автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Особенности движения тележек электровоза ЭП1 в кривых малого радиуса и проблема снижения бокового износа гребней колес

ВВЕДЕНИЕ.

1, АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЧИН ИЗНОСА ГРЕБНЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ЛОКОМОТИВОВ В КРИВЫХ.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Исследование проблемы взаимодействия с рельсами колесных пар локомотивов в переходных и круговых кривых малого радиуса.

1.3. Мероприятия по снижению бокового износа гребней колес локомотивов и рельсов в кривых.

1.4. Цели и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛЕЖЕК ЭЛЕКТРОВОЗОВ 20 - 20 - 20 В ПЕРЕХОДНЫХ И КРУГОВЫХ КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА.

2.1 Постановка задачи.

2.2. Геометрия переходной кривой и системы координат, выбранные для исследования движения электровоза.

2.3. Определение углов между продольной осью кузова и касательными в мнимых шкворневых узлах.

2.4. Определение углов между продольной осью кузова и осью автосцепки.

2.5. Определение сил, действующих на кузов секции электровоза в переходной кривой.

2.6. Определение активных и инерционных сил, действующих на тележки секции электровоза.

2.7. Определение сил в зоне контакта "колесо-рельс".

2.8. Определение законов изменения обобщенных координат тележки в переходной кривой до момента касания гребнем наружного рельса.

2.9. Определение закона изменения обобщенной координаты тележки после касания гребнем наружного рельса переходной кривой.

2.10 Определение закона изменения силы нормального давления гребня колеса на рельс.

2.11 Определение закона изменения угла перекоса тележки, и силы давления гребня на рельс при движении в круговой кривой.

3. ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗНОСА ГРЕБНЕЙ ЛОКОМОТИВНЫХ КОЛЕС ПРИ ДВИЖЕНИИ В КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Анализ процесса разворота тележек в рельсовой колее переходной кривой.

3.3. Определение закона изменения разворачивающего момента в переходной кривой.

3.4. Влияние различных факторов на силу нормального давления гребня колеса на рельс в обычных условиях эксплуатации.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛЕЖЕК ЭЛЕКТРОВОЗА ЭП 1 В ПЕРЕХОДНЫХ И КРУГОВЫХ КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Описание регистрирующей системы и проведение эксперимента.

4.3. Обработка экспериментальных данных и методика регистрации положения локомотивных тележек в кривой.

5. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕЖКАМИ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Анализ устройств разворота тележек, принятых в качестве аналога.

5.3. Техническая сущность предлагаемого устройства автоматического управления тележками.

6. ТЕХНЖО - ЭКОНОМИЧЕСКЯ ОЦЕНКА ВНЕДРЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕЖКАМИ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ.

6.1. Постановка задачи.

6.2. Расчет экономии эксплуатационных расходов от использования электровозов с устройством автоматического управления тележками

6.3. Определение влияния сокращения времени простоя в ремонте на производительность электровоза.

6.4. Расчет величины полезного экономического эффекта.

6.5. Расчет интегрального экономического эффекта и срока окупаемости затрат.

6.6. Расчет индекса доходности и внутренней нормы доходности.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Комплекс исследований, выполненный в соответствии с поставленной целью и задачами позволил оценить влияние различных факторов на интенсивность бокового износа гребней локомотивных колес ЭП 1 в кривых малого радиуса и дать практические рекомендации по путям ее уменьшения.

В диссертации получено следуюп],ее:

1. Создана математическая модель движения тележек электровоза с осевой формулой 2о - 2о - 2о в криволинейных участках пути, позволяюпдая получить закономерности изменения угла перекоса локомотивной тележки и силы нормального давления гребня колеса на рельс в зависимости от параметров кривой, от параметров упругого проскальзывания колес, от геометрических, массовых и динамических параметров электровоза. Разработанная математическая модель, является универсальной, так как ее можно применять не только для условий движения в переходных кривых, но и для круговых кривых.

2. Разработанная математическая модель, реализована в виде программы для ЭВМ с использованием системы математического программирования Maple V Release 4. Программа позволяет решать системы дифференциальных уравнений выше первого порядка.

3. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что тележки электровоза ЭП 1 при входе в переходную кривую на первых метрах пути прижимаются гребнем набегающего колеса к наружному рельсу.

4. Установлено, что после прижатия к рельсу гребня набегающего колеса обратного отхода его не происходит на протяжении всей переходной кривой, а угол перекоса тележки плавно увеличивается, не достигая максимального значения, определяемого базой тележки и шириной рельсовой колеи.

5. Установлено, что сила нормального давления гребня на рельс увеличивается с увеличением угла перекоса тележки. В хордовом положении тележки, когда угол перекоса равен нулю, сила давления гребня на рельс становится минимальной. Доминирующим фактором, определяющим величину силы нормального давления гребня колеса на рельс, являются дополнительные составляющие касательных сил на поверхностях катания колес, возникающие в процессе перет-ч и о кашивания тележек. В круговой кривой тележки движутся в перекошенном положении с постоянным углом перекоса.

6. Установлено, что влияние наклонных тяг несущественно сказывается на процесс перекоса тележки и на силу давления гребня на рельс набегающего колеса.

7. Для трех тележечного экипажа с двухосными тележками установлено, что по мере удаления тележек от головы электровоза сила давления гребня набегающего колеса на рельс увеличивается, особенности подвешивания средней тележки мало сказываются на процесс разворота тележки в рельсовой колее.

8. Исследованы процессы перехода локомотивной тележки с прямого участка в переходную кривую и с переходной в круговую кривую.

9. Выполненный численный анализ с использованием разработанной математической модели позволил установить, что варьирование скоростью, возвышением наружного рельса, тяговой нагрузкой не приводит к существенному изменению силы нормального давления гребня колеса на рельс.

10. Установлено, что сила давления гребня на рельс незначительно уменьшается при увеличении ширины рельсовой колеи.

11. Особенно интенсивный рост величины силы давления гребня отмечается при уменьшении радиуса кривой ниже 500 м. Поэтому кривые радиусом менее 500 м нельзя рекомендовать для основных направлений железных дорог и для вновь проектируемых трасс.

12. Получено аналитическое выражение изменения разворачивающего момента в переходной кривой, на основе которого разработано устройство для принудительного разворота тележек в хордовое положение.

13. Предложенная методика регистрации положения локомотивных тележек в рельсовой колее при помощи видеокамер позволила подтвердить адекватность математической модели реально происходящему процессу вписывания электровоза в переходные и круговые кривые малого радиуса.

14. Разработано устройство для снижения интенсивности износа гребней колес и рельсов, предусматривающее удержание тележек в хордовом положении за счет управления величиной момента сил в механизме принудительного разворота. При определенных условиях можно полностью исключить перекос тележек локомотива и обеспечить близкие к нулю значения силы нормального давления гребня колеса на рельс. Разработка и внедрение предлагаемого устройства для снижения износа колес позволит уменьшить эксплуатационные расходы, связанные с обточкой и заменой колесных пар. На предлагаемое устройство оформлена и отправлена заявка о выдаче патента Российской Федерации на изобретение (№ 2000130022/(031895) Дата приоритета 30.11.2000 г.).

15. Выполненная оценка экономической эффективности показала, что при внедрении предлагаемого устройства интегральный экономический эффект за срок эксплуатации электровозов составит 33706,6495 тыс. руб. (на 13 электровозов), срок окупаемости 5,8 лет, индекс доходности 2,68, внутренняя норма доходности 39,5 %.

1. Андриевский СМ. Боковой износ рельсов на кривых / Труды ЦНИИ МПС, 1961, вып. 207.

2. Андриевский СМ., Крылов В.А. Сход колеса с рельса / Труды ЦНИИ МПС, 1969, вып. 393.

3. Баулин И. С. Лубрикация рельсов на железнодорожных кривых / Транс-желдориздат, 1945.

4. Балесков И. А., Кондратов В. А., Сорочкин Э. М. Исследование эффективности системы принудительного поворота тележек в снижении бокового воздействия локомотива на путь в кривых / Труды ВНИТИ, 1986, вып. 63.

5. Бирюков И. В., Бурчак Г. П., Федюнин Ю. П. Исследование причин повышенного износа гребней бандажей колесных пар электропоезда ЭР 22 и способов его уменьшения / Труды МИИТа, 1971, вып. 374.

6. Богданов В. М. Снижение интенсивности износа гребней и бокового износа рельсов / Железнодорожный транспорт, 1992, № 12.

7. Боковой износ рельсов и гребней колесных пар подвижного состава в кривых. / Под ред. В.Г. Григоренко, Хабаровск, 1991.

8. Boedecker. Die Wirkungen zwischen Rad und Schiene, Hannover, 1887.

9. Бромберг E. M., Вериго M. Ф., Данилов В. Н., Фришман М. А. Взаимодействие пути и подвижного состава / Под ред. М. А. Фришмана М.: Трансжелдориз дат, 1956.

10. Буйносов А. П. Повышения ресурса бандажей колесных пар электровозов в условиях эксплуатации Атореферат, 1992.

11. Буйносов A.n., Цихалевский И.С. Анализ износа бандажей с различными профилями поверхностей катания колес. / Тезисы докладов VI междунар. конф. "Проблемы развития локомотива строения" М., 1996.

12. Бурчак Г. П., Савоськин А. Н, Фрадкин Г. П., Коссов В. С. Методика моделирования движения рельсового экипажа по пути с искривленной осью / Труды МГУПС, 1997, вып. 912.

13. Вериго М. Ф. Расчет боковых сил, воспринимаемых рельсами при движении подвижного состава по горизонтальным неровностям. Научные доклады Высшей школы. "Лесоинженерное дело", вып. 1,1959.

14. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. / Под ред. М.Ф. Вериго. М.: Транспорт, 1986.

15. Вериго М. Ф. Причины роста интенсивности износа рельсов и гребней колес / ЦП ВНТО железнодорожников и транспортных строителей. М.: Транспорт, 1992.

16. Вериго М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава в кривых малого радиуса и борьба с боковым износом рельсов и гребней колес. М.: 1997.

17. Гарг В. К., Дуккипати Р. В. Динамика подвижного состава: Пер. с англ. / Под ред. Н. А. Панькина. М.: Транспорт, 1988.

18. Гребенюк М.П. Износ бандажей колесных пар / Электрическая и тепловозная тяга, 1990, N8.

19. Гребенюк М. П. Об условиях снижения износа гребней локомотивных колес / Вестник ВНИИЖТ 1991, № 2.

20. Гребенюк М. П. Взаимодействие тележки с радиальной установкой колесных пар и пути при движении в кривых / Автореферат 1991

21. Гребенюк М.П., Лейко H.H. Снижение износа гребней локомотивных колес, / Тезисы докл. II междунар. научно-техн. конф ."Актуальные проблемы развития жел. дор. транспорта". М., 1996.

22. Григоренко В.Г., Доронин СВ. Факторы определяющие износ колесных пар подвижного состава в кривых малого радиуса. Тезисы докладов XXXIX научно-технической конференции ДВГАПС, 1995.

23. Григоренко В.Г. Исследование причин интенсивного износа гребней локомотивных колес в кривых малого радиуса: Монография. Хабаровск: ДВГУПС, 1998.-90 с.

24. Данилов В. Н. Взаимодействие вагонов и стрелок при противошерстном движении на боковой путь / Вестник ВНИИЖТ 1959, № 3.

25. Данилов В. Н. Железнодорожный путь и его взаимодействие с подвижным составом. М., Трансжелдориздат, 1961.

26. Davies R. D. Same Experiments on the lateral oscilation of railway vehickles, -Joum. Inst. Civil. Eng., 1939, № 5.

27. De Pater A. D. Das dunamische Verhahen von Ersenbahnfahrzeugen in Gleisbogen. "Archiv fur Eisenbahntechnik Br. 10, 1957.

28. Динамика установившегося движения локомотивов в кривых / Под ред. СМ. Куценко. Харьков: Высшая школа, 1975.

29. Доронин И. С, Колесниченко А. И., Меркурьев А. Г. Математическая модель движения экипажей в кривых / Труды ВНИИ вагоностроения, 1973, вып. 22.

30. Доронин В.И. Кинематика колесной пары. Указатель ВИНИТИ "Депо-нир. рукописи", 1982.-N6.

31. Доронин С. В., Стецюк А. Е. Определение параметров вписывания электровозов серии ВЛ 80 в криволинейные участки пути: Учебное пособие. Хабаровск: Изд - во ДВГУПС, 2000. - 87 с: ил.

32. Дюнин А. К. О нормах проектирования и содержания железнодорожных кривых. Труды транспортно энергетического института ЗСФАН СССР, вып. 1, 1951.

33. Ершков О.П. Расчет поперечных горизонтальных сил в кривых // Тр. ВНИИЖТ., Вып. 301, -М.: Транспорт, 1966.

34. Карпущенко Н.И., Полякова Г.Г., Ликратов Ю.Н. Интенсивность бокового износа рельсов в кривых малого радиуса в зависимости от схем формирования и режимов вождения поездов на перевальных участках. / Труды НИИЖТа, 1977, вып. 185.

35. Carter F.W. On the Action of a Lokomotive Driving Wheel. Proc. of the Royal Socity of London, Series A., Vol, 112.

36. Carter F.W. On the Stabillity of Running ofLokomotives, Poroc. ofthe Royal Socity of London, Series A., Vol 121.

37. Кашников В. Н. Исследование входа экипажа в кривую с учетом неравноупругости пути в плане / Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. РИИЖТ, 1968.

38. Кашников В. И. Определение функции управления железнодорожным экипажем при входе в кривую / Труды РИИЖТ, 1975, вып. 115.

39. Кашников В. Н., Филоненков А. И., Вильданов Г. Г. и др. Решение системы неоднородных дифференциальных уравнений, описывающих вход экипажа в круговую кривую / Труды РИИЖТ, 1978, вып. 141.

40. Кашников В. Н., Филоненков А. И., Балесков И. А. и др. Расчет силовых факторов при управляемом движении тепловоза в кривых (одностороннее расположение силовых цилиндров) / Труды РИИЖТ, 1981, вып. 161.

41. Кашников В. П., Козубенко В. Г., Филоненков А. И. и др. Управлением движением железнодорожных экипажей в кривых / Труды ВНИТИ, 1984, вып. 60.

42. Кашников В.Н. Управляемое движение железнодорожных экипажей в кривых 5Д1астках пути // Проблемы механики железнодорожного транспорта: Тез. докл. наВсесоюз. конф. Днепропетровск. - 1984.

43. Кашников В. Н. Управление движением железнодорожных экипажей в кривых участках пути рельсовой колеи: Автореферат дис. док. техн. наук: 05.05.01/ЛИИЖТ.-Л., 1984.

44. Коняев А. П., Равич-Щербо Э. П. О некоторых способах улучшения динамических качеств локомотива // Вопросы локомотивостроения, технологии машиностроения и литейного производства. Львов.: Из-во Львовского уя - та, 1964.

45. Королев К. П. Вписывание паровозов в кривые участки пути. Труды ЦНИИ МПС, вып. 37, М., Трансжелдориздат, 1950.

46. Krolevwsli S. М. Model development for freight car dynamic curving simulation: M. S. thesis / M.J.T., Cambridge. Massachusetts, 1982. - 89 p.

47. Куценко С. М. Вписывание локомотивов в кривые участки железнодорожного пути. М., Машгиз, 1954.

48. Куценко СМ. Об устойчивости движения локомотивов // Вписывание локомотивов в кривые участки железнодорожного пути. Устойчивость движения локомотивов. -М.: Машгиз, 1954.

49. Куценко СМ. Установившееся движение локомотивов в кривых jAiacTKax железнодорожного пути // Вписывание локомотивов в кривые участки железнодорожного пути. Устойчивость движения локомотивов. М. : Машгиз, 1954.

50. Лазарян В. А. Исследование устойчивости движения рельсовых экипажей // Прикл. механика. 1977. - 13, № 10.

51. Ликратов Ю.Н., Карпущенко Н.И., Полякова Г.Г, Экспериментальное исследование скольжения колесных пар электровоза ВЛ10 / Труды НИ-ИЖТа, 1977, вып. 185.

52. Ликратов Ю.Н., Полякова Г.Г. Влияния вида подвижного состава на износ рельсов в кривых . // Надежность и эффективность работы железнодорожного пути в условиях Сибири и Казахстана, Новосибирск, 1980.

53. Линев С. А. Смазывание рельсов в кривых. Информационное письмо № 397, ВНИИЖТ, М.: Трансжелдориздат, 1956.

54. Лысюк B.C. Причины и механизм схода колеса с рельса. Проблемы износа колес и рельсов. М.: Транспорт, 1997. - 188 с.

55. Matsudeira Т. On the method of preventing the hunting of railway vechicles particulary of two-axle cars. ORE, Interim Report, 1960, № 2.

56. Медель Б. В. Исследование движения железнодорожных экипажей в кривых / Труды Томского электротехн. ин та инж. железно дор. транспорта, вып 20. М., Трансжелдориздат, 1955.

57. Медель В.Б. Взаимодействие электровоза и пути. М„ Трансжелдориздат, 1956.

58. Muller С. T. Dynamische Probleme des Bogenlaufes von Eisenbahnfahrzeugen. "Glasers Annalen". 1956, Br. 8.

59. Мелентьев Л. П., Цуркан И. Г. Снижение износа гребней колесных пар применением твердой смазки / Труды ВНИИЖТ, 1965, вып. 292.

60. Меншутин Н. Н. Исследование скольжения колесной пары электровоза при реализации силы тяги в эксплуатационных условиях. М.: Трансжел-дориздат, 1960.

61. Механическая часть тягового подвижного состава / Под ред. И.В. Бирю-кова-М.: Транспорт. 1992.

62. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М., 1999.

63. Никифоров Б. Д. Причины и способы предзшреждения износа гребней колесных пар / Железнодорожный транспорт, 1995, № 10.

64. Панский В. М. Исследование движения локомотивов в переходных и окружных кривых с включенными и выключенными тяговыми двигателями и тормозами. / Труды ЛИИЖТа "Повышение эффективности и надежности локомотивов", вып. 306,1970.

65. Панькин H.A. Причины интенсивного износа гребней колес и рельсов, пути его устранения. Железнодорожный транспорт, 1991, №11.

66. Перцев А. Н. О причинах износа колес и рельсов / Железнодорожный транспорт, 1998, №12.

67. Porter S.M. The Mechanics of a Lokomotive on Courved Tpack. Railway Engineer, 1934, vol. 7, N55.

68. Радченко H. A. Криволинейное движение рельсовых транспортных средств. Киев: Наукова думка, 1988.

69. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров H.H. Теория электрической тяги. -М.: Транспорт, 1983.

70. Ромен Ю. С. О движении железнодорожного экипажа в кривых участках пути "Вестник Всесоюзн. научно-исслед. ин-та ж.-д. транспорта", 1964, №6.

71. Ромен Ю. С. Вход в кривую железнодорожного экипажа. "Вестник Всесоюзн. научно-исслед. ин-та ж.-д. транспорта", 1965, № 7.

72. Ромен Ю. С. О нелинейных колебаниях железнодорожного экипажа в кривых произвольного очертания / Труды ЦНИИ МПС, 1967, вып. 347.

73. Ромен Ю. С. Исследование бокового воздействия подвижного состава на путь с применением электронных вычислительных машин / Труды ЦНИИ МПС, 1969, вып. 385.

74. Sachs G. Versuche uber die Reibung tester Кофег. Zeitschrift fur angewandte Math, und Mechanik, 1924, Bd. 4, H. 1.

75. Specht W. Neue Erkenntnibe uber Verschhbverhalten von Guterwa -gendrehgestellen, ZEV, Glasers Annalen, 1987, № 8. 271 280 S.

76. Sing S. P., Garg V. K. Nonlinear dynamic curving model of a six axle locomotive / Proceeding of the 8A lAVSD Symposium of the Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks, 1983, August 15 - 19 / M.I.T., Cambridge. - Massachusetts, 1983.

77. Татуревич А.П., Умнов М.И Исследование износа объемно-закаленных рельсов в условиях сложного плана профиля на перевальных участках. Труды ДИИТа, № 138, Днепропетровск, 1972.

78. Трофимович В. В. Динамика вписывания 2-х осных локомотивных тележек в переходные кривые/ Наука Хабаровскому краю. Мат - лы II краевого конкурса работ молодых ученых и аспирантов. Владивосток; Хабаровск; ДВО РАН, 2000. С. 49 - 60.

79. Фришман М, А. Исследования взаимодействия пути и подвижного состава методом киносъемки / Под ред. М. А. Фришмана М.: Трансжел-дориздат, 1953.

80. Фришман М.А., Орловский А.Н. Татуревич А.П. Результаты экспериментальных исследований поперечных горизонтальных сил взаимодействия пути и подвижного состава на перевальных участках / Труды ДИИТа, 1972, вып. 138.

81. Фришман М. А., Волошко Ю. Д., Данович В. Д., Понырко В. Н. Исследование на АВМ движения пассажирского вагона по переходной кривой / Труды ДИИТа, 1974, вып. 148.

82. Фришман М.А., Умнов М.И. Особенности взаимодействия экипажа и пути в кривых малого радиусов на перевальных участках. / Труды ДИИ-Та, 1974, вып. 151.

83. Фришман М.А. Как работает путь под поездами. М., транспорт. 1983.

84. Хейман X. Направление экипажей рельсовой колеей. М. : Трансжелдо-риз- дат, 1957.

85. Хохлов А.А. Об интенсивном износе гребней колесных пар / Тезисы докл, II Междунар. Научно-техн. конф. "Актуальные проблемы развития жел. дор. Транспорта". М., 1996.

86. Цеглинский К. Ю. Железнодорожный путь в кривых. М.: 1917.

87. Чернышев М. А., Крейнис 3. Л. Железнодорожный путь: Учебник для техникумов ж.-д. трансп. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1985.

88. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М.: 1969. - 536 с.

89. Uebelacker G. Unterssuchmlgen uber die Bewegung von Locomotiven mit Drehgestellen in Bahnkrummungen Beilage zum. Organ f. d. F. E. 1903, B, 40.

90. Ядрошникова F.F. 06 интенсивности износа и изменения формы головки рельса Р65 в процессе эксплуатации на перевальном участках. // Повышение надежности и эффективности работы жел. дор. пути на грузона-пряженных участках. Новосибирск, 1985.

91. А. с. № 799995, МПК В 61 F 5/38. Устройство для уменьшения направляющих усилий набегающих колес тележек локомотива / Л. В. Чудновец, Т. Л. Павленко; Л. В. Чудновец, Т. Л. Павленко. № 2751528/27 - 11; Заявлено 12.04.79; Опубл. 30.01.81, Бюл. № 4.