автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Повышение эффективности смазывания гребней колес тягового подвижного состава и рельсов

На правах рукописи

ГЛАЗУНОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

«ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗЫВАНИЯ ГРЕБНЕЙ КОЛЕС ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И РЕЛЬСОВ»

Специальность: 05.02.04 - Трение и износ и машинах

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

7 АВГ 2014

Ростов-на-Дону - 2014

005551636

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО РГУПС)

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Транспортные машины и триботехника» ФГБОУ ВПО РГУПС Майба Игорь Альбертович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

Кужаров Александр Сергеевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Химия» федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет»

Шолом Владимир Юрьевич - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Мехатронных станочных систем» Уфимского государственного авиационного технического университета,

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»

Защита состоится «07» октября 2014 г. в 11 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 при ФГБОУ ВПО РГУПС по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО РГУПС по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2 и на сайте http://www.rgups.ru.

Автореферат разослан 29 2014 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 218.010.02 д.т.н., профессор

И.М. Елманоп

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одной из основных проблем железнодорожного транспорта является обеспечение надежности всех элементов подвижного состава и пути. Наиболее напряженным узлом трения является пара «колесо-рельс», поскольку взаимодействие этих деталей одновременно происходит как по поверхностям катания, так и между гребнем колеса и боковой поверхностью рельса.

Основной причиной обточки колесных пар является износ гребней. В год обтачивается до одного миллиона колесных пар.

В настоящее время для снижения износа контакта «гребень колеса -рельс» согласно техническим требованиям ОАО «РЖД» на грузовых электровозах широко применяются лубрикаторы, использующие жидкие смазочные материалы (ЖСМ). Основной недостаток этих материалов -возможность попадание на поверхность катания, что снижает коэффициент сцепления.

Для устранения этого недостатка разработан пластичный смазочный материал (ПСМ) РАПС и устройство для его использования (ТУ 3183-00201116006-04). Однако применение ПСМ ограничено температурами (+7...+45 С), вместо требуемого диапазона (-45 до +50°С), что приводит к повышенному износу детали сопряжения.

Учитывая, что стоимость обточки одной пары составляет около восьми тысяч рублей, не считая затрат на преждевременный выход из строя подвижной единицы, вопрос повышения долговечности колесной пары, путем создания ПСМ с требуемым температурным диапазоном использования является актуальным.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение долговечности гребней колес тягового подвижного состава, на основе создания ПСМ, обеспечивающих эффективность действия в эксплуатационном температурном диапазоне пары «колесо-рельс».

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка физико-математической модели мобильной трибосистемы «грузовой электровоз, оснащенный бесприводными гребнерельсосмазывателями (далее ГРС) - железнодорожный путь».

2. Разработка и апробация методики трибомониторинга, позволяющей провести комплекс исследований триботехнических и температурных характеристик в трибопаре «колесо — рельс».

3. Разработка ПСМ, обеспечивающего эффективность действия в эксплуатационном температурном диапазоне работы тягового подвижного состава.

4. Проведение испытаний базового и разработанного вариантов смазочного материала в условиях работы грузового электровоза, оснащенного бесприводными лубрикаторами в эксплуатационном температурном диапазоне.

Объект исследования: мобильная трибосистема «грузовой электровоз, оснащенный бесприводными гребнерельсосмазывателями - железнодорожный путь».

Методика исследования: разработана физико-математическая модель «грузовой электровоз, оснащенный бесприводньми

гребнерельсосмазывателями - железнодорожный путь»; разработана методика трибомониторинга, позволяющая проводить комплекс исследований по определению триботехнических и температурных характеристик в системе «колесо - рельс»; применены методики симплекс - решетчатого планирования и планирования полного факторного эксперимента, на основе которых разработана новая рецептура ПСМ, обеспечивающая эффективность действия в исследуемом температурном диапазоне работы.

Научная новизна:

1. Разработана физико-математическая модель системы «грузовой электровоз, оснащенный бесприводными гребнерельсосмазывателями -железнодорожный путь», позволяющая установить коэффициенты перехода от натуры к модели исследуемой системы.

2. Разработан критерий подобия работоспособности ПСМ, характеризующий эффективность действия смазочного материала, для обеспечения идентичности процессов трения в контакте «гребень колеса -боковая грань головки рельса».

3. Используя симплекс - решетчатые планы типа «состав - свойство» и планирование полного факторного эксперимента разработаны рецептура ПСМ и конструкция оболочки ПСМ, обеспечивающие повышенный ресурс трибопары «гребень колеса - боковая грань головки рельса».

Практическая ценность.

1. Разработана и апробирована методика трибомониторинга, позволяющая проводить комплекс исследований по определению триботехнических и температурных характеристик компонентов ПСМ в системе «гребень колеса — боковая поверхность головки рельса».

2. Разработана система видеоконтроля, включающая идентификационный и регистрирующий блоки, и позволяющая исследовать процесс нанесения ПСМ на поверхность гребней колес тягового подвижного состава.

3. В результате проведенных промышленных испытаний, базового и разработанного вариантов конструкции ПСМ в условиях работы грузового электровоза, оснащенного бесприводными лубрикаторами, снижен расход разработанного ПСМ на 29,5% и повышен ресурс гребней колес на 28,4%.

Апробация работы. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в журналах, включенных в Российский индекс научного цитирования (elibrary.ru): «Трение и смазка в машинах и механизмах» (Москва 2012г., 2013г.); «Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения» (Ростов-на-Дону 2008г., 2010г., 2012г.).

Основные результаты исследований прошли апробацию на международных конференциях: «Механика и трибология транспортных

систем» (г. Ростов-на-Дону 2011 г.); всероссийских конференциях: «Транспорт-2004» (Ростов-на-Дону 2004 г.), «Транспорт-2005» (Ростов-на-Дону, 2005 г.), «Транспорт-2006» (Ростов-на-Дону 2006 г.), «Транспорт-2007» (Ростов-на-Дону, 2007 г.), «Транспорт-2008» (Ростов-на-Дону 2008 г.), «Транспорт-2009» (Ростов-на-Дону 2009 г.), «Транспорт-2010» (Ростов-на-Дону 2010. г.) и на областной выставке научно-технического творчества молодежи в разделе «Рационализаторы и конструкторы промышленности» (г. Ростов-на-Дону 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 5 работ в изданиях, утвержденных ВАК, 1 патент на изобретение РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, 1 приложения и 151 использованного литературного источника. Текстовая часть содержит 145 страниц машинописного текста.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. Майбе И.А., а также д.т.н., проф. Кохановскому В.А., д.т.н., проф. Шаповалову В.В., д.т.н., проф. Б.Б. Жмайлову, к.т.н., доц. A.JI. Озябкину за оказанную помощь при работе над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена актуальность исследуемой проблемы, сформулированы решаемые в работе задачи. Отмечена научная и практическая ценность разработанных теоретических и практических решений.

В первой главе определены конструктивные особенности ззаимодействия колесной пары с рельсом в кривой пути. Рассмотрены виды износа трибоконтакта «гребень колеса - боковая поверхность головки рельса». Проведен обзор основных технологий смазывания трибоконтакта «гребень колеса - боковая поверхность головки рельса». На протяжении многих десятилетий смазыванием гребней колес и рельсов занимались видные зарубежные и отечественные ученые: Чичинадзе A.B., Боудеи Ф., Доусон Д., Барц В., Геккер Ф.Р., Гриб В.В., Захаров С.М., Марков Д.П., Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Буше H.A., Кершенбаум В.Я., Фукс И.Г., Медель В.Б., Меркурьев Г.Д., Костецкий Б.И., Колесников В.И. и другие. Выполнена постановка задач исследований.

Во второй главе для обоснования адекватности лабораторных исследований натурным, выделена механическая система «грузовой электровоз, оснащенный бесприводными ГРС - железнодорожный путь» и разработана физико-математическая модель данной системы, что позволило установить коэффициенты перехода от натуры к модели. Разработана эквивалентная математическая модель передней набегающей колёсной пары (рис. 1), описываемая системой из 4 дифференциальных уравнений, учитывающих условия вписывания в криволинейный участок пути и конструктивные особенности грузового электровоза.

а) б)

Рис. 1 Эквивалентная схема передней набегающей колесной пары: а) поперечное направление; б) продольное направление

При вписывании в криволинейный участок пути наибольшие динамические нагрузки воспринимает колесо первой колесной пары, движущееся по внешнему рельсу. Перемещениями масс в вертикальной плоскости, а также галопированием пути можно пренебречь, т.к. при вписывании в кривую наибольшее влияние оказывают на грузовой электровоз поперечная и горизонтальная динамики.

Таким образом, мобильную трибосистему «грузовой электровоз, оснащенный бесприводными гребнерельсосмазывателями - железнодорожный путь» можно представить в виде семи массной эквивалентной схемы, которая в полной мере описывается по 4 координатам: в продольном и поперечном направлениях - Ох, Оу, угловых перемещениях - боковая качка (0) и виляние (у/), описанных в уравнении (1).

Дифференциальные уравнения движения тележки, оснащенной бесприводными ГРС с учётом приходящих на колёсную пару общих масс электровоза, внешних сил, действующих на них, и моментов инерций приведены ниже:

обозначив 1/4шз=т3' и 1/4 .Г|= I]':

m,x,+Cn(x,-xJ + Cn(x} -xu) + Fllsign(x1 -xj + ^signCx,-xJ + CJx,-x„) +

+CJx, -x„) + A (x, -xj + fljx, -*,,) = 0;

т,Уг + Cn{y, -yj + cjy, -yL,) + Fusign(y, -j>10) + Fasign(y, - yj + C„(y, - y„) +

+C„(y,-y„) + m, ~ *.) + A(A-yn) = \{H„-Plr -Yn -r„);

4

-V -A■ Cn(*> - ) + /. • C„{x, -ДГ,,) + (Z, + /,)C„-y„) + (Z, + /,)c„u -)■-

- /, ■ Fu- - ¿1, ) + Л • • siS" (*, - ■*„ ) + ( A + )Ft, ■ sign(y, - A. ) +

■ 3 + / ■ C,, (z, - *„) - /, • С,, (z, - z„ ) + / • Fu ■ sign(i, - ¿,„ ) - /j ■ ^ ■ j/gn (z, - ¿„) -

- К ' c„ (У, ~ У.«) ~ К ' cn U - Уп) ~ К ' Fn ' sign(y, - y„) - Л, ■ F„ • sign(y, - A,) + (1)

+ f, ■ C„ (z3 - z„) - /г ■ C„ (z, - z„) + / • A (¿, - ¿„)- Л ■ A (z, - i„) -

Приняты следующие обозначения: ml - масса кузова грузового электровоза; т3 - масса тележки фузового электровоза; m ¡о, гпц - массы колес грузового электровоза; т№ т19 - массы бесприводных ГРС стержневого типа, установленных на раме тележки грузового электровоза; т25, т2? - приведенная масса пути (масса рельса, шпалы и балласта, приходящиеся на 1 м пути); Сц, С¡2 - жёсткости контакта контактирующих масс тележек и колес грузового электровоза; С¡9, С2о - жёсткости контакта контактирующих масс тележек и бесприводных ГРС; Fu, F]2 - диссипативная сила на фрикционном гасителе колебаний тележек; /?7, ps - коэффициент демпфирования бесприводных ГРС, установленных на раме тележки при движении грузового электровоза. Для обеспечения идентичного натурному объекту вида изнашивания поверхностных слоев колеса и рельса разработана динамическая модель подсистемы «смазочный блок - ролик» (рис. 2).

Рис. 2 Модельное представление ФМС «смазочный блок - ролик»: 1-бесприводной гребнерельсосмазыватель; 2-смазочный блок; 3 — ролик, имитирующий колесо; 4-ПСМ; 5-оболочка блока; X - коэффициент

теплопроводности; а - коэффициент линейного расширения; р-плотность; Рев-сила собственного веса; F-скорость вращения ролика.

А та'кже для исследования триботехнических характеристик ПСМ выделена уже существующая подсистема «ролик - смазочный материал -ролик». 1

С целью разработки методики моделирования смазанного антифрикционного контакта при взаимодействии колеса с рельсом в кривой пути была проанализирована физическая модель системы «грузовой электровоз, ' оснащенный бесприводными ГРС - железнодорожный путь», позволяющая рассматривать работоспособность смазочных материалов £>min, в виде общей функциональной зависимости:

Зы. gradfyPk-4m-J^h-,Vcu-,(»-,A-,m-I0}, (2)

где N - нагрузка на гребень колеса, Н; VCK - скорость скольжения, м/с; Тк -температура окружающей среды; °С; I - линейный размер, м; t - время контакта, с; grad в - градиент температуры, °К/м; Рк - контактное давление, Па; t;m -динамическая вязкость смазочного материала, Па*с; T0g - толщина конструкции ПСМ, м; h - шероховатость поверхности, м; Уем - объём смазочного материала, м3; со - частота колебаний активных микрообъёмов поверхностей трения при введении в контакт ПСМ, Гц; А - работа внешних сил трения, Дж; m - масса активного микрообъема, кг; /о - интенсивность охлаждения, Вт/м2.

Для выполнения идентичности процессов трения, был разработан критерий подобия работоспособности ПСМ, характеризующий эффективность действия смазочных материалов.

Жг , (АН): (IJLLl^.^) = ^ = (3)

\Pll) yPv^ I I vCK) t}tTobVcuco где /i-работа внешних сил трения, Дж; h - шероховатость поверхности, м; ^„-динамическая вязкость смазочного материала, Па*с; То6 - толщина конструкции ПСМ, м; Vcm - объём смазочного материала; со - частота колебаний активных микрообъёмов поверхностей трения при введении в контакт ПСМ, Гц.

В третьей главе разработана методика экспериментальных исследований, описано лабораторное оборудование, приборы и программное обеспечение, которые использовались в данной работе.

Лабораторные исследования проводились в диапазоне температур

окружающей среды -25.......+50 °С.

При проведении исследований дополнительно осуществлялся постоянный контроль температуры поверхностей роликов при помощи бесконтактного термометра КЕЛЬВИН ИКС 4-20/5 3.

Проведение трибологических исследований на модернизированной машине трения 2070 СМТ-1 выполняется в 2 этапа: с разомкнутым и замкнутым силовым контуром (рис. 3).

Для исследования интенсивности изнашивания оболочки ПСМ используется схема «смазочный блок - ролик» (рис 4). Для исследования триботехнических характеристик ПСМ используется схема, моделирующая взаимодействие колеса с рельсом, представленная в виде 2-х цилиндрических роликов.

Рис. 3 Процесс проведения экспериментальных исследований: 1 - модернизированная машина трения 2070 СМТ-1; 2 - автоматизированная

система регистрации и обработки опытных данных; 3 - инфракрасный стационарный термометр КЕЛЬВИН ИКС 4-20/5; 4 - кабель для соединения с

компьютером; 5 - инфракрасное излучение; 6 - схема «смазочный блок -ролик»; 7 - схема «ролик - смазочный материал - ролик»; 8,9- полученные опытные данные; 10 - крепление термометра.

Рис. 4 Фото схемы «смазочный блок - ролик»: а) смазочный блок, б) ролик

В четвертой главе проводился комплекс экспериментальных исследований по определению триботехнических и температурных характеристик компонентов ПСМ в контакте «гребень колеса — боковая

поверхность головки рельса». На основе анализа априорной информации и опыта применения существующих смазочных материалов был выбран рациональный состав компонентов смазочного материала: стеариновая кислота, пеностекло, битум.

Трех компонентные задачи «состав — свойство» рациональнее всего решать на основе симплексных методов планирования экспериментальных исследований. Для этого был выбран насыщенный симплекс - решетчатый план для построения модели третьего порядка (тип 3.3). Поскольку выбор рационального состава ПСМ определяется целым рядом факторов, были отражены наиболее значимые из них, представленные в таблице 1.

Таблица 1 Выходы экспериментального плана

№ Наименование выходного параметра Размерность Обозначение

1 Коэффициент трения Безразмерная величина /

2 Расход ПСМ г/1000 км <7

3 Интенсивность изнашивания гребней колес мм/10000 км Ь

Таким образом, каждый отдельный эксперимент позволял получить информацию о коэффициенте трения, расходе ПСМ и интенсивности изнашивания гребней колесных пар электровоза.

На основании расчетов, полученных симплекс - решетчатым планированием сформированы модели выходных параметров. Для расхода ПСМ:

д = 259Х, + 288Л'2 + 292Х3 + 74,25Х,Х2 +74,25А',Х, -78,75Х2Х3 + +173,25Х, Х2 (X, -Х2) + 6,75Х,Х2 (X, - X,) -78,75Х2X, (Х2 - ЛГ3) +15,75Х2Хг;

Для интенсивности изнашивания гребней колес подвижного состава:

И = 0,43Х, + 0,381^, + 0,493Х3 -0,02475Х,Х! -0,\П5Х,Х,-0,\44Х2Х3 --0,24525Х,Х2(Х, -Х2)-0,7155Х,Х3(Х, -Х3) + 0,4545Х2Ху(Х2-Х2)-0,90225Х,Х2Х,; ^

Для коэффициента трения трибопары «ролик - смазочный материал -ролик»:

/ =0,1167ЛГ, +0,15Х2 +0,1 \ХЪ + 0,01418Х1Х2 + 0,23 692Х, Х3 +0,675Х2Х, + + 0,02767Х,Хг(X, -Х2)+0,60592Х,X,(X, -Х3)-0,1575Х2Х,(Х2 -Х3)-0,ШЩХ2Х3

Модели адекватны и имеют погрешность при расчетах не более 6 %. Графическая интерпретация изолиний приведенных моделей на одном симплексе представлена на рисунке 5.

Рис. 5 Выявление стационарной зоны рационального состава компонентов ПСМ

Зона рационального состава компонентов в смазочном материале

Битум

Пеностекло

Стеарлновая кислота

Трудоемкость построения изолиний по результатам ручного счета потребовала минимизации времени.

Для построения контурной схемы изолиний каждого выхода при различном сочетании компонентов смазочного материала была использована автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП), разработанная доктором технических наук Жмайловым Б.Б.

АСУТП представляет собой кроссплатформенную открытую программно-математическую среду для автоматизации и управления процессами технологической подготовки производства композиционных материалов с помощью технологий UML, Java, JBoss, Web-сервисов и В PEL.

На основании полученных моделей каждого выходного параметра в ограниченной области изменения концентрации компонентов ПСМ (4; 5; 6) и стационарной зоны рационального состава (рис. 5) определим методом Гауса точку пересечения изолиний каждого выходного параметра, где XI, Х2, ХЗ -соответственно содержание стеариновой кислоты, пеностекла и битума.

Получим следующее содержание компонентов смазочного материала: стеариновая кислота - 31, 91%, пеностекло - 10,79%, битума 57,3% при минимальной интенсивности изнашивания гребней колес 0,37 мм/10000 км.

При этом расход смазочного материала составил 288г/1000 км, а коэффициент трения-0,13.

Определим влияние на выходные параметры возможного 10% технологического разброса переменных факторов в ходе приготовления смазочного материала (см. таблицу 2).

Таблица 2 Различие интенсивности изнашивания гребней колес при допускном 10% технологическом разбросе состава

Компоненты ПСМ Рациональное содержание Технологический разброс

Переменные факторы Стеариновая кислота, % 31,91 31,37 32,45

Пеностекло, % 10,79 11,87 9,71

Битум, % 57,3 56,76 57,84

Выходные параметры Коэффициент трения 0,13 0,132 0,129

Интенсивность изнашивания гребней колес, мм/10000 км 0,37 0,374 0,368

Расход ПСМ, г/1000 км 288 281 292

Отличие рационального зыхода при технологическом разбросе состава, % Коэффициент трения - 1,5 0,77

Интенсивность изнашивания гребней колес - 1,08 0,54

Расход ПСМ - 2,43 1,39

Дальнейшее уточнение значений переменных факторов не ведет к существенному повышению точности зоны рациональных значений выхода.

Управляя содержанием пеностекла в ПСМ, мы обеспечиваем одновременно минимальную интенсивность изнашивания колес и минимальный расход ПСМ.

С целью выявления баланса наименьшей интенсивности изнашивания гребней колес при наименьшем расходе смазочного материала в установленной ограниченной зоне пересечения изолиний исследуемых параметров (рис. 5 и таблица 2), построим диаграмму влияния пеностекла на интенсивность изнашивания гребней колес и износ смазочного материала (рис. 6).

Интенсивность изнашивания гребней колес, мм/10000 км

А I\

Износ смазочного материала, мм/км

10,79 11,0

11,87 Содержание пеностекла, %

Рис. 6 Влияние пеностекла на интенсивность изнашивания гребней колес и износ смазочного материала

На основании проведенных утонченных исследований получена наименьшая интенсивность изнашивания гребней колес 0,371* 10"4 мм/км при наименьшем износе ПСМ 1,04 мм/км, а коэффициент трения составил 0,13. При этом содержание пеностекла в ПСМ при соблюдении пропорций стеариновой кислоты 32% и битума 57% составило 11% (рис. 6).

ПСМ помещен в полиэтиленовую трубку, которая формирует смазочный блок. Полиэтиленовая оболочка придает жесткость всему смазочному блоку и должна изнашиваться, обеспечивая требуемый расход ПСМ при достаточном смазывании контактной зоны.

Используя полученные данные при определении рационального состава ПСМ, необходимо управляя интенсивностью изнашивания оболочки смазочного блока, добиться такого ее износа, который не снижал эффективности действия ПСМ.

Управлять интенсивностью изнашивания устройства, удерживающего ПСМ (оболочки) можно вводя в состав оболочки более жесткий компонент, например меловую добавку в разном процентном соотношении к оболочке и варьируя толщиной оболочки. Исходя из изложенного, были выбраны диапазоны варьирования упомянутых факторов для полного факторного

Используя формулы перехода и потенциирования, запишем полученную модель в натуральных переменных:

экспериментального плана 22.

/ = 9,433С~0,317Лг

-0,664

(7)

где С - содержание меловой добавки, %; Ы - толщина оболочки, мм.

График полученной зависимости представлен на рисунке 7.

Рис. 7 Зависимость интенсивности изнашивания оболочки смазочного материала I от ее толщины N и содержания меловой добавки в ней С.

Модель адекватна и обеспечивает погрешность расчетов не превышающую 2%.

Анализ модели интенсивности изнашивания оболочки ПСМ (7) и графика на рисунке 7 позволил установить, что наиболее интенсивное изменение изнашивания оболочки происходит при минимальном количестве мелового наполнителя. С ростом его количества величина интенсивности изнашивания повышается незначительно. Количественная оценка этого фактора доказывается сравнением градиентов интенсивности изнашивания оболочки по оси процента наполнителя.

25,52 -21,73 -> 1,5 > 21,73- -19,49 >6,6> 19,49- -18,01

0,5- 0,83 0,83 -1,17 1,17 -1,5

Следовательно, рациональной величиной содержания минерального наполнителя (мела) в оболочке считаем 5%.

Управление износостойкостью оболочки может быть осуществлено и

подбором толщины оболочки. Модель интенсивности изнашивания оболочки ПСМ при содержании минерального наполнителя (мела) в полиэтилене 5% имеет вид:

I = 11,753ЛГ°-664

Управляя интенсивностью изнашивания оболочки ПСМ, варьируя ее толщиной при содержании минерального наполнителя (мела) в оболочке 5%, получаем необходимую сбалансированную с расходом смазочного материала, толщину оболочки ПСМ, равную 1,2 мм.

В пятой главе проводились промышленные испытания новой разработанной рецептуры ПСМ.

Промышленные испытания проводились в период с 2011 по 2012 годы на участке Северо-Кавказской железной дороги Сальск-Тихорецкая в температурном интервале окружающей среды от -25 до +50 °С на электровозе серии ВЛ80Т-№819, оснащенном бесприводными ГРС и телевизионно-цифровым комплексом. Зона лубрикации представлена на рис. 8 картинкой видеозаписи.

На картинке видеозаписи процесса лубрикации гребня колеса смазочным материалом в форме блока представлены 1 - гребень колесной пары, 2 - бандаж. 3 - смазочный слой, 4 - смазочный блок, 5 - ГРС - 20.07.

Рис.8 Картинка видеозаписи процесса лубрикации гребня колеса смазочным

материалом

В результате проведенных промышленных испытаний (рис. 9) получаем, что расход ПСМ (РАПС-О) обеспечивает эффективность действия в диапазоне температур окружающей среды от -25 до +50 °С. В ходе испытаний было установлено, что смазочный материал новой рецептуры менее

температурозависим по сравнению с аналогами при смазывании пары «колесо ■ рельс» в исследуемом температурном диапазоне.

-25 О 25 50

Температур3 окружающей средь,', С

«аазардпс

СС-1

Рис. 9 Определение эффективности смазывания смазочных материалов РАПС, СС-1 и разработанного образца в исследуемом температурном

диапазоне (-25... .+50°С) Предлагаемый смазочный материал обеспечивает расход в среднем на 29,5 % меньше используемого нормативного. Основным показателем эффективности применяемого материала и способа смазывания является интенсивность изнашивания гребней колес. Сравнение этого показателя приведено на рисунке 10.

5 2 = 28 я «

II7

| г &

£ §5

и*

а -

й » 2

8,2

45

Кй:

0 I

Без Опытный смазывания

РАПС

СС-1

Рис. 10 Интенсивность изнашивание гребней колес при разных условиях смазывания в интервале температур от -25 до +50°С (локомотив ВЛ80Т-№819)

Анализ результатов показывает, что предлагаемый смазочный материал обеспечивает снижение интенсивности изнашивания гребней колес на 28,4%.

Общие выводы и рекомендации

1. На основе методики комплексного физико-математического моделирования выделена механическая система «грузовой электровоз, оснащенный бесприводными ГРС - железнодорожный путь» и разработана физико-математическая модель данной системы, что позволяет установить коэффициенты перехода от натуры к модели, разработана принципиально новая подсистема трения «смазочный блок - ролик», позволяющая исследовать триботехнические характеристики оболочки смазочного материала; установлен критерий работоспособности смазочных материалов, характеризующий эффективность действия смазочных материалов в рабочем диапазоне температур.

2. Предложен и реализован комплекс экспериментальных исследований, позволяющий определить триботехнические характеристики компонентов ПСМ в широком диапазоне рабочих температур трибопары «колесо-рельс» и дополнительно оснащенный инфракрасным стационарным пирометром бесконтактного типа.

3. На основании симплекс-решетчатых, полнофакторных экспериментальных планов установлен рациональный состав трехкомпонентного смазочного материала (пеностекла 11%, стеариновой кислоты 32%, битума 57%) и конструктивные параметры его оболочки (толщина оболочки ПВД 1,2 мм, содержание меловой добавки в оболочке 5%), обеспечивающий равномерный расход смазочного материала в целом, установлены основные триботехнические закономерности работы смазочного материала с новым составом компонентов и его параметры: расход смазочного материала 288 г/1000 км, интенсивность изнашивания гребней колес 0,371*10"4 мм/км и коэффициент трения 0,13.

4. Проведены промышленные испытания эффективности применения разработанного смазочного материала в Ремонтном локомотивном депо Сальск-Грузовое Дирекции тягового подвижного состава СКЖД, показавшие удовлетворительную сходимость с результатами лабораторных исследований, и эффективность предлагаемого смазочного материала по сравнению с используемым: интенсивность изнашивания гребней колес снижена на 28,4% и расход смазочного материала снижен на 29,5% и разработан телевизионно -цифровой комплекс трибоконтакта «гребень колеса - боковая грань головки рельса», включающий идентификационный и регистрирующий блоки и позволяющий исследовать процесс нанесения смазочного материала на гребни колес тягового подвижного состава.

Основные положения диссертации опубликованы в работах: Статьи в рецензируемых научных э/сурналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Глазунов Д.В. Активизация сцепления в системе «колесо-рельс» на основе применения модификаторов трения нового поколения / И.А. Майба, Д.А. Данилейко, Д.В. Глазунов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения - 2008. - №3 - С. 5-12. (Личное участие - 33%).

2. Глазунов Д.В. Диагностика работы гребнерельсосмазывателя при помощи телевизионно-цифрового комплекса / И.А. Майба, Д.В. Глазунов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2010. - № 3 - С 24-29. (Личное участие - 45%).

3. Глазунов Д.В. Разработка оптимального состава смазки, повышающего термостойкость смазочных стержней РАПС / И.А. Майба, В.А. Могилевский, Д.В. Глазунов, В.М. Приходько, И.С. Морозкин // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2012 - № 2. -С. 34-41. (Личное участие - 20%).

4. Глазунов Д.В. Эксплуатационные исследования твердых оболочечных смазочных стержней с использованием бесприводных гребнерельсосмазывагелей / Д.В. Глазунов // Трение и смазка в машинах и механизмах.-2012,-№5. С.23-28

5. Глазунов Д.В. Методика исследования трибологических характеристик компонентов смазочного блока, работающего в трибоконтакте «колесо - рельс» /Д.В. Глазунов // Трение и смазка в машинах и механизмах. -2013 - №3 - С.32-37

Доклады и тезисы докладов на конференциях:

6. Глазунов Д.В. Исследования процессов трения во фрикционных системах с твердыми смазочными стержнями/ Майба И.А., Глазунов Д.В. // Юбилейный сб. научно-методических трудов преподавателей и студентов факультета ДСМ, посвященный 50-летию факультета. - Ростов н/Д, 2004. - С. 58 - 61. (Личное участие - 45%).

7. Глазунов Д.В. Стенд для моделирования технологии лубрикации стержневыми гребнерельсосмазывающими системами / Майба И.А., Глазунов Д.В. // Сб. тез. Всерос. науч.-практич. конф. «Транспорт-2004» - Ростов н/Д, 2004. - 4.2. -С. 29-30. (Личное участие - 45%).

8. Глазунов Д.В. Технологическая оптимизация системы гребнерельсосмазывания / Майба И.А., Глазунов Д.В. // Сб. тез. Всерос. науч.-практич. конф. «Транспорт-2005». - Ростов н/Д 2005. - 4.1. - С. 262. (Личное участие - 45%).

9. Глазунов Д.В. Создание смазочного материала для климатических зон с отрицательной температурой окружающей среды, работающего в бесприводных системах лубрикации / Майба И.А., Глазунов Д.В. Хачатуров Х.М. // Сб. тез. Всерос. науч.-практич. конф. «Транспорт-2006». - Ростов н/Д, 2006. - 4.2 - С. 35 - 38. (Личное участие - 33%).

10. Глазунов Д.В. Аналогия, имитирующая процесс истирания

оболочечных смазочных элементов на модернизированной установке 2070 СМТ-1М / Майба И.А., Глазунов Д.В. // Сб. тез. Всерос. науч.-практич. конф. «Транспорт-2007». - Ростов н/Д, 2007. - 4.1 - С. 130-131. (Личное участие -45%).

11. Глазунов Д.В. Исследование процессов истирания смазочных элементов, используемых для контакта «колесо-рельс» /Майба И.А., Данилейко Д.А. Глазунов Д.В. // Сб. тез. Всерос. науч.-практич. конф. «Транспорт-2007». -Ростов н/Д, 2007. - 4.1 - С. 132-134. (Личное участие - 33%).

12. Глазунов Д.В. Методика определения потребности твердых смазочных элементов при смазывании контакта «колесо-рельс» / Глазунов Д.В. // Сб. тез. Всерос. науч.-практич. конф. «Транспорт-2008». - Ростов н/Д, 2008. -4.1 - С. 269-270.

13. Глазунов Д.В. Телевизионно-цифровой метод оценки смазывания контакта «колесо-рельс». /Майба И.А., Глазунов Д.В, Данилейко Д.А. // Тр. Всерос. науч.-практич. конф. «Транспорт-2009». - Ростов н/Д, 2009. - Ч. 1 - С. 361. (Личное участие - 33%).

14. Глазунов Д.В. Трибологические исследования контакта «колесо-рельс» телевизионно-цифровым методом. / И.А. Майба, Д.В. Глазунов, A.A. Мироненко // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения - 2010. - № 3. - С. 87-90. (Личное участие - 33%).

15. Глазунов Д.В. Повышение эффективности лубрикации пары трения «колесо-рельс». / И.А. Майба, Д.В. Глазунов // МежДунар. научи, конф. Мехтриботранс-2011 - Ростов н/Д : РГУПС, 2011. - С.290-294. (Личное участие -45%).

Патент

16. Пат. 2278367 Российская Федерация, МПК G01M 10/10. Стенд для моделирования технологии лубрикации стержневыми гребнерельсосмазывающими системами [Текст] /. Майба И.А., Кирюшкин A.B., Замыцкий A.A., Глазунов Д.В., Грузин Г.С., Хачатуров Х.М., Мижирицкая С.Н.; заявитель и патентообладатель Майба Игорь Альбертович (RU), Кирюшкин Александр Викторович (RU). - № 2004107056/11; заявл.09.03.2004; опубл. 20.06.2006, Бюл. № 17. -7с.: ил. (Личное участие - 10%).

ГЛАЗУНОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗЫВАНИЯ ГРЕБНЕЙ КОЛЕС ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И РЕЛЬСО

Специальности: 05.02.04 - Трение и износ в машинах

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 1&0?. 2014. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Ризографня. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100. Заказ

Ростовский государственный университет путей сообщения. Ризография ФГБОУ ВПО РГУПС.

Адрес университета: 344038, Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2