 13 %

13%

16%

58%

□ Засорение форсунки и трубопроводов, неисправность насоса

□ Неисправность интерфейса Н Отказ контроллера

И Неисправность электронной системы

Рис. 7.

Количество отказов по узлам системы гребнесмазываиия "Тракмастер" от пробега

7 6

5 ■ 4 ■ 3 ■

г -1 ■ о

О.

интервалы пробега, 1 - от 0 до 16,6 тыс. км,

2 - от 16,6 до 33,2 тыс. км

3 - от 33,2 до 49,8 тыс. км

4 - от 49,8 до 66,4 тыс. км

5 - от 66,4 до 83,0 тыс. км

Рис. 8.

Р

О 1 узел

□ 2 узел H 3 узел

□ 4 узел

На входе фильтра давление повышается, а на выходе - снижается, смазка не поступает, давление падает ниже рабочего, форсунки не работают и

лубрикатор периодически выходит из строя. При проведении ТО-2 и ТО-3 приходится разбирать, чистить фильтр или заменять его. На основании выполненных испытаний можно сделать вывод о принципиальной несовместимости пастообразных, как смазка "ПУМА", смазывающих материалов для лубрикатора КЛС. Выход возможен по двум направлениям:

1) измельчить Мо82 до более мелких частиц, в технологический цепочке производства смазки поставить фильтры с такими же характеристиками, как в лубрикаторе КЛС;

2) использовать смазку "СПЛ".

Надёжность системы гребнесмазывания "Тракмастер" оценивается как удовлетворительная. Средний удельный расход электроэнергии при применении лубрикатора КЛС уменьшился на 16,9 % (с 18,197 до 15,564 кВтч/1000 ткм брутто). Недостатки - многочисленные повреждения зимой от льда и снега низко расположенных форсунок и шлангов, плохой доступ к форсункам при техобслуживании и ремонте.

В третьей главе проведены исследования влияния системы гребнесмазывания "Тракмастер" на тяговые свойства электровоза.

На рис. 9 и 10 представлены результаты испытаний электровоза ВЛ1 Iм, приписанного к локомотивному депо Смычка, оборудованного системой гребнесмазывания "Тракмастер" с динамометрическим вагоном, имеющим специальное оборудование и приборы, которыми производили измерение всех необходимых величин, характеризующих тяговые свойства электровоза, скорость движения, времена хода по каждому перегону, токи и напряжение, расход электрической энергии и другие. Опытный участок для обращения электровоза с включенной и выключенной системой гребнесмазывания Го-роблагодатская - Качканар (в июле 1997 года), Смычка - Свердловск - Сортировочный (в ноябре 1997 года).

Проведённые испытания позволили выявить, что: наличие КЛС не влияет на величину тормозного пути состава, коэффициент сцепления и максимальная сила тяги остаются неизменными в прямых участках пути, тогда * как в кривых участках пути - уменьшаются на 8 - 10 %. На кривых осциллограмм просматривается идентичность форм токов при переходах локомотива с одного соединения на другое с использованием гребнесмазывателя и без него. Величина всплесков токов и их продолжительность фактически остаются без изменения. Это позволяет предположить, что применение гребнесмазывателя не сказывается на переходных характеристиках локомотива.

Результаты экспериментального определения коэффициента сцепления в кривых радиусом 500 метров

0,4 т

те

5 0.35

о

5 0,3 --

1; о,1 --е- . ' .

3 0,05 - - • : ..••■•

" О -1-1-1-1-1-1

25 30 35 40 45 50 55

Скорость, км/ч

*"гэ— Коэффициент сцепления без КТ.В * Коэффициент сцепления с КЬ8

Рис. 9.

Результаты экспериментального определения силы тяги от скорости движения в кривых радиусом 500 м

а о

Скорость, км/ч

•Без KLS

-С KLS

Рис 10.

В четвёртой главе проведены исследования снижения износа 1ребней колёсных пар за счёт применения АРС-Эл и ТС НИОД.

АРС-Эл, конструкция которого выполнена ВНИИЖТом и локомотивным депо Пермь - Сортировочная, предназначен для нанесения специального пастообразного покрытия марки PII (ТУ 32 ЦТ 2133 - 89) на внутреннюю боковую поверхность головки рельса железнодорожного пути. Транспортным средством АРС-Эл служит электровоз ВЛ22М. Основным конструктивным

элементом для нанесения смазки на боковую поверхность головки рельса является лыжа (всего их - четыре). Каждая лыжа имеет индивидуальное управление, в процессе нанесения смазки должна находиться только одна лыжа. Смазывание производится, как правило, в кривых участках пути.

Для проверки эффективности работы автоматического рельсосмазыва-теля (АРС - Эл) в течение 1995 - 1997 годов велись наблюдения за работой колёсных пар электровозов ВЛ11 на участках, где велась лубрикация и без неё. Ресурс бандажей колёсных пар электровозов ВЛ11 при применении автоматического рельсосмазывателя (АРС - Эл) системы ВНИИЖТ в локомотивном депо Пермь - Сортировочная до обточки увеличился на 13 % (с 33,7 до 38,0 тыс.км). Применение рельсосмазывателя положительно сказывается на расходе электроэнергии на тяге поездов: если до пуска результат по расходу электроэнергии был отрицательным, т.е. ежемесячно был перерасход на 4 %, то сейчас экономия составляет 3,5 %.

Самосмазывающие материалы прочно вошли в современную технику и широко применяются в узлах трения машин и приборов. Это новый класс материалов для узлов трения, обладающих способностью создавать на поверхности контртела ориентированные пленки, имеющие малую прочность на срез в поверхностном слое и выдерживающие большое число циклов без разрушения. В процессе трения эта пленка непрерывно создается и поддерживается, а возникающие деформации локализуются в тонком поверхностном слое. С 1995 года в локомотивном депо Свердловск - Пассажирский Свердловской ж.д. кафедрой "Электрическая тяга" УрГАПС в сотрудничестве с фирмой "Урал-Тест" и работниками депо проводятся работы по обработке гребней бандажей колёсных пар пассажирских электровозов серии ЧС2 и ЧС7, электропоездов ЭР1, ЭР2 и ЭТ2. Для этого используются угольные стержни с наполнителем из состава самосмазывающего материала типа НИ-ОД.

Под воздействием "стержня" па гребень бандажа, НИОД внедряется в структуру металла, упрочняя его и "залечивая" поверхностные дефекты после обточки. В результате обработки на начальном этапе на поверхности гребня бандажа образуется керамическое покрытие, которое резко снижает коэффициент трения гребня бандажа и рельса. В процессе эксплуатации под действием высоких давлений, возникающих между колесом и рельсом, состав НИОД диффундирует в структуру металла, в результате чего изменяется кристаллическая решётка и уменьшается износ гребня.

Учитывая результаты проведенных исследований в 1995 году на катковой станции УрГАПС, эксплуатационных наблюдений, в 1996 году была изменена технология обработки ТС 1ШОД гребней колёсных пар подвижного состава, увеличена длина угольного стакана до 120 мм, что привело к существенному увеличению ресурса колёс до обточки. На основании полученных числовых характеристик и коэффициентов уравнений регрессии был определен прогнозируемый ресурс до обточки бандажей колесных пар электроподвижного состава. Как видно на рис. 11, применение НИОД для обработки гребней колёсных нар электроподвижного состава позволило увеличить ресурс бандажей (колёс) до обточки от 1,5 до 2,4 раз, причём, чем толще бандаж, тем эффективнее обработка гребней ТС НИОД.

Ресурс бандажей колёсных пар до обточки

ЧС2 ЧС2 ЧС2 ЧС2 ЧС7 ЭГ1, ЭТ2

(90мм) (80мм) (70мм) (60мм) ЭР2

□ До обработки НИОД И После обработки НИОД

Рис. 11.

Из расчётных данных следует, что за период с 1994 по 1996 годы интенсивность бокового износа рельсов из-за обработки гребней колёсных пар пассажирского подвижного состава на нечётном пути уменьшилась на 44 %, на чётном на 61 %. Увеличение интенсивности вертикального износа за указанный период на 20 - 47 % свидетельствует об изменении зоны контакта колёсной пары с рельсом, что ещё раз подтверждает эффективность обработки гребней колёсных пар ТС НИОД на увеличение срока службы рельсов по боковому износу.

В пятой главе приведены результаты разработки и аппаратной реализации прибора для измерения геометрических параметров колёсных пар, а также описание алгоритма измерения параметров.

В настоящее время для контроля за степенью износа бандажей колёсных пар электровозов и тепловозов в локомотивных депо Российской Федерации применяются механические измерительные средства, такие как: шаблоны, скобы и т. д. Создание прибора необходимо для обеспечения оперативного, высокоточного контроля элементов профиля поверхности катания колёсных пар, подверженных износу в процессе эксплуатации. В соответствии с этими требованиями, был разработан прибор, предназначенный для измерения проката, толщины и параметра крутизны гребня колёсных пар локомотивов. Измерение этих параметров может производиться непосредственно на подвижном составе, без выкатки колёсных нар, что обеспечивает оперативность контроля и экономическую эффективность.

Алгоритм работы прибора представлен на рис.12. Для резистивных датчиков цифровые относительные единицы, получаемые процессором от АЦП, преобразуются в миллиметровые значения данных. После чего производятся вычисления нужных параметров колеса. Измерение параметров профиля гребня выполняется с учётом номинального значения высоты гребня (30 мм). Величина проката определяется как разница между измеренной высотой гребня и ее номиналом. Толщина гребня определяется прямым измерением на уровне 20 мм от вершины гребня, при номинальной высоте гребня 30 мм. Величина параметра крутизны вычисляется как разница между толщиной гребня на уровне 13 мм от круга катания и толщиной на уровне 2 мм от вершины гребня.

Измеритель параметров колёсных пар представляет собой переносное малогабаритное устройство (рис. 13), имеющее модульную конструкцию, в состав которого входят вычислитель и измерительные датчики. Предусмотрена передача измеренных параметров в базу данных, установленную на компьютере, через стандартный последовательный порт (RS-232). Программа "Бандаж" в среде Windows 95 в пакете Microsoft Access 97 разработана на основе математической модели и предназначена для ведения базы данных замеров колёсных пар в депо.

Программа выполняет следующие функции:

- ввод новых данных через последовательный порт от переносного измерителя или вручную оператором с клавиатуры;

- просмотр и редактирование данных;

- расчёт средних значений параметров и интенсивность износа гребней колёс на 10 тыс. км для заданных локомотивов за выбранный период;

- построение графиков;

- формирование, просмотр и печать различных отчётов с результатами замеров для выбранных локомотивов.

Схема алгоритма измерения параметров

Рис. 12.

Комплексный измеритель параметров

220

147

£

^ 1

о '

■ у

Рис. 13.

В шестой главе проведена оценка экономической эффективности повышения ресурса бандажей колёсных пар локомотивов от внедрения различных систем лубрикации. Суммарный годовой экономический эффект по Свердловской ж.д. от внедрения предлагаемых мероприятий составил более 8 млн. рублей в ценах на 01.01.1998 г., экономия электроэнергии при этом составит около 11%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана математическая модель на основе методов теории вероятности и математической статистики, позволяющая исследовать влияние различных факторов на интенсивность износа гребней колёсных пар локомотивов.

2. Исследования, проведённые на опытном участке Свердловск - Шаля, показали, что износ колёсных пар зависит от условий эксплуатации, времени года, параметров рельсового пути и ходовых частей локомотивов. Полученные значения контролируемых параметров бандажей отличаются от основной совокупности данных, что объясняется низкой точностью измерительного инструмента, применяемого в настоящее время в депо. Встаёт вопрос о необходимости создания устройства или прибора, позволяющего достоверно, с высокой точностью контактным способом производить замеры величины проката, толщины гребня и параметра крутизны гребня.

3. Для проверки эффективности применения лубрикации в диссертации был разработан комплексный переносной портативный электронный прибор (КИП - 01), предназначенный для измерения проката, толщины и параметра

крутизны гребня колёсных пар локомотивов непосредственно на подвижном составе, без выкатки колёсных пар, что обеспечивает высокую точность и оперативность контроля.

4. IIa базе математической модели разработано программное обеспечение для ПЭВМ в среде Windows 95 в пакете Microsoft Access 97, позволяющее производить ввод значений контролируемых параметров через последовательный порт от прибора КИП - 01, прогнозировать сроки обточки и смены бандажей колёсных пар, осуществлять паспортизацию технических параметров индивидуально для каждого локомотива.

5. Проведённый сравнительный анализ изнашивания гребней колёсных пар локомотивов позволил для конкретных условий эксплуатации определить эффективность различных систем лубрикации, исходя из критерия реализации максимального ресурса колёсных пар до обточки:

- оборудование локомотивов BJI11, 2ТЭ116, ТЭМ2 системой гребнес-мазывания "Тракмастер" - на 20 - 180 %;

- применение рельсосмазывателя АРС - Эл - на 12,9 %;

- обработка ТС НИОД гребней колёсных пар - на 50 - 140 %.

6. Сопоставимость полученных выводов об эффективности применения различных систем лубрикации на основании проведённых расчётов, выполненных с использованием моделей одномерного и двумерного распределений, свидетельствует о достоверности полученных результатов.

7. Изучение влияния лубрикации на тяговые свойства электровоза BJI11 на основе проведённых испытаний с динамометрическим вагоном на опытном участке показало:

- работа системы гребнесмазывания "Тракмастер" не влияет на величину тормозного пути состава;

- коэффициент сцепления и максимальная сила тяги остаются неизменными в прямых участках пути, в кривых - уменьшаются на 8 -10 %.

8. Проведённые стендовые и экспериментальные исследования позволили определить наиболее эффективные конструктивно - технологические решения нанесения ТС НИОД на гребни колёсных пар подвижного состава, что позволило не только повысить ресурс колёсных пар, но и снизить интенсивность бокового износа рельсов до 61 %.

9. Выполненный анализ показал, что применение различных систем лубрикации позволяет уменьшить удельный расход электроэнергии на тягу поездов до 11 %.

10. Предложено для снижения интенсивности износа гребней колёсных пар за счёт применения лубрикации:

- обеспечить надёжную работу гребнесмазывагелей системы "Трак-мастер", во избежание засорения очистного фильтра измельчать MoS2 до более мелких частиц, смазку "ПУМА" заменить на "СПЛ";

- при массе состава более 2500 т на локомотивах отключать систему гребнесмазывания "Тракмастер" во избежание срабатывания РБ и подачи большого количества песка;

- обработку гребней колёсных пар ТС НИОД производить при толщине бандажей 80 мм и более;

- использовать в депо разработанный электронный переносной прибор КИП - 01 с программным обеспечением.

11. Суммарный годовой экономический эффект на Свердловской ж.д. от внедрения различных систем лубрикации составил более 8 млн. рублей (в ценах на 01.01.1998 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Буйносов А.П., Цихалёвский И.С. Снижение интенсивного износа гребней колёсных пар электровозов // Повышение тягово-энергетических показателей и совершенствование систем ремонтного обслуживания магистральных электровозов: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омская гос. акад. путей сообщения (ОмГАПС). - Омск, 1996. - С. 42 - 50.

2. Буйносов А.П., Цихалёвский И.С. Применение лубрикации гребней бандажей колесных пар локомотивов // Износостойкость машин: Тез. докладов 2-ой Международной научно - технической конференции 18-21 ноября 1996 г. - Часть 3-я / БГИТА. - Брянск. - 1996. - С. 22.

3. Буйносов А.П., Трофимов М.Н., Цихалёвский И.С. Эффект лубрикации // Железнодорожный транспорт. - 1998. - № 5. - С. 41 - 44.

4. Буйносов А.П., Цихалёвский И.С., Наговицын B.C. Измерение параметров колёсшлх пар // Информационные технологии и электроника: Тез. докладов второй Всероссийской студенческой научно - технической конференции. - 15-16 декабря 1997 г. - Екатеринбург, 1997. - http: // www.uicde. ги/сопШес9\тез_упи1.

5. Цихалёвский И.С. Определение коэффициента сцепления колеса с рельсом электровозов ВЛ11 Н Молодые учёные - транспорту: Тез. докладов научно - технической конференции. - 31 марта 1998 г., УрГАПС - Екатеринбург, 1998. - С. 115.

6. Буйносов А.П., Цихалевский И.С., Трофимов М.Н. Новый измерительный прибор // Локомотив. - 1998. - № 6. - С. 40 - 41.

7. Буйносов А.П., Наговицын B.C., Трофимов М.Н., Цихалевский И.С., Кузьмин К.А., Гапулин В.Х. Новый смазывающий состав повышает надежность И Локомотив. - 1998. - № 7. - С. 36 - 38.

8. Наговицын B.C., Буйносов А.П., Трофимов M.II., Цихалевский И.С. Обработка бандажей колесных пар локомотивов составом НИОД // Вестник Академии транспорта Российской Федерации / Уральское межрегиональное отделение. - Курган. - 1998 г. - С. 136 - 138.

9. Цихалевский И.С. Комплексный измеритель параметров колёсных пар // Железнодорожный транспорт сегодня и завтра: Тез. докладов международной научно - технической конференции 13-14 октября 1998 г. / УрГАПС - Екатеринбург, 1998. - С. 60.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛУБРИКАЦИИ ГРЕБНЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

ЦИХАЛЕВСКИЙ ИГОРЬ СТАНИСЛАВОВИЧ

Подписано к печати усл.-печ. №_

Зак. №

Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз.

Тип. УрГАПС 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66

/

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уральская государственная академия путей сообщения

На правах рукописи ЦИХАЛЕВСКИЙ Игорь Станиславович

УДК 629.4:625.143

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛУБРИКАЦИИ ГРЕБНЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент БУЙНОСОВ Александр Петрович

Екатеринбург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 4

1. АНАЛИЗ ПРИЧИН ИНТЕНСИВНОГО ИЗНОСА ГРЕБНЕЙ БАНДАЖЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР............................................................... 7

1.1. Краткий обзор научных работ по повышению ресурса

бандажей колёсных пар............................................................................. 7

1.2. Актуальность проблемы, новизна, практическая ценность.............. 14

1.3 Исследование износа гребней на опытном участке Свердловск -Шаля........................................................................................................... 17

2. СНИЖЕНИЕ ИЗНОСА ГРЕБНЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ ГРЕБНЕСМАЗЫВАНИЯ "ТРАКМАСТЕР"....................................................................................... 22

2.1. Исследование износа гребней колёсных пар электровозов с применением системы гребнесмазывания "Тракмастер" фирмы КЛС........ 22

2.2. Сравнительная оценка износа гребней колёсных пар подвижного состава, оборудованного и необорудованного

гребнесмазывателями системы "Тракмастер"......................................... 25

2.3. Оценка надежности системы гребнесмазывания в целом и отдельных её узлов в условиях эксплуатации.......................................... 48

2.4. Оценка энергетической эффективности системы гребнесмазывания...................................................................................... 52

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИСТЕМЫ ГРЕБНЕСМАЗЫВАНИЯ "ТРАКМАСТЕР" НА ТЯГОВЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОВОЗА................................................................... 54

3.1. Испытания электровозов серии ВЛ11, оборудованных и необорудованных системой гребнесмазывания "Тракмастер" с динамометрическим вагоном.................................................................... 54

3.2. Осциллографирование переходных процессов тягового

двигателя.................................................................................................... 56

3.3. Результаты экспериментального определения тормозного пути состава, силы тяги и коэффициента сцепления колёсной пары электровозов с рельсом............................................................................. 58

4. СНИЖЕНИЕ ИЗНОСА ГРЕБНЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ АРС- Эл И ТС НИОД..........................................................................................................63

4.1. Исследование износа гребней колёсных пар электровозов с применением автоматического рельсосмазывателя (АРС- Эл)............................63

4.2. Применение ТС НИОД для уменьшения интенсивности

износа гребней колёсных пар локомотивов..........................................................................................65

4.3. Анализ влияния обработки триботехническим составом НИОД гребней колёс на интенсивность бокового износа рельсов..........................................73

5. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЁСНЫХ ПАР ЛОКОМОТИВОВ........................................................75

5.1. Алгоритм измерения параметров..............................................................................................................75

5.2. Функциональная схема прибора................................................................................................................75

5.3. Методика проведения измерений............................................................................................................77

5.4. Программное обеспечение к прибору..............................................................................................83

5.4.1. Назначение программы......................................................................................................................................83

5.4.2. Просмотр и редактирование информации о локомотивах..........................83

5.4.3. Формирование групп локомотивов..................................................................................................84

5.4.4. Просмотр и редактирование результатов замеров..................................................85

5.4.5. Расчёт износа гребней..........................................................................................................................................88

5.4.6. Формирование, просмотр и печать отчетов......................................................................90

6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА БАНДАЖЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР

ЛОКОМОТИВОВ РАССМОТРЕННЫМИ МЕТОДАМИ..............................................91

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................................................................................................94

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................................................97

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................................................................................................112

ВВЕДЕНИЕ

В условиях перехода народного хозяйства страны на рыночные методы управления особую остроту приобретают вопросы экономии всех видов ресурсов - материальных, трудовых.

Износ колёсных пар и рельсов представляет собой сложный процесс, который определяется многими факторами. В количественном отношении между ними имеется взаимная связь, которую можно установить на основе имеющихся наблюдений за износом в эксплуатации. Только постоянное, систематическое наблюдение за износом колёсных пар и рельсов в эксплуатации поможет выявить основные причины и уменьшить влияние на их износ. Иные пути решения проблемы часто приводят к дальнейшему увеличению износа и "выбрасыванию денег на ветер".

Для снижения интенсивности износа гребней колёсных пар подвижного состава и рельсов необходимы новые подходы к решению этой задачи. Одним из таких направлений должна стать разработка комплекса мероприятий, позволяющих, исходя из конкретных условий эксплуатации, найти и устранить причины износа колеса и рельса. Проблема бокового износа особенно обострилась, начиная с 1985 года, хотя грузонапряженность за последние 5 лет на дорогах России упала на 50 %.

В приказе начальника Свердловской железной дороги от 23.01.1995 года во исполнение Указания МПС № 151 от 25.11.1994 года излагаются основные оперативные мероприятия, препятствующие увеличению интенсивности бокового износа гребней колёсных пар и бокового износа рельсов.

Проблемой бокового износа рельсов и колёс прямо или косвенно занимались многие ученые и практики у нас и за рубежом. На основе натурных наблюдений делались выводы о влиянии тех или иных факторов на интенсивность износа, на основе теоретических разработок строились модели явления. Однако наметившаяся в последнее время коммерциализация науки снизила информационную ценность публикуемых материалов.

Целью настоящей работы является научно - технический анализ снижения износа гребней колёсных пар и рельсов, работающих в определённых ус-

ловиях эксплуатации на Свердловской ж.д., за счёт применения различных систем лубрикации и разработка рекомендаций по их использованию.

Для этого необходимо:

1) разработать математическую модель на основе методов теории вероятностей и математической статистики, позволяющую исследовать влияние различных факторов на интенсивность износа гребней колёсных пар локомотивов;

2) провести исследования на опытном участке для уточнения причин износа гребней колёс, связанных с особенностями конструкции локомотивов, нормами их технического обслуживания и ремонта (колёсных пар, тележек, узлов соединения кузова с тележками), наличия термообработки, её качества;

3) для проверки эффективности применения лубрикации разработать

V» «ы» *_« и Л

комплексный переносной портативный электронный прибор, предназначенный для измерения проката, толщины и параметра крутизны гребня колёсных пар локомотивов непосредственно на подвижном составе, без выкатки колёсных пар, что обеспечивает высокую точность и оперативность контроля;

4) на базе математической модели разработать программное обеспечение для ПЭВМ, позволяющее производить ввод значений контролируемых параметров через последовательный порт от комплексного переносного электронного прибора, прогнозировать сроки обточки и смены бандажей колёсных пар, осуществлять паспортизацию технических параметров индивидуально для каждого локомотива;

5) провести сравнительный анализ изнашивания гребней бандажей колёсных пар локомотивов для конкретных условий эксплуатации, чтобы определить эффективность различных систем лубрикации, исходя из критерия реализации максимального ресурса колёсных пар до обточки;

6) изучить влияние лубрикации на тяговые свойства электровозов;

7) оценить надёжность работы системы гребнесмазывания "Тракмас-тер" в условиях эксплуатации на Свердловской железной дороге;

8) провести стендовые и экспериментальные исследования для определения наиболее эффективных конструктивных технологических решений нанесения ТС НИОД на гребни колёсных пар подвижного состава;

9) оценить экономическую эффективность повышения ресурса бандажей колёсных пар локомотивов от внедрения различных систем лубрикации.

Исследования проведены на основании изучения процессов изнашивания бандажей колёсных пар электровозов BJI11 и BJI1 Iм, приписанных к локомотивным депо Свердловск - Сортировочный, Пермь - Сортировочная, Смычка; ЧС2, ЧС7, электропоездов ЭР1, ЭР2 и ЭТ2, тепловозов ТЭМ2, приписанных к локомотивному депо Свердловск - Пассажирский; тепловозов 2ТЭ116, приписанных к локомотивному депо Егоршино.

1. АНАЛИЗ ПРИЧИН ИНТЕНСИВНОГО ИЗНОСА ГРЕБНЕЙ БАНДАЖЕЙ КОЛЁСНЫХ ПАР

1.1. Краткий обзор научных работ по повышению ресурса бандажей колёсных пар

Колесо - одно из величайших изобретений человечества, оно известно с середины четвёртого тысячелетия до нашей эры /137/. Первоначально колесо представляло собой цельный диск, насаженный на ось. Во втором тысячелетии до нашей эры конструкция его совершенствуется - появляется колесо со спицами, ступицей и гнутым ободом. Первые железнодорожные колёса /138/ изготавливались из дерева и перекатывались по деревянным рельсам. Вскоре такие колёса уже не обеспечивали возросшие требования дорог и были заменены новыми типами. Так, в 1827 году в Шотландии появились первые железнодорожные бандажи, изготовленные Вудом. Этими бандажами в 1828 году был оборудован паровоз, построенный на заводе Стефенсона. Бандажи Вуда более 10 лет изготовлялись из прокатанных железных полос, которые сгибались в кольцо и сваривались по концам /138/. Первые попытки изготовить бандаж без сварки из целой заготовки предпринимались в 1839 году. Однако только в 1841 году эта цель была достигнута /139/.

В 1889 году в США был разработан процесс изготовления чугунных литых колёс с закалённым ободом; впервые они были отлиты и пущены в эксплуатацию в 1916 году. В течение полувека такие колёса получили значительное распространение на грузовых вагонах. В России уделялось большое внимание выбору металла для бандажей. В первых технических условиях на поставку паровозов указывалось на необходимость изготовления бандажей из лучшего железа /140/. Производство стальных бандажей в России началось с 1867 года.

Исследованиями износа бандажей колёсных пар локомотивов и способам повышения их долговечности посвящены работы отечественных и зарубежных учёных: С.М. Андриевского, C.B. Алёхина, А.П. Буйносова,

В.М. Богданова, Ю.А. Бабич, Н.Ф. Блидченко, A.A. Воробьёва, М.Ф. Вери-го, A.B. Горского, М.П. Гребенюка, А.Т. Головатого, A.JI. Голубенко, Т.К. Голутвиной, К.И. Домбровского, В.П. Девяткина, В.И. Доронина, В.Д. Да-новича, Ю.В. Зыкова, В.А. Ивашова, И.П. Исаева, В.Н. Иванова, А.И. Комарова, Н.И. Карпущенко, А.Я. Когана, A.C. Краева, А.П. Костюка, В.А. Кислика, А.И. Карамзина, Н.Г. Кабенина, С.М. Куценко, Д.А. Курасова, A.A. Калмыкова, A.C. Лисовского, Т.В. Ларина, А.Л. Лисицына, Ю.Н. Ли-кратова, М.М. Машнёва, Н.Ф. Медведева, H.H. Меншутина, B.C. Наговицына, O.A. Некрасова, В.И. Наумова, H.A. Панькина, А.Н. Савоськина, В.В. Савченко, А.И. Скачкова, A.B. Смольянинова, В.Н. Шестакова, Л.М. Школьника, Н.П. Щапова, С. Мюллера, С. Ромена, Д. Калкера, Дж. Крамера и других авторов.

Изучением причин, вызывающих износ бандажей колёсных пар, занимаются очень многие учёные и специалисты - железнодорожники /1,3, 4, 15, 17-21, 23, 25, 49, 50 и др./. По мнению одних авторов /1, 3, 7 и др./, наибольшее влияние на износ пары трения "колесо - рельс" оказывают: эксплуатация локомотивов в интенсивном режиме с интенсивной подачей песка /8/, увеличение скольжения (боксование), неравно упругость пути, длина неровностей, нарушение требований к укладке рельсов в кривых /20, 22, 26/, нарушение подуклонки рельсов и развески локомотива /26/, боковой износ рельса более 4 мм, перекосы колёсных пар в раме тележки, нарушение разности диаметров колёс в колёсной паре /6/, а также сужение колеи в кривых участках пути и применение профиля поверхности катания колёс со значительно уменьшенной конусностью.

Некоторые авторы /9, 42/ считают основными причинами интенсивного износа гребней колёсных пар и бокового износа рельсов в кривых участках: уменьшение поперечного разбега колёсных пар локомотива (и вагона) в рельсовой колее вследствие уменьшения её ширины на 10 - 20 мм в кривых, особенно малого радиуса (после перехода на размер 1520 мм), что ухудшило вписывание колёсных пар в кривых с одновременным увеличением сил давления гребня на наружный рельс; увеличение допустимого бокового износа головки рельса после перехода на колею 1520 мм в 2 и бо-

лее раза в кривых участках в сравнении с колеёй 1524 мм; недостаточной величиной возвышения наружного рельса в кривых участках, переведённых на ширину колеи 1520 мм; нарушение норм содержания пути по ширине колеи, уровню и направлению в плане.

К отрицательным мероприятиям также относят развитие производства и массовое применение железобетонных шпал /12/ и переход на рельсы тяжёлого типа Р65, имеющие повышенную жёсткость и изменённую геометрию. Результаты натурных измерений и моделирования процессов на ПЭВМ /28/ позволили сделать следующий вывод: динамическое воздействие на рельсы колёс с дефектами на поверхности катания при жёстких бетонных шпалах больше, чем при деревянных. Следовательно, при использовании железобетонных шпал увеличивается вероятность повреждения поверхности катания колёс, буксовых подшипников и рельсов.

Фактор, изменивший износные условия работы колеса и рельса - это объёмная закалка рельсов, которая подняла их твёрдость в 1,5 раза по сравнению с твёрдостью колёс, хотя отечественные /4, 12, 41/ и зарубежные /28/ исследователи рекомендуют иметь твёрдость рельсов и колёс примерно одинаковую.

На износ колёс и рельсов также оказывает влияние укладка бесстыкового пути. Её применение предъявляет очень жёсткие требования к точности сборки. Конструкция экипажной части подвижного состава также оказывает влияние на интенсивность износа гребней бандажей и рельсов /39, 40/, в частности, из-за неправильной установки осей колёсных пар в раме тележки электровоза. Никаких серьёзных разработок по регулированию положения оси колёсной пары в тележке с момента поступления на дороги буксового узла с сайлент - блоками до сих пор не существует. Необходимо разработать более совершенный технологический процесс сборки буксового узла тележек с изношенными сайлент - блоками при ремонтах ТР - 3, КР - 1 и КР - 2 локомотивов. Ещё одной из причин повышенного износа колёсных пар является низкая точность выполнения их геометрических размеров в процессе механической обработки /43/.

Одну из главных ролей в процессах износа играет водород /45/. Особенно значительно водород влияет на механические свойства конструкционных сталей, вызывая заметное уменьшение поверхностной и усталостной прочности, пластичности, ударной вязкости и выносливости в процессе эксплуатации в различных средах. Ухудшение механических свойств конструкционных сталей под действием водорода объединяют общим термином "водородный износ". Впервые это явление обнаружили A.A. Поляков, И.В. Крагельский, Д.Н. Гаркунов. В условиях качения колёсных пар, прохождения стрелок и кривых малого радиуса, на стыках, при торможении, то есть в условиях трения качения и скольжения, источники образования водорода и попадания его в металл могут быть самыми разными: коррозионные процессы; термическая и механическая деструкция органических веществ, попадающих на поверхность качения и гребень колеса как в чистом виде (смазка, полимерный материал тормозных колодок и т.д.), так и адсорбируемых из воздуха; кислотные дожди, вызывающие химическое взаимодействие кислоты с железом по реакции Fe + 2НС1 = FeCl2 + Н2; взаимодействие адсорбированных молекул воды со свежими поверхностями износа основного металла и легирующих добавок (каталитические реакции). Таким образом, "водородный износ" поверхностей катания колёсных пар в ходе их эксплуатации, а также рельсов, особенно в кривых малого радиуса, имеет объективные причины. Полностью исключить этот отрицательный процесс потери пластичности и долговечности стали традиционными методами не представляется возможным.

Определив одну из главных причин интенсивного износа поверхности катания и гребней колёсных пар, корпорация "Сплав - ЛТД" совместно с Московской железной дорогой пр�