автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Исследование и разработка станков для ремонта рельсов пути обрезкой абразивными дисками

петербургский государственный университет путей сообщения

Р Г 6 О Д пРавах рукописи

' 10 С ЕФ

Назих Юсеф

удк 025.144

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СТАНКОВ ДЛЯ РЕМОНТА РЕЛЬСОВ ПУТИ ОБРЕЗКОЙ АБРАЗИВНЫМИ ДИСКАМИ

Специальность 05.22.06 — Железнодорожный путь 05.05.04 — Строительные и дорожные машины и оборудование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

санкт-петербург

1993

Работа выполнена на кафедре «Теория механизмов и ро-бототехнические системы» Петербургского государственного университета путей сообщения.

Научные руководители: заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор ДЛОУГИЙ В. В.; заслуженный изобретатель РФ, кандидат технических наук, доцент СУХИХ Р. д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СМИРНОВ М. П.; доктор технических наук, профессор БОЛОТНЫЙ А. В.

Ведущее предприятие — Октябрьская железная дорога.

Защита состоится » -С> К*) . . 1993 г.

в . лоЧ . час. на заседании специализированного совета К 114.03.06 в Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 1-418 (ст. метро «Садовая» или «Сенная площадь»).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан « » {[Д^/ • 1993 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в совет Университета.

Ученый секретарь специализированного совета,

канд. техн. наук, доцент Е. С. СВИНЦОВ

Подписано к печати 09.07.93 г. Объем 1,43 п. л. Формат 60х841/т- Бумага для множ. апп. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ 759. Бесплатно.

РТП ПГУПСа. 190031, СПб, Московский пр., 9.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛЮТЫ Актуальность тэт?)

Диссертация имеет своей целью повышение надекности функционирования железных дорог и безопасности движения поездов. В ней решается комплекс задач по уточнению я дальнейшей разработка яаучно-теоратичоских и мотодологических основ расчета, проектирования и конструирования срэдств малой путевой механизации для ремонта рельсов их обрезкой в пути абразивными дисками.

Большой эбге?л соответствующих работ выполняется при сооружении, текущем содержании и ремонте промышленных и магистральных путей. Трудоемкость работ велика, а применяемые технические средства (поковочные станка Щ-3) несовершенны и не могут обрабатывать закаленные рельсы тякэлых типов. Создание новой техники сдерживается ограниченность© научно-теоретических разработок, инженерных ыотодик проектирования. Изложенные обстоятельства обусловливают актуальность топы диссертации.

В соответствии с поставленной дэльи комплекс решаемых задач включал в сэбя:

уточнение производственно-технологических требований к современным высококачественным родьсорвзным станкам;

определение нерешенных проблем и путей совершенствования рэльсорезннх станков;

уточнение сил и моментов сил, действующих на абразивный отрезной диск, при ремонте рельсов разной твердости;

анализ вопросов пошпешя качества рэльса в зоне среза, тепловыделения, изменовия микроструктуры металла;

уточнение режимов работы станков, рациональных с точки зрения минимума тепловыделения, минимума мощности и затрат энергии, шкстхуиа производитошгостя я периода стойкости диска;

обоснование эффективности и развитие теории "осцилляции" отрезных дисков в плоскости юс подачи;

развитие метода комбинаторного структурного синтеза механизмов отрезных станков с абразивными дисками;

развитие вопросов формализации процессов конструирования

рельсовых зажимов станков и их направляющих, а также оптимальных компоновок приводов;

предложение и разработка нового высокоэффективного рвльсо-рэзвого ставка с абразивным отрезным диском.

Методы исследований. Решение поставленных задач проводилось ва основе уравнений Лаграыка П рода, теории теплопроводности, практической теории шлифования и теория упруговязкого тела, с использованием ЭЦШ. Экспериментальные исследования проводились с применением современной измерительво-регистрирую-цей annaparjpu.

Научная новизна исследования заютчается в том, что на ос-вовв аналитических в экспериментальных исследований уточнены силы, действующие на рельсорезвый ставок при разрезании абразивными дисками рельсов развой твердости, развит метод определения показателей термонапряженности и качества среза, обоснована эффективность дополнительных перемещений диска при резании, уточнены рациональные по ряду критериев режимы работы станков, развит метод комбинаторного структурного синтеза их механизмов.

Практическая; пенносг?» работы заключается в том, что на базе еэ результатов и обобщений предложены конкретные пути существенного повышения эффективности и качества работы рельсорезных станков с абразивными дисками, уточнена методвка вх расчета, проектирования в конструирования.

Реализация разрабоук^. Результата исследований использоЕа-еы при разработке конструкторской документации на переносный станок с осцилляцией абразивного диска для разрезки рельсов при рэыонт® верхнего строения пути в полевых условиях. Опираясь ва результаты исследований, удалось разработать станок массой дд 35 кг. Расчеты проводились по прадлоаеввой в данной работе методика рсочеха рельсорззаих оганков с абразивными дисками.

Апообтаия работа. ОсаввЕоа содержание работы, а также ее отдельные положения была одобрены ва научно-технических конференциях по вопросил путевого хозяйства в ПЙИТе и в СамШТе (1990. V. 1993 гг.).

ГМзмкатая. По теме диссертации опубликовано десять статей.

Структура и объем работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов в списка использованной литературы, включающего 120 наименований. Объем работы составляет 250 с. машинописного текста и содержит €0 рис., 35 табл. и 4 прил.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель, задачи я общая характеристика работы.

В дйрвой главе решение комплекса задач начиналось с анализа повреждений рельсов, .устраняемых в пути обрезкой. Переход на закаленные рельса тяжелых типов, железобетонные шпалы не исключил повреждение рельсов. Отступление от режимов термообработки, повышение жесткости пути, рост осевых нагрузок, наоборот, интенсифицирует некоторые повреждения. Большая твердость закаленных рельсов, зачастую неотложный а внезапный характер проведения ремонтных работ, малая продолжительность "окон", значительная протяженность фронта л удаленность мест производства работ от ремонтных баз обусловливает особо высокие требования к средствам малой путевой механизации. Комплекс производствам-но-технологических требований к ним включает ограничения по продолжительности одной операции, мощности источника энергии, числу операций, выполняемых одним инструментом до смены, массе и пр. Згот комплекс конкретизировал •критерия для анализа и сравнительной оценки способов выполнения соответствующих операций и технических средств. По критериям производительности, удельной массы и пр. установлена рациональность я техняко-эковомичвская целесообразность совераэвствования оборудования для резаная рельсов абразивными дисками.

Во второй глава шпоянен анализ исследований в области резания абразивными дисками железнодорожных рельсов и других металлических изделий переменного поперечного сечения с целью определения путей совершенствования соответствующих средств малой путевой механизации. Это совершенствование возможно в следующих направлениях: уточнение характеристик взаимодействия отрезного диска и рельса» влияющих на показатели работы средства малой путевой механизации; уточнение режимов работы, рациональных с точки зрения выбранного критерия (максимума производительности, периода стойкости диска, минимума затрат энергии, денежных затрат); схемно-конотрукгивное совершенствование технических средств.

По первому и второму направлениям во втором разделе рассматривались скорости резания (УД , м/с), подачи (удельные си-

лы подачи, , Н/мм ), длина дуги контакта диска с рельсом (1дК, м); параметра абразивного диска (диаматр Ъ , м; толщина В,4 , м; размер зарей и пр.) и др. Уточнялись зависимости между удельной силой подачи и силой резания (Рс , Н), коэффициентом резания ( ¡X ), удельной энергией ( и , Вт/м3), производительностью (П, ма/с), износом диска, тепловыделением и пр. Для анализа бил привяг следующий массив исходных взаимосвязей:

?с = Л Хдк ЬЦ/и ; /л =Р1/Я*Д-1ДК КЬ; и^1/УП ; П" VII;

ы Ьдк ВД УД/4190

(здесь Р - мощность двигателя тахничаского средства, Вт;-общий коэффициент полезного действия; КЬ - коэффициент твердости рельса, КЪ = НБ^225 1 5); УЛ - скорость подачи (УП'Мп)), м/с; п и С константы; Т - ташература, °С; й - тепловыделение, ккал/ °С).

Приведенные зависимости иллюстрируют то обстоятельство, что при увеличении удельной силы подачи уменьшаются износ диска и . тепловвдаление (температура резания), удельная энергия, увеличиваются сила реэашш и сдельная производительность. При увеличении скорости резания уменьшаются сила рэзания, изноо диска и увеличивайся гепловвдалешэ, удельная производительность и удельная энергия. При возрастании длшш кривой контакта увеличивается сила резания, топдовэделашзе, взнос дяска, а при уменьшении ¿7^ уменьшав тся удельная производительность и удельная эиоргия. При небольшом дпаыотре дис!Ш требуется больаал сила подачи. Информация о бдиянил на работу станков характеристик дисков (диаметр, заринстость, твердость, обмшнй состав, связка а вр.) ограыдчана. Поагогф было выполнено подробиоо исследование влияния каздого вз вгах параметров ва показатели станка и определились рациональные вэдичпш этих характеристик с разных точак зрения.

Рассматривались такае условия тепловыделения и минимизации

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

нежелательных металлургических явлений (прижоги, дефекты, повреждения и др.). Исследования показывают, что возникновение нежелательных явлений обусловливается режимами работы, характеристиками диска и рельса.

В конце главы сделаны выводы по оптимальным параметрам абразивных дисков и режимам резания. Толщина диска из условия отсутствия прижогов и дефектов и пр. должно уменьшаться к центру. Рациональными режимам, обеспечивающими высокую производительность, не очень большой износ и небольшое тепловыделение, являются, ориентировочно, скорость резания 70^10 м/с, скорость подачи (1...6)"Ю~3 м/с, зернистость диска 7С-Ю.

В третьей главе приведены результаты исследования процесса распространения тепла в рельса при осцилляции и без нее, изучения температурных полей и дефектного слоя, образующегося на поверхности реза, что дало возможность разработать рекомендации по выбору режимов, обеспечивающих снижение дефектного слоя и методику приближенного прогнозирования величины дефектного слоя при выбранных режимах. Эта проблема важна для обеспечения безопасности движения поездов, повышения долговечности рельсов в стыках.

В качестве первого шага на пути изучения тепловых потоков в рельсе решалась задача по определению температурных полей перед внедряющимся абразивным диском и в абразивном диске. При решении этой задачи теплопроводности для рельса н диска с помощью метода интегрального преобразования Лапласа и использовании закона Фурье и Ньютона получаем следующую формулу для расчета наибольшей контактной температуры при резании:

ii.ftFh.Ai> ш < £ и •

56.42 &Д Щ. Гд сд УОкр ¿1/Мз УЗ) + 0,5 Срт)'с (6)

(здесь /<д - коэффициент резания при осцилляции диска;/1Д =

р. - коэффициент резания без осцилляции;Уокр - окружная скорость осциллирующего диска, м/с; У& - окружная скорость иеосциллирующего диска, м/с;Ад, Хр - коэффициенты теплопроводности диска и рельса, ккал/м-°С; V - скорость движения источника тепла в рельс,^г=1/и1л*1г'Д0П , м/с;%.<Т1 - скорость осцилляции, м/с; ¿р - коэффициент температуропроводности рельса, м2/с; £ -

время резания, с; - плотность материала диска, кг/м3; СД -теплоемкость диска, ккал/кг"с;<<2 - диаметр зерна, мм;!^ - относительный обьем зерна, %•,№ - номер зернистости;«) - масса стрижки, снятой с рельса в единицу времени, кг/о). __

Окружная скорость осциллирующего диска, Чй УЦМ ЯМУ)» (здесь Удсп - скорость осцилляции;1$оа= 6,28 í^COS(SJZí £ ^ ) > м/с; £ - частота осцилляции, 1Ц; А - амплитуда осцилляция, м; У - угол меаду векторами скоростей Уд и

Удоп).

Кроме того, выполнено исследование зависимости коэффициента резания /I от твердости и состояния зерен в абразивном диске и получена следующая формула:

р. Ль/тп 4(ож1я)УРп(н& (?)

т

здесь Се - величина, определяющая сдвиговуп составляющую силы резания; X» = 0,О594*£ • ? '6п(Тщ/Т), кг/м2; £ - удельная теплота плавления материала рельса, кал/г; - плотность материала рельса, г/м3;Тлл - температура плавления материала, К; Т - температура материала в условиях работы. К; В - пьезокоэф^ициент, характеризующий увеличение прочности материала рельса на срез (упрочнение) при реализации силы подачи; В = 0,02...0,15; й -радиус коятактирующего с рельсом выступа на зерне правильной формы).

Было выяснено, что уменьшение коз^фшщента резания при осцилляции происходит только тогда, когда направление осцилляции перпендикулярно направлению подачи:

/ Д =/ Уа/Ущ ; //Д *уи(1- Гс // Гл ) (8)

(здесьРо - ашдащдное значение переменной дополнительной силы, обусловливающей дополнительное периодическое перемещение диска, Н).

Выполненные на ЭШ расчеты показали, что максимальная температура возникает в перше секунда работы, когда абразивные зерна не режут, а скользят по головка рельса. Эти результаты иллюстрированы рис. I. Результаты расчета показывают, что с увеличением подачи максимальная температура и толщина ( & ) дефектного слоя уменьшаются (рис. 2):

<У £ (о,ч,.. о,63 • ехр1-т/(Т+2%)]<

Измениение контактной температуры в зависимости от продолжительности рапрояаню! рельса со скоростью резания уд = 80 м/с и удельной подачи Гп = 0.64 . Ю^Н/м1

Тк, °С

900

750 600 450 300 150

О 7.5 15 22.5 30 37.5 45 52.5 60 67.5 75 t, с

а - без осцилляции абразивного диска; б - с осцилляцией его;

Рис. I

1М1 л и \ \ к к

7 1 У\ л Щ

щ -Нг)

Томпоратуршс. поля в рольсо ИЮ при айрааипном ра^хшании шч о различной иодачой диена и скоростью роуанлн Уд - ¡30 м/с и удельной подачи ги - 0.64 . 10еН/м*

с

т, с --------

г. уп 'л.тг мм/с

13. vii -• 4.¡-Л мм/с ¡3. vii -- 4.Г>!> мм/о

9Ш----------

7Ю-----------

ООО ^ ^--------

300 ----------?--

150----------—-

О 0.2 0.4 0.6 0.8 I 1.2 1.4 1.6 1.и£, 10*м ^ - Расстоянис от плоскости среза Рис. 2

г. уп 'л.тг мм/с 13. vii -• 4.И1 мм/с ¡3. vii -- 4,Г.Ь мм/о

О-

-

О 0.2 0.4 0.6 0.8 I 1.2 1.4 1.6 1.нС, 10*

В глава также приведены результаты исследований работы станков в лабораторно-стендовых и производственных условиях. ЕИполнено сравнение теоретических предположений и выводов с реальными значениям показателей. К числу главных независимых, варьируемых при экспериментах параметров отнесены скорость ро-зания, удельная сила подачи и твердость рельса. Были реализованы различные планы экспериментов как однофакторные, так и двухфакторные, полше двух- и трехуровневые, и дробныо. Имел место нормальный закон распределения измеряемых и вычисляемых величин X , обусловленный случайным характером формы и расположения абразивных зерен на периферии отрезных дисков, нестабильностью ручной подачи и пр. Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики. Оценка возможного отклонения величины X от истинного математического ожидания выполнялась с помощью критерия Стьюдента с уровнем доверительной вероятности, равным 0,95. Расчет параметров регрессий производился методом наименьших квадратов. Тесноты корреляционных связей оценивались корреляционными отношениями; их величины заключались в интервала 0,78<*|< 0,85. На рис. 3 в качестве примера привэдена экспериментальная зависимость = л),'

^ = (20 ± 6) - (257 £ 62)£Л + (1536 £ ЗВ7){Ь - (5181 £ £ Ы21)£Г) + (10750 £ 3197)/- (14245 ± 4538)/Л + +■ (12098 ± 4079)/Л - (6373 £ 2249Я"Л + (1896 £ Ш){Ь --(243 ±92)$. (10)

В конце главы сделаны выводы и рекомендации по уменьшению пршеогов и толщин дефектного слоя я других нежелательных повреждений. Эти выводы заключаются в том, что с увеличением подачи толщина дефектного слоя существенно уменьшается. Эффективно оказалось влияние осцилляции на толщину дефектного слоя, наибольшую контактную температуру и др. Исхода из этого сделан вывод о рациональной амплитуде и закону ее изменения (рис. 4) и частоте осцилляции^""^ = 0,05...0,065 м; / = 0,5...I П*.

Изучение теплового состояния рельса в процессе абразивного разрезания позволило сделать вывод о том, что для уменьшения ве-

Экспериментально найденная зависимость коэффициента абразивного резания рельсов от удельной силы подачи

Предложений рациональный .чакон изменении амплитуды осцилляции абразивного отрезного диска при разрезании рельсов

0.7

- ) X II

0 0.29 0.58 0.87 1

А

0.6

0.4

0.2

1.16 1.45 щ, Н/мм2 О 15 30 45 60 75 90 105 120 г. с

I - область действия закона Кулона; IX - область действия закона Амонтона: .

Ыс. 3

Д - амплитуда осцилляции, м; Рис. 4

-и-

личины дефектного слоя на поверхности среза слодуог выбирать мелкозернистые диски средней твердости и производить разрезание с большими подачами. Тшсш образом, были рассмотрены первые два направления совершенствования рольсорезних станков с абразпвшми дисками.

В чзтвзртой главе рассмотрон тротий путь соворшонствовапия станков за счет улучшения их схемпо-конструктивных решений.

Евсокиз требования, предъявляемые к средствам малой путовой механизации, требуют для своей реализации большой конструкторской работы. Существенной начальной частью ее является выбор структурной схе>лн - вида и количества кинематических звеньев и кинематических пар, последовательности их расположения и ориентации. Рассмотрены проблемы структурного синтеза наиболее сложных механизмов подачи станков. Подвижность механизмов подачи следает, как правило, принт,мть равной 2 (первая подвижность -основное движение подачи, вторая - дополнительное периодическое ограниченное перемещение, "осцилляция" абразивного диска АД, снижающая торыонапряженность и энергоемкость процесса резания). Одноподвижные механизмы подачи при работе с абразивными дисками малых размеров менее аффективны, чем двухподвишше. При них легче осуществлять дополнительное движение диска, чтобы резание осуществлялось эффективнее без прижогов на срезе. Кроме того, при двухподвижшх механизмах подачи легче резать рельсы .ДЦ небольшого диаметра без существенных деформаций и перекосов. Механизмы подачи рациональнее всего реализовывать с использованием лишь вращательных [Ьх ,Ву иВг) и поступательных (Пх.Пу кинематических пар. Сразу ке укажем на то, что в перечне возможных одноподвяжшх вариантов механизмов подачи, рассмотренных в ранее выполненных исследованиях, не упомянут вариант Л/С (рис. 5) с направлением подачи под постоянным углом/с к оси X , за счет чего может быть уменьшена длина линии контакта диска с рельсом и улучшена работа станка, и вариант ПаТ (рис. 6) с направлением подачи под переменным углом <£V к оси X (в этом случае изменение длины линии контакта диска с рельсом может быть минимизировано). Назначение величины угла «£с и закона изменения угла .6V в зависимости о! типа разрезаемого рельса и пр. представляет собой специальную задачу метрического синтеза станков. В перечне же возможных двухиодвишис двухзвентос вариантов механизмов по-

Огддетурная схема станка с двухзвешшм одюлодвипшм механизмом подачи и одной одноподвижной кинематической тарой Псхо

Рис. Б

Структурная схема станка с двухявеншм едноподвикним механизмом подачи и одной одноподвилшой кинематической парой 11« V

Рис. 6

дачи ранее не рассмотрен вариант {ЪгП) с одной двухподвижной кинематической парой (рис. 7). ВариантВг/7 (рис. 8) не упомянут среди возможных двухподвижных трехзвенных механизмов подачи с двумя одноподвижшни кинематическими парами - Вг и П . Здесь основное движение подачи - поворот Б 2 относительно горизонтальной оси в плоскости резания (ХУ), а дополнительное движение - поступательное перемещение П вдоль поворотной направляющей. Этот вариант представляется легко реализуемым и удобным в использовании, особенно при подпружинивании соответствующих частей станка.

Винтовые кинематические пары ,1111/ иШг) в имеющихся работах но были рассмотрены, хотя они, наряду с известными недостатками, обладают рядом достоинств - самоторможением, легкостью и точностью реализации перемещения и пр. Рассмотрим поэтому варианты механизмов подачи й с винтовыми кинематическими парами. Количество возможных даухподшаных трехзвенных структурных схем механизмов подачи двумя разными кинематическими парами (В и Ш или П и 111) находится по следующей фордуле комбинаторики:

К*(птУ=(3-г)г -.$6 ш)

где П - число координатных осей, определяющих пространство работы станка,П = 3;

Г - число разновидностей кинематических пар механизма подачи, Г = 2;

Ы - подвижность механизма подачи,К/ = 2. В случае же двух одинаковых кинематических пар Ш и Ш (Г =1) имеем: . и/ л

К=(л-г) =(3-1) =3 (12)

Эти варианты структурных схем представлены в таблице. В результате их анализа становится ясно, что эти структурные схемы не обеспечивают четкой фиксация абразивного диска в плоскости реза-нияХУ. От этого недостатка можно избавиться, если кинематическую цепь замкнуть (полностью или частично). В этом случае использование винтовых кинематических пар со своими преимуществами (точность® перемещения на один ход за один оборот поворотного звена, самоторможением и пр.) будет вполне оправдано (рис. 9, 10). Возможны разновидности одноподвижных двухзвеньевых винтовых

01'руктуриая схема станка с двухзвеннш двухподвижннм механизмом лолдчи и одной даухшдвияшой кинематической нарой (ВЫ1)

Огруктурая схема станка с трехзвогошм двухподоижним механизмом подачи и двумя одно подвижными кинематическими парами (ВяЛ)

Рис. 8

Таблица

}Зозможше разновидности двухгодвшпшх трехзвеншх МП РАС о вращательными, поступательными и винтовыми парили

С двумя разными кинематическими парили С двумя одинаковыми кинематическими парями

ищ Ш Ш1 ЛИ ШП

ШхВх ВхШх ИхПх ПхНх ШхШх

ШхВу ВуШх ШхПу ПуШх ШуШх

ШхВг ВгШх ЕЫЬ ПгШх ШгШх

ЩуВх ВхШу ЩуПх ПхШу ШхШу

ШуВу ВуЩу ЩуПу ПуШу ШуШу

ШуВа ВгЩу ЩуПи ПгШу ШгШу

ШгВх ВхШа ШгПх Ы! ШхШг

ШиВу ВуПЬ ШгПу ЛуШг ШуШи

ПЬВа ВгШи ШгПа ПгШг ПЫПя

Структурные схемы некоторых предложенных станков с винтовой кинематической парой

i

ь-ь-

Рис. 10

механизмов. Столь большое число возможных вариантов структурных схем позволяет сделать полезный конструкторский анализ (из 513 вариантов). ' .

Полученные данные о количестве возможных вариантов при структурном синтеза позволяют осуществлять его в полном объеме, рассматривая все возможные случаи, а на только наиболее очевидные.

Изложенный подход применим и к многовариантным задачам уст-ранншя вредных избыточных связей структурных схем, что является следствием многовариантности целочисленного решения уравнения:

<1=М-6*пп + 5~#Р1+4*Р2+3*РЗ + &*Р4-+1*Р£ (13)

(здесь $ - число избыточных связей;/)/) - число подвижных звеньев; Р1, Р2, РЗ, Р4 и Р5 - число одно-, двух-, трех-, четырех- и пяти подвижных кинематических пар с пять», четырьмя, тремя, двумя и одной связями).

В работе приведены рациональные реализуемые варианты меха*-низмов из большого числа рассмотренных. Исходя из вышесказанного, видно, что механизмы движения и подачи играют большую роль в средствах малой путевой механизации, поэтому необходимо выбрать тип этих механизмов на основе рациональной с разных точек зрения компоновки. Для переносных станков с абразивными дисками рассмотрены и проанализированы следующие механизмы движения:, клиноре-менной механизм, развернутый на 90°; кливоременвой механизм; зубчатый конический механизм; фрикционный катковый конусный механизм. Из этих вариантов выбран фрикционный механизм, потому что осцилляция и подача выполняются вручную и необходима повышенная демпфирующая способность для компенсации неблагоприятных динамических эффектов, обусловленных переменностью силы резания.

Для создания рельсорезного абразивного станка с абразивным диском в главе сделан динамический расчет рассматриваемых станков как одномассовых систем.с гремя степенями свободы (рис. II). Ввиду голономности системы уравнения ее движения составляем в форме Лагранжа П рода: ■ _ •• „ ± п

а /32.) 5£ _ или 57\ вп_

гт = 0 цш +дд с* е* (14)

где {_, - функция Лагранжа систеш;

- обобщенные координаты систеш;

- ее обобщенные скорости;'

Структурно - расчетные схемы некоторых разработанных рольсо-

резшх абразивных станков

Рис. II

Т,Г) - кинематическая и потенциальная энергии систем; ф - диссипативная функция Рэлал (функция рассеивания); а - обобщенные силы системы; дА - дополнительные силы, включагацив обобщенную репктивную силу при интенсивном износе диска и пр. В результате анализа были уточнены следующие, важные для рациональной эксплуатации станков зависимости, положенные в основу методики расчета, проектирования и конструирования станков: скорость подачи:_

ХШ = Кп = уЭИЯ"; (15)

сила осцилляции, которую реализует оператор:

Удоп. - Уощу=т } -/л Рп ; ив)

скорость вращения диска:

Уд =(5500 1 йООО) 1/1 {п 1дк Вл ; (17>

производительность при разрезе рельса:

г-, АР 6л г-* йтИ/М При^< = £п2э:

[> Кстр Ккоистр КГ, кф и м

к К1т (ю)

(здесь £(] ZЭ=(5l6*<il + 0,58 *с12.) СЗУ _ критическая удельная сила подачи, соответствующая объемному разрушению зерен;{п2з-6,Х*ау$й критическая удельная сила подачи, соответствующая началу выкрашивания зерен; С ЗУ - количество зерая, взаимодействующее с разрезаемым рельсом на единице площади контакта; Кор ,КсгР .Кконстр ( Ктк, Кп - коэффициенты, зависящие от типа диска; их значения приведены в работе).

Средняя скорость подачи диска за один оборот:

г^/кь при ^п ^ 1пгэ;

^ПД =Кор Кстр Ккоистр Кп Кп уИ Vo.pl ^ _

«А? при £П. >1П2Э(19)

коэффициент резания:

^ = ГО,¿9 + ; 20

-п-

среднее за время первого разреза значение коэффициента шлифования, определяющего съем металла с разрезаемого рельса:

уР1 т/КЬ при{п$-£п2?:

К1 - \ТГТ КстрКконетр Ктк КпщМд _(21)

т К1)Ги при{п>£пгэ

среднее за время -го разреза значение коэффициента шлифования: . Л

средний момент сил сопротивления вращению диска:

Тс=Ге Л НА М о,5 ь ; (23)

средняя мощность двигателя:

Ра ^^МК М Уа/Ч (24)

Поскольку одно из важнейших требований к конструкции станка, обеспечивающей высокоа качество среза, состоит в обеспечении идеальной геометрия среза и, как выяснилось, зависит в первую очередь от устройства рельсового зашма 3 податливости системы, в заключение работы на основе комбинаторика были развиты вопросы конструирования сшлоустанавлявающихся регулируемых выполнений этих зажимов.

На основе рекомендаций и выводов работы был сделан рабочий проект нового рельсорезяого станка о абразивным отрезным диском и определена ого технико-экономическая эффективность.

ЗАКЛЮЧИМ!)

1. Анализ проблемы показал существенную взаимосвязь характеристик и параметров обрабатываемого рельса, рельсорезного абразивного диска, механизмов подача и дытаеняя диска, двигателя

и других элементов станка. При этом наг мелочей, и любое неудачно выполненное звано в указанной цепа, будь то узел крепления инструмента в станке или рельсовый зажил, приведет к ухудшению работы всего станка вплоть до невозможности обрабатывать высокопрочные рельсы; для получения рациональных решений рекомендуется использовать зависимости и предложения, изломанные в диссертационной работе.

2. В основу расчета сил и моментов сил, действующих на де-

-п-

тали, положена нелинейная обратная зависимость приведенного коэффициента резания от удельного усилия подачи и эмпирически найденные усредненные линейные и нелинейные зависимости между рассматриваемыми величинами.

3. Рациональным для резания высокопрочных рельсов с твердостью до 400 и более единиц НВ являются электрокорундовые армированные сеткой из стекловолокна диски на пульвербакелитовой связке с криолитом и упрочняющими добавками, зернистостью 0,5... 0,8 мм, средней твердости с выступающими зернами корунда на боковых поверхностях, с диаметром (300...500) мм и толщиной (3...4) мм, толщина диска уменьшается к центру.

4. Одноподвижяые и двухподвижные механизмы подачи станков (для лучшей возможности резания рельса небольшим по диаметру осциллирующим диском с двух сторон) выполняются самоустанавливающимися по развитому методу комбинаторного структурного синтеза механизмов без избыточных связей. '

5. Максимальная температура при разрезании имеет место на первых миллиметрах (как показали теоретическое и экспериментальное исследования), а потом уменьшается, поэтому вначале рельсы лучше резать с малой подачей.

в. Для уменьшения контактной температуры, толщины дефектного слоя, исключения прижогов, уменьшения износа диска и других нежелательных эффектов рекомендуем работать.в зоне взаимодействия диска с рельсом, где действует закон Кулона (в первые секунды разрезания), а потом в зоне, где действует закон Амовтона.

7. При использовании дополнительного движения в механизме подачи рекомендуется увеличивать частоту движения и уменьшать амплитуду именно при увеличении скорости резания.

8. Рациональный режим работы ставка должен иметь следующие характеристики: скорость резайяя% = 80...90 м/с, удельные силы подачи меньше 0,79 Н/мм*при £ < 10 о и.^Л больше

0,79 Н/ммгпри 1 > 10 с. /

9. При увеличении скорости резания и удельней силы подачи необходимо увеличивать частоту дополнительного движения и уменьшать его амплитуда, поэтому рекомендуется следующее: в первые и последние (5...15) секунды разрезания рельса £п < 0,51 Б/мм2 при 60^г 80 м/с; в остальное время {И > I Н/мм при &а<УА< 100 м/с.

Основные результаты работы отражена в следующих публикациях.

1. Ю с е ф Н. Ю. , С у х и х Р. Д. Расчет наибольшей контактной температуры при абразивном резании рельсов: Тез. докл. 52-ой студ. науч.-тех. конф. с участием молодых специалистов. - СПб., 1992. - I с.

2. Ю с е ф Н. Ю. О влиянии на работу переносных рельсо-резных абразивных станков "осцилляции" отрезного диска: Тез. докл. 53-ей студ. науч.-тех. конф. с участием молодых специалистов. - СПб., 1993. - I с.

3. Ю о е ф Н. Ю. Проектирование структурных схем переносных абразисных станков: Тез. докл. 53-ей студ. науч.-тех. конф. с участием мол о,дых специалистов. - СПб., 1993. - I с.

4. Ю с е ф Н. Ю. , Сухих Р. Д. О сопротивлении вращению абразивного диска рельсорезного станка: Сб. науч. тр. ДИТ. - СПб., 1992. - С. 25-26.

5. Ю с е ф Н. Ю. Переносные станки для абразивного резания рельсов и улучшение их работы за счет осцилляции режущих дисков. Часть I. - СПб., 1993. - 12 с. - Деп. в ВДИИТЭИ МПС.

6. Ю с е ф Н. Ю. Переносные станки для абразивного резания рельсов и улучшение их работы за счет осцилляции режущих дисков. Часть 2. - СПб., 1993. - 10 с. - Деп. в ЦНШТЭИ МПС.

7. Ю с е ф Н. Ю. Переносные отанки для абразивного резания рельсов и улучшение их работы за счет осцилляции рекущих дисков. Часть 3. - СПб., 1993. - 17 с. - Деп. в ЦНШТЭИ МПС.

8. Ю с е ф Н. Ю. , С у х и х Р. Д. Проблема совершенствования рельсорезных абразивных станков: Тез. докл. ПХУШ-й науч.-тех. конф. по вопросам путевого хозяйства. - СПб., 1992. -1с.

9. Ю с е ф Н. Ю. Основные результаты исследования рельсорезных абразивных станков: Тез. докл. ХШХ науч.-тех. конф. по вопросам путевого хозяйства. - СПб., 1993. - I с.

10. Ю с е ф Н. Ю. Совершенствование рельсорезных абразивных станков для ремонта и текущего содержания железнодорожного пути: Материалы межвузовской с международным участием научно-практической конференции, посвященной 20-летию СамИИТа "За технический прогресс на железных дорогах", Самара, 01- июля 1993 г. - Самара, 1993. - 1,5 с.