автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Колесная пара дифференциального вращения для вагонов метрополитена

На правах рукописи

винник

Леонид Владимирович

УДК 629.424.1.001

<\/

КОЛЕСНАЯ ПАРА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ ДЛЯ ВАГОНОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1997

Работа выполнена на Заводе по ремонту электроподвижного состава (АО «ЗРЭПС») Московского метрополитена и в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Юрий Павлович БОРОНЕНКО;

доктор технических наук Юрий Семенович РОМЕН

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Анатолий Николаевич САВОСЬКИН; кандидат технических наук, доцент Сергей Викторович УРУШЕВ

Ведущее предприятие — АО «Октябрьский электровагоноремонтный завод».

Защита состоится 24 октября 1997 г. в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 114.03.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения (190031, С.-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 5-407).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан « .

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

Б. В. РУДАКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема интенсивного износа гребней колес подвижного состава и бокового износа рельсов является одной из самых острых на сети железных дорог и метрополитена нашей страны и за рубежом. Ее решение напрямую связано с развитием и внедрением ресурсосберегающих технологий, что характерно для направленности исследований в Этой области во всем мире.

Задача уменьшения износа в системе колесо-рельс является частью общей проблемы взаимодействия подвижного состава и пути. Оптимизация указанного взаимодействия не только улучшает экологические и износные параметры в системе экипаж-путь, но и ведет к экономии энергетических затрат на тягу.

Цель работы - разработка и научное обоснование применения колесных пар дифференциального вращения (КПДВ), с посадкой обода с зазором на центр колеса , для уменьшения проскальзывания в контакте с рельсом и снижения износа колес и рельсов.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие

задачи:

- разработать конструкции колёсных пар с посадкой обода с зазором на колёсный центр;

- создать математическую модель, описывающую извилистое движение КПДВ и изучить особенности движения таких колес;

- провести комплекс динамических испытаний для подтверждения возможности применения КПДВ на тяговом подвижном составе;

- оценить перспективы применения КПДВ и обосновать технико-экономическую целесообразность их применения.

Метод и последовательность исследования. Для достижения указанной цели проведены конструкторские и научно-исследовательские проработки, общая схема выполнения которых предусматривает создание технического проекта и изготовление КПДВ, разработку математической модели в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений, которые решались методом численного интегрирования, проведение натурного эксперимента, разработку прогнозов и экономических оценок.

Научная новизна диссертации определяется тем, что в ней:

«разработан принципиально новый способ и конструкция колесной пары с применением посадки обода с зазором на центр колеса для снижения проскальзывания колес по рельсам и улучшения тягово-динамических параметров подвижного состава;

• разработана математическая модель экипажа с КПДВ, учитывающая нелинейные зависимости сил крипа и влияние тягового момента и момента сопротивления движению сил крипа;

• уточнены уравнения движения колесной пары с учетом продольной силы трения гребня о рельс и предложен способ расширения нелинейной теории Джонсона для получения падающей кривой сцепления.

Практическая ценность и реализация работы:

• новая конструкция КПДВ уменьшает интенсивность износа системы колесо-рельс и улучшает тягово-динамнческие характеристик и рельсового экипажа;

• созданы и испытаны на вагонах метрополитена два варианта посадки обода с зазором на центр на базе цельнокатанных и подрезиненных колес.

Апробация. Результаты проведенных исследований докладывались на международных конференциях в Днепропетровске (1996 г.), в Москве (1996 г.), в С.-Петербурге (1997 г.), а также неоднократно рассматривались и получили одобрение на технических советах Завода по ремонту подвижного состава (ЗРЭПС), Московского метрополитена и др. организаций, докладывались на научных и научно-технических конференциях и семинарах МГУПС, ПГУПС. РГОТУПС, ДГУПС и др.

Публикации. По результатам исследований автором единолично и в соавторстве опубликовано 14 статей и др. материалов, в том числе получено 2 положительных решения на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав (с выводами по каждой главе), общих выводов по результатам рпГюп.г. списка литературы из 168 наименования, в том числе 107 инссфпнных источников, и четырех приложения, в том числе сводки основных условных обозначений, используемых в работе. В тексте общим объемом 151 стр. содержится одна таблица и 41 иллюстрация.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы и сформулированы основные задачи исследования.

Проблема уменьшения износов в системе экипаж - путь и, как следствие, - уменьшения расходов на тягу лежит не только в области взаимодействия подвижного состава и пути, но и в такой фундаментальной области механики как изучение контакта тел при их взаимных перемещениях. В этой области фундаментальных и прикладных исследований, включая вопросы динамики подвижного состава, известны работы таких отечественных ученых как H. Е. Жуковский, В. А. Лазарян, В. Б. Медель, М. Ф. Вериго, И. И. Челноков, И. П. Исаев, И. В. Крагельский, Е. П. Блохин, И. В. Бирюков, А.Л. Голубенко, В.Н. Котуранов, А.Я. Коган, О. П. Ершков, Ю. М. Лужнов, А. Н. Савоськин, М. Л. Коротенко, Ю. С. Ромен, В. Ф .Ушкалов, В. Д. Хуси-дов, Г. П. Бурчак, В. М. Богданов, И. И. Галиев, Ю. В. Демин, А. А. Кама-ев, В. А. Камаев, С. М. Куценко, M. М. Соколов, и др., а также зарубежных ученых, таких как Ф. Картер ( F. W. Carter), Ж. Калкер (J.J.Kalker), В. Гарг (W .К. Garg), Р. Дуккипати (R. V. Dukkipati), Ф. Фредернх (F. Frederich), Р. Жоли (R. Joli), Р. Мюллер (R. С. Muller), О. Кретек (О. Krettek), Ж. Элкинс (J. A. Elkins), Б. Эйхоф (В. M. Eickhoff) и др.

С 1989 г. ВНИИЖТ с привлечением вузов железнодорожного транспорта и научно-исследовательских проектно-конструкторских организаций и слет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по выяв-

лению причин обострения проблемы износа гребней колес и рельсов и разработке мер борьбы с ним.

Сформировались несколько направлений решения этой проблемы:

• создание и внедрение технических средств, технологий и смазочных материалов дан смазки гребней колес и рельсов;

• совершенствование режимов текущего содержания пути и ходовых частей подвижного состава, включая модернизацию тележек, наплавку и упрочнение гребней колес;

• разработка новых конструкций пути и подвижного состава, обеспечивающих оптимальные условия их взаимодействия и т. п.

Наибольший успех достигнут в первом из упомянутых направлений, некоторые результаты есть и в третьем, но проблема в целом не нашла окончательного решения.

Настоящая диссертация направлена на решение проблемы по третьему из указанных направлений. Работа заключается в анализе известных конструктивных мероприятий, направленных на улучшение взаимодействия колес с рельсами, создании конструкции колесной пары позволяющей уменьшить величины проскальзывания в системе колесо - рельс, в проведении расчетов эффективности ее применения и в проверке работоспособности конструкции на подвижном составе метрополитена.

Исследования проводились на основе предложений, выдвинутых автором в процессе совершенствования конструкций вагонов метрополитена на

ЗРЭПС. Ряд теоретических разработок и экспериментов выполнен совместно с ВНИИЖТ, ПГУПС и МГУПС.

Конструктивные разработки КПДВ послужили основой для проведения научных исследований и позволили изготовить и успешно испытать несколько вариантов таких колесных пар.

В первой главе рассматриваются современные направления в конструировании ходовых частей подвижного состава и теоретические зависимости, положенные в основу математических моделей взаимодействия колеса и рельса. В этих направлениях выполнено большое количество теоретических исследований, разработаны многочисленные конструкции тележек с радиальной установкой колёсных пар, конструкции колёсных пар с независимо вращающимися колёсами, с разрезными полуосями, соединёнными пассивными и активными элементами. Однако, эти разработки не решают до конца проблему снижения износа колёс и рельсов.

В диссертации подробно анализируются эти направления и обосновывается перспективность тележек с КПДВ. Предложена колесная пара , реализующая принцип упруго-диссипативной связи между колесами с помощью сравнительно простых конструктивных средств.

Основной особенностью новой колесной пары является то, что обод, устанавливается на колесном центре с зазором, а установка колесного центра выполняется так же, как и на серийной колесной паре. Дифференциальное вращение обеспечивается наличием упруго-диссипативной связи между ободом и колёсным центром, создающей возможность проворота обода относи-

тельно центра. В этом случае неизбежное проскальзывание для компенсации разности путей катания наружных и внутренних пар колесо-рельс частично уходит с поверхности катания внутрь колеса н осуществляется на площадке контакта центра с внутренней поверхностью обода, что должно привести к уменьшению рассеивания энергии в системе и, следовательно, - к уменьшению износных процессов по двум причинам:

• пятно контакта в зоне центр-обод примерно на два порядка больше, чем в зоне обод-рельс, и, следовательно, контактные напряжения существенно меньше, так как контакт пары центр-обод проходит при близких, одинаково направленных радиусах кривизны, в то время как в паре обод-рельс эти радиусы имеют разное направление и значительно отличаются по величине;

• контакт центра с внутренней поверхностью обода осуществляется в условиях масляного клина и более высокой чистоты контактирующих поверхностей.

Для изучения динамических свойств и выбора рациональных параметров конструкции с КПДВ было произведено уточнение математической модели извилистого движения колесной пары, возникающего при взаимодействии с путем.

В работе принята модель, допускающая возможность учета износа сводов колесных пар путем использования понятия эффективной комичности, базирующегося на описании очертания поперечного сечения ободов дугами окружностей. При движении в области малых значений крипов учишвиктя все коэффициенты Ж. Калкера: продольного и поперечного крипов. а тякас

спина и поперечного крипа от спина. Процедура вычисления всех коэффициентов Калкера реализована в программном обеспечении, что позволило использовать в дальнейшем нелинейные соотношения теории К. Джонсона при больших крипах.

На основе критического анализа зарубежных публикаций произведено уточнение выражений некоторых инерционных, гравитационных и гироскопических членов дифференциальных уравнений движения. Во второй главе диссертации описана конструкция предлагаемого колеса. В одном из вариантов (рис.1) колесная пара содержит ось 1 и колеса 2 (на рисунке показано одно из колес колесной пары). Ступица 3 каждого колеса 2 с натягом насажена на ось 1, а обод 4 по меньшей мере одного колеса имеет посадку с зазором на колёсный центр, допускающую возможность их взаимного вращения. Внутренняя поверхность этого обода 4 и контактирующая с нею поверхность обода 9 выполнены в виде поверхностей 5 вращения. Обод 4 здесь представляет собой кольцо с поверхностью катания 6 имеющего внутренний уступ 7, которое установлено на ободе 9 с гарантированным зазором посредством упорного кольца 8, размещённого на противоположной относительно уступа 7 стороне и предотвращающего излишнее осевое движение обода 4.

Упорное кольцо 8 крепится к ободу 9 колёсного центра крепежными элементами 10 и выполнено разрезным, причем это кольцо имеет выступ //, прижатый к диску 12 ступицы 3, а его наружная поверхность 13 входит в

кольцевой паз 14, выполненный в наружнем ободе колеса и своим торцом 15 предотвращает осевое смещение обода.

Рис.1

Описанная колесная пара работает следующим образом. В момент начала движения от привода начинает вращаться ось 1 колесной пары, а вместе с нею начинает вращаться и колесный центр колеса 2 и обод 4. Поскольку момент, создаваемый силами трения между поверхностями 5 обода 4 с ободом 9 под действием силы тяжести транспортного средства не меньше, чем крутящий момент, передаваемый на ось 1, то обод 4 с ободом 9 будет вращаться как одно целое. Рельсовый экипаж начнет двигаться как и при обыч-

пых колёсах. Уступ 7 обода 4 и торец 15 поверхности 13 упорного кольца 8 будут воспринимать осевые нагрузки и предотвращать излишнее осевое движение обода 4.

При прохождении кривых участков пути, при вилянии и относе в прямой, обод 4 проворачивается относительно обода 9, компенсируя разность скоростей в точках контакта колес и рельсов. При разных по величине (вследствие коничности, износа или по Заводским причинам) диаметрах обода 4 колесной пары возникает аналогичное явление. То же самое происходит при движении по неровностям пути или при смещении колесной пары относительно оси пути, когда пути, проходимые разными колесами одной колесной пары с насадкой бандажа на ободе натягом, были бы неодинаковые.

Третья глава посвящена разработке математической модели движения КПДВ. Особенностью модели является необходимость учета возможности проворота обода относительно колёсного центра. Возникающий при этом момент сопротивления Моц зависит от вертикальной силы П , передаваемой от оси на рельс, материалов соприкасающихся тел, шероховатости их поверхностей, типа смазки, а также от характера распределения нормального давления по поверхности контакта.

Если считать, что Моц имеет фрикционную природу, то величина этого

момента трения в зависимости от распределения нормального давления оценивается пределами:

гчрП<Моцй\,5тгцрП,

где- Гц - радиус центра, П - давление на колесо.

Нижний предел соответствует гипотезе передачи давления " в точке", верхний - равномерному распределению по полуокружности.

Если принять распределение давления по тригонометрическому закону

при дуге охвата то Моц = —/Д1 гц , т.е. подбором у и гц можно обеспечить условие А/оц > Л/тяги = ¥ Пгй, где - У- коэффициент сцепления, г0-радиус колеса по кругу катания. Поэтому введение КПДВ может не изменить предельного значения тягового момента М т.

В работе математически смоделированы и реализованы два вида характеристики Моц: нелинейная диссипативная (типа крипа) и упруго-

фрикционная. Выбор между этими альтернативами может быть сделан на основе стендовых и натурных испытаний.

Введение КПДВ приводит к увеличению числа степеней свободы колесной пары, поскольку центр и обод могут иметь разные угловые скорости вращения. Кроме этого, при набегании колеса на рельс появляется (обычно не учитываемые!) продольная сила трения Н^у где" ^ру' поперечная реакция рельса, вызывающая ускорение вдоль оси пути. Поэтому для каждой колесной пары необходимо еще рассматривать координату подергивания. Таким образом колесная пара рассматривается как система с 6-ю степенями свободы (рис.2).

При реализации задачи на ЭВМ использован программный комплекс, основанный на представлении формируемой модели в виде совокупности твердых тел конечных размеров, загруженных произвольной системой сил, зависящих от времени, объединенной линейными и нелинейными связями в единую механическую систему. Работа с указанным комплексом не требует записи коэффициентов инерционной диссипативной и упругих матриц, поскольку формирование модели производится автоматически в ЭВМ.

Исходной информацией являются геометрические инерционные и упру-го-диссипатавные характеристики системы.

Использование методов механики относительного движения позволило создать единую модель системы пригодную для исследования движения как ьа прямой так и на кривой произвольного переменного радиуса. В последнем случае в совокупность внешних сил введены переносные силы инерции, выражения сил н моментов сил крипа записаны с учетом переносных скоростей скольжения, а деформации связей буксового и центрального подвешивания определены с учетом кривизны пути.

Для возможности оценхи взаимосвязи сил крипа, тяги и торможения извилистое движение колесных пар рассмотрено с учетом приложенного вращающего момента и момента сопротивления движению. При этом использована нелинейная теория К.Джонсона, скорректированная с целью получения падающей характеристики при значениях суммарных крипов, превышающих предельное значение, соответствующее полному насыщению. Причем, само условие насыщения определяется на основе всех составляющих

линейной теории Калкера: продольного, поперечного крипа и спина, а так же с учетом тягового момента. Численный анализ полученной математической модели осложняется тем, что относительные углы и угловые скорости прово-рота пары обод-центр, весьма малы, а определяются как разности больших чисел.

Для избежания высокой "жесткости" системы дифференциальных уравнений, описывающей движение системы в работе выполнено отделение малых изменений угловых скоростей вращения элементов колесной пары относительно оси у„ (см .рис.2) от сравнительно большой величины собственной угловой скорости вращения колесной пары как целого со^ = v га.

В результате в работе создана и программно реализована методика анализа колебаний вагона метрополитена с КПДВ как системы с 33 степенями свободы, позволяющая оценивать устойчивость н динамические качества системы в прямых и кривых участках пути при произвольных возмущениях.

Предложенная модель позволила более точно определять показатели износа, связанные со скоростями скольжения обода по рельсам.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований вагона метрополитена с КПДВ. Объектом испытаний, проводившихся ВНИИЖТ при непосредственном участии автора, был вагон метрополитена, оборудованный КПДВ, изготовленными на ЗРЭПС, который входил в сплотку из трех вагонов.

В соответствие с целью исследований в прямых и кривых (радиусы 4(Юм, 600м и 1200м) участках пути действующей линии Ясенево - Теплый с mi Московского метрополитена измеряли и регистрировали показатели горизонтальных и вертикальных колебаний в эксплуатационном диапазоне скоростей движения 20-80 км/ч. Одновременно оценивали тяговые и тормозные свойства вагона. Всестороннее определение тяговых и тормозных характеристик может быть проведено только о процессе эксплуатационных испы-

таний после пробега не менее 15 тыс. км, которые проходят в настоящее время.

Основной целью экспериментов было определение работоспособности КПДВ и исследование ее влияния на динамические показатели вагона, и безопасность движения, а также на возможности компенсации проскальзывания колес по рельсу. В процессе испытаний рассматривались вертикальные прогибы буксовой ступени подвешивания, поперечные перемещения рамы тележки относительно буксы, боковой относ кузова относительно тележек и виляние тележки относительно кузова, силы в болтах редуктора, рамные силы, силы в поводках, а также провороты обода.

В результате опытных поездок были получены максимальные значения величин, которые наносились на графики в виде совокупностей точек максимально наблюденных значений величин. Сопоставление этих графиков с графиками амплитуд динамических процессов, полученных в предыдущих испытаниях на вагонах с обычной колёсной парой, проведенных ВНИ-ИЖТом в 1979-1980 гг., позволило дать заключение о динамических качествах и безопасности движения вагона, оборудованного КПДВ.

Установлено, что по величине и характеру колебаний и дннамнческн.ч сил в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также по запасу устойчивости колеса против схода с рельсов опытный вагон не отличается от вагона на тележках с обычными колёсными парами, т. е. введение КПДВ не ухудшает показателей динамических качеств вагона. Проведенные дннамнчс-

ские испытания в силу их кратковременности не позволили оценить характер износных процессов в серийном и опытном подвижном составе.

В процессе испытаний фиксировался также проворот обода относительно центра колес. На рис. 3 приведены графики таких проворотов при движении вагона по обратным кривым радиуса 400 м со скоростями от 20 до 80 км/ч. На этом рисунке отчетливо видно изменение направления проворота при изменении кривизны оси пути.

Прямая вставка между обратными кривыми находится на оси абсцисс между 120 и 140 м. Поэтому на участке 0-120 м угол проворота увеличивается, а после 140 м начинается его уменьшение.

Для проверки работоспособности узла обод-центр при больших значениях тягового момента был проведен эксперимент по определению проворота обода в режиме "усиленной тяги", когда тяговый момент величиной 6,55 кНм при движении секции из трех вагонов был приложен только к одной оси. В этом случае также не обнаружено срывов сцепления центра относительно обода. Зафиксированные провороты достигают 60° на 500 м. пути, носят плавный характер и их максимальная интенсивность составляет до 40° на 100 м пройденного пути, что соответствует скорости относительного проскальзывания 0,003.

В результате идентификации параметра вязкого трения, входящего в выражение момента Моц в соединении обод-центр на основе натурного эксперимента получены значения коэффициента демпфирования, которые были использованы для численных экспериментов. .

25 20 15 10

. 5

I. М

0 -5 -10 -15 -20 -25

20 40 60 80 ЮО *120 140 160 *180 200 220 240

40

60

Рис.3.

В расчетах определялся показатель износа, основанный на энергетических соображениях; при этом за характеристику износа принята мощность кр.ша Г^-куе'. Таким образом, согласно принятому критерию, характеристика износа пропорциональна квадрату крипа, т.е. уменьшение величины крипа является эффективным способом снижения износа.

Была проведена серия расчетов некоторых характеристик извилистого движения вагона метрополитена. Система с серийными колёсными парами сравнивалась с системой, имеющей односторонние КПДВ, по абсолютным величинам продольного и суммарного крлпов. Рассматривалось движение со скоростью 25 м/с в прямой без неровности в положении нормальной поперечной установки. При этом вращающий моменг составлял 1.47 кНч дд* обеспечения постоянной заданной скорости. Рстулыаш ркчетп иокти-

вают, что в случае посадки с натягом все колёса имеют одинаковое значение продольного крипа, соответствующее величине вращающего момента.

Введение односторонней КПДВ нарушает симметрию системы, появляется относ колёсной пары, который приводит к отличиям в угловых скоростях вращения обода и центра, в связи с чем продольные крипы левого и правого колёс становятся разными (КПДВ осуществлена на 2-м и 3-м колесах). Виляния колёсных пар вызывают виляние тележки и в результате разность крипов увеличивается. Со временем различие в величинах крипов колёс одной колёсной пары уменьшается, т. е. существует установившийся режим движения с отличными от нуля величинами относов и виляний и одинаковыми крипами колёс.

Исследовалось влияние горизонтальной неровности оси пути на величины продольных и суммарных крипов для тех же двух по разному конструктивно оформленных систем. Дри этом в качестве возмущения были приняты детерминированные неровности пути в плане с одинаковой! амплитудой 0,001 м и с длинами волн 1,56м; 3,12м и 6,25м. Такие длины неровностей значительно отличаются от длины волны свободного виляния колёсной пары и из-за этого более заметно проскальзывание в контакте колеса и рельса. Величина неровностей была выбрана так, чтобы не выбирался зазор между гребнем обода и рельсом. Даже при такой м^лой амплитуде неровности, изменение суммарного крипа значительно отличается от синусоидального, что можно объяснить "выходом" силы на нелинейную часть зависимости силы от крипа.

Добавление тягового момента резко изменило характер суммарных крипов, поскольку насыщение наступает при меньших величинах крипов, связанных с извилистым движением. При этом обнаружено, что в рассматриваемом случае срыв сцепления в контакте обода и центра не возникает. Таким образом, движение вагона по пути с неровностями "малых" амплитуд, не вызывающих выбор зазора между гребнями обода и рельсами, показало, что продольный и суммарный крипы в системе с посадкой с зазором меньше, чем при серийном исполнении колёсных пар, что обеспечивает снижение износа на 20 - 30 %.

Расчеты показали также, что установившееся движение в кривой 350 м вагона на серийных колесных парах происходит с большим углом набегания на наружный рельс, чем при КПДВ. В силу особенностей конструкции тележки характеризующейся большой жесткостью буксовых связей, величины поперечного крипа, в несколько раз превышают величину продольного. В связи этим различие в величинах суммарных крипов набегающих колёсных пар незначительно и составляет всего 6 - 9 %, в то время, как для ненабегающих колёсных пар такое различие достигает 25 %. Поэтому наибольший эффект от применения посадки с зазором может быть получен при установке колёсной пары в положение, близкое к радиальному, когда поперечный крип минимальный.

Пятая глава посвящена перспективам применения колесных пар с КПДВ. Показано, что ориентировочная стоимость КПДВ на 5 % превосходит стоимость обычной колёсной пары, а экономический эффект использо-

вания КПДВ зависит от сферы применения. Для пассажирского движения ожидается увеличение скоростей движения, для городского и пригородного движения возможна экономия энергии, уменьшение шума и износов в кривых и т.д. Предполагается, что наибольший эффект применение КПДВ может дать при двусторонней схеме (оба колеса). Усиление эффекта от применения таких колес возможно на тележках с радиальной установкой. Описаны основные направления продолжения работ.

Вагон метрополитена с колесными парами с двусторонней КПДВ, в настоящее время проходит подготовку к динамическим испытаниям.

Разработана конструкция КПДВ для вагона трамвая и ведется подготовка к испытаниям его в эксплуатационных условиях. Разрабатывается КПДВ без использования болтовых соединений. Создан стенд для испытания локомотивных колес с КПДВ. На этом стенде тормозной момент предусматривается создавать с помощью колодочного тормоза. Разработана измерительная система, позволяющая контролировать вертикальное давление на колесо, горизонтальную реакцию рельса при развитии силы тяги, силы между колесом и тормозными колодками, скорости вращения обода и центра, температуры обода.

Стендовые испытания позволят, уточнить модели взаимодействия обода с рельсом и обода с центром, Кроме того, предстоит провести ресурсные испытания.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

1. Одним из направлений снижения износа колес и рельсов и уменьшения сопротивления движению является применение колесных пар дифференциального вращения. Разработанная конструкция такого колеса допускает возможность проворота обода относительно колёсного центра, что обеспечивает частичное выравнивание продольных крипов в точках контакта колес колёсной пары с рельсами при извилистом движении экипажа и проходе кривых.

2. Описание извилистого движения КПДВ следует выполнять с учетом влияния тягового момента иа насыщение сил крипа, учитывая разные угловые скорости левого и правого ободов, оценивая влияние колебаний относа и виляния на величины крипов и реализуемой силы тяга.

3. Разработанная модель извилистого движения экипажа в прямых и кривых участках пути с КПДВ, позволяет достаточно точно вычислять характеристики его движения.

4. По динамическим качествам, вагон, оборудованный односторонней КПДВ не уступает серийному вагону.

5. Проворот обода относительно центра происходит с малой относительной скоростью и достигает 20-25" на прямом участке пути протяженностью около 300 м, 40° в кривой на спусхе 35°« длиной 100 м и 80" в режиме усиленной тяги. Это показывает, что проскальзывание из зоны котами колеса с рельсом частично переходит в зону контакта обода с центром колеса, имеющую необходимые трнбологнческие свойства.

6. Введение односторонней КПДВ нарушает симметрию системы и вызывает установившийся относ колёсной пары. Поэтому целесообразно в дальнейшем исследовать свойства симметричной системы с двухсторонней посадкой обода с зазором на колесный центр.

7. Экономический эффект от применения КПДВ возможен за счет уменьшения сопротивления движению и снижения износа колес и рельсов, и может составить 28 млн. руб. (в ценах 1991 г.) на возможный объём перевозок Московского метрополитена, с учётом неподготовленности депо к обслуживанию новых колёсных пар на начальном этапе их внедрения.

8.Применение колесных пар с посадкой обода с зазором на центр колеса перспективно на различных видах подвижного состава. В настоящее время под руководством автора ведутся работы по применению таких колес для трамвайных и грузовых вагонов а также для электровозов. .

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 .Колесная пара транспортного средства..3аявка №92022342/11 (023251) от 01.07.94. Решение о выдаче патента от 07.02.96 (соавтор А.М.Фридберг)

2.Тележка рельсового транспортного средства. Заявка Кг95115786/11 (026915) от 07.09.95. Решение о выдаче патента от 09.07.96 (соавтор А.М.Фридберг)

3.Пути улучшения тягово-дннамических характеристик подвижного состава. Сб.ВИНИТИ №9. (Деп. в ЦНИИТЭИ МПС РС№6040-жд96). С.59, М. 19%

4.Возможность уменьшения износа колес и рельсов в метрополитене. Тезисы докл. IX Междунар. конф. "Проблемы механики ж.-д. транспорта". ДГТУ (ДИИТ), 1996, Днепропетровск

5.Воздействие на путь подвижного состава с колесными парами дифференциального вращения. Тезисы докл. I Межвуз. научно-методич. конф. "Актуальные проблемы и перспективы развития ж.-д. транспорта". РГО-ТУПС.М., 1996

6.Исследование движения вагона метрополитена с ходовой посадкой ободов колес на центры колесных пар. Тезисы докл. VI Междунар. научно-технич. конф. "Проблемы развития локомотивостроения". МЛРЗ, М., 1996 (соавтор Г.П.Бурчак)

7.Динамические параметры вагона метрополитена с колесными парами дифференциального вращения. Тезисы докл. II Междунар. научно-технич. конф. "Актуальные проблемы развития ж.-д. транспорта", т. II. МГУПС, М., 1996 (соавтор Ю.С.Ромен)

8. Методика испытаний экипажа, имеющего колесные пары с фрикционными связями колес. . Тезисы докл. II Междунар. научно-технич. конф. "Актуальные проблемы развития ж.-д. транспорта", т. 11. МГУПС, М., 1996 (соавторы М.Кондрашов, В.В.Кочергин, А.Н.Камышин)

9.Исследование взаимодействия пути и вагона метрополитена с колесными парами дифференциального вращения. Юбил. сб. научн. тр. "Фундаментальные проблемы динамики и прочности подвижного состава", вып. 883, МГУПС, М., 1996 (соавтор Ю.С.Ромен)

Ю.Модель для описания извилистого движения колесной пары с посадкой кольца на центр с зазором. Юбил. сб. научи, тр. "Фундаментальные проблемы динамики и прочности подвижного состава", вып. 883, МГУПС, М., 1996 (соавтор, Г.П.Бурчак)

11.Расчеты крипов при качении железнодорожного колеса с посадкой кольца на центр с зазором. . "Фундаментальные проблемы динамики и прочности подвижного состава", вып. 883, МГУПС, М., 1996 (соавторы В.И.Сакало, Г.П.Бурчак, А.В.Курашов)

12.Снижение износа колес и рельсов метрополитенов на базе применения колесной пары дифференциального вращения. Тезисы докл. III Между-нар. научно-практич. конф. "Проблемы промышленного и городского рельсового транспорта". ПГУПС, Спб, 1997

13,Оценка напряженно-деформированного состояния колесной пары дифференциального вращения. Тезисы докл. III Междунар. научно-практич. конф. "Проблемы промышленного и городского реЛьсового транспорта". ПГУПС, Спб, 1997 (соавтор А.М.Фридберг)

14.Исслеяование колесных пар дифференциального вращения. Сб. на-учн. тр. «Конструкционно-технологическое обеспечение надежности колес рельсовых экипажей» ПГУПС СПб. 1997г.(соавторы А.М.Фридберг,

Ю.С.Ромен, Ю.П.Бороненко, А.А.Битюцкий)

—— ..... —

Автор выражает благодарность главному хонструктору АОЗТ ЗРЭПС Фридбергу A.M. - за многолетнее творческое сотрудничество, кандидатам технич. наук В.М.Кондрашову, В.В.Кочергйну, А.Н.Камышину - за помощь в испытаниях, профессору Г.П.Бурчаку за постоянное внимание к работе и ценные советы.

Подписано к печати ЛЗ.<Р.6Л997 г. Усл. печ.л. 1,6

Печать офсетная. Бумага......Формат.....I/16

Тираж 100 зкз. Заказ и

Тип. ПШС 190031 С-Петорбург, Московский пр.,9