автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение износостойкости колес железнодорожного подвижного состава путем уменьшения выщербинообразования на поверхности катания

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

Оф и Ц0СФ2/

НАХИМОВИЧ ИРИНА АЛЕКСЕЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ КОЛЕС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПУТЕМ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫЩЕРБИНООБРАЗОВАНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2000

Работа выполнена на кафедре «Строительная н теоретическая механика» в Ростовском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель- член корреспондент РАН, доктор технических

наук, профессор В.И.КОЛЕСНИКОВ

Официальные оппоненты- Доктор технических наук, профессор

Л.В.БАЛОН

Кандидат технических наук П.В.ГУБАРЕВ Ведущее предприятие- Северо-Кавказская железная дорога

Защита диссертации состоится « » Ф&сР^б?'/?.-*? » 2000 г. в УЗтЭс? час. на заседании диссертационного совета Д 114.08.01 при Ростовском государственном университете путей сообщения.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу: 344038, г.Ростов-на-Дону, пл. им. полка Народного Ополчения, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » « 2000 г.

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

М.Л.ЛИВШИЦ

0зл-ом..ш.оч3о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ'

Актуальность работы. Рыночные методы управления требуют экономии всех видов ресурсов. Наиболее металлоемкими и дорогостоящими элементами железнодорожного подвижного состава являются колеса, обеспечивающие эффективную работу железнодорожного транспорта и безопасность движения. На железных дорогах страны значительно возросло количество отцепов в ремонт пассажирских вагонов из-за износов и дефектов на поверхности катания колес. Восстановление геометрии профиля катания колес методом обточки в./ большинстве случаев ведет к сокращению расчетного срока службы колесной пары на З0...40%.

На фоне снижения числа тормозных дефектов наблюдается рост контактно-усталостных повреждений и износов, обусловленных, с одной стороны, недостаточной механической прочностью колесной стали в сравнении с рельсовой сталью, с другой, - некачественной сборкой тележек как грузовых, так и пассажирских вагонов.

Наиболее интенсивно поверхностные повреждения проявляются у колес, оснащенных композиционными тормозными колодками. Указанием МПС от 24.08.1994 г. №К-716-У «во исполнение Постановления Коллегии МПС от 06.04.1994 г. №10, основываясь на выводах и предложениях ВНИИЖТ, в целях снижения повреждаемости в эксплуатации колес, парк пассажирских вагонов, обращающихся со скоростями движения свыше 120 км/ч», переоснащен с композиционных на чугунные тормозные колодки.

Статистический анализ дефектов колес, поступивших на обточку поверхности катания в пассажирские и грузовые депо СКЖД в 1994... 1998 г.г. показал, что уровень повреждаемости колес после внедрения рекомендаций постановления остался практически без изменений.. Повреждаемость выщербинами находится на одном уровне у колес грузовых вагонов, изготовленных из стали I марки и эксплуатирующихся в настоящее время с композиционными колодками, и у колес пассажирских вагонов II марки стали (ГОСТ 24182-80), работающих с чугунными колодками, несмотря на существенные различия в условиях их эксплуатации. Как показала практика, повышенный износ и выщербинообразование не столько зависят от типа колодки (чугун, композит), сколько от специфики работы колесных пар в условиях эксплуатации, свойств колесной стали и состава композита колодки, неблагоприятно влияющего на состояние поверхности катания колеса.

До настоящего времени не-?; ясности в объяснении причин возникновения дефектов на поверхности катания колес. Анализ теоретических исследований и экспериментальных данных указывает на неопределенность и противоречивость существующих точек зрения на механизм образования поверхностных дефектов колес. В связи с этим назрела' необходимость в проведении комплексных исследований с целью установления причин

возникновения дефектов на поверхности катания и разработки мероприятий по их устранению.

Цель работы. Цель настоящей работы заключается в исследовании механизма образования дефектов на поверхности катания колес в процессе эксплуатации и в разработке мероприятий по повышению стойкости колес к этим дефектам.

Основные задачи исследования. Для повышения стойкости колес к поверхностным дефектам и износу в диссертационной работе решались следующие задачи.

1. Сбор и статистическая обработка данных по повреждаемости колес грузовых и пассажирских вагонов.

2. Установление влияния эксплуатационных факторов на износ поверхности катания колес.

3. Исследование механизма трещинообразования на поверхности катания колес на основе механических и металлографических испытаний образцов, изготовленных из поврежденных колес.

4. Разработка аналитического метода исследования механизма усталостного трещинообразования.

5. Проведение лабораторных испытаний стальных образцов с различными прочностными параметрами в установленном режиме нагружения.

6. Исследование процессов, происходящих в зоне сопряжения колеса с тормозной колодкой, разработка композиционного материала для тормозной колодки с заданными свойствами.

7. Проведение эксплуатационных испытаний тормозных колодок серийного производства и опытных.

8. Подсчет экономической эффективности от внедрения опытных колодок.

Научная новизна. Решена важная народнохозяйственная задача повышения стойкости колес к износу и поверхностным дефектам за счет улучшения прочностных характеристик колесной стали и использования композиционного материала для тормозных колодок с заданными свойствами.

На защиту выносятся:

1. Результаты анализа повреждаемости колес железнодорожного подвижного состава.

2. Установленные закономерности влияния эксплуатационных факторов на изнашиваемость колес железнодорожного подвижного состава.

3. Методика лабораторных испытаний.

4. Обоснование основного механизма изнашивания колес.

5. Рекомендации по выбору характеристик колесной стали.

6. Установленные закономерности между свойствами материала тормозной колодки и повреждаемостью колес дефектами. Рекомендации по

использованию композиционного материала для изготовления тормозных колодок с заданными свойствами.

Практическая ценность работы:

доказана необходимость введения дополнительного контроля за качеством сборки тележек пассажирских и грузовых вагонов при изготовлении и после ремонта;

рекомендована для изготовления колес сталь, прошедшая дополнительную термическую обработку в виде гомогенизации, с повышенными содержанием углерода и прочностными характеристиками;

- предложен состав полимерного материала, для производства композиционных железнодорожных колодок, обладающий отрицательной трибозарядкой, повышенными коэффициентом трения и износостойкостью.

Реализация результатов работы. По предложенной технологии изготовлена опытная партия тормозных композиционных колодок, которые были установлены на электропоезде Ростов-Азов. Эксплуатационные испытания, проводимые с февраля по август 1999 года, показали, что средний прокат колес, работающих с опытными колодками, меньше, чем при работе с серийными чугунными и композиционными колодками соответственно на 22 % и 30 %. Установлены высокая стойкость опытных колодок к износу и отсутствие видимых дефектов на поверхности катания колес.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и одобрены на научно-технических конференциях:

1. II международная конференция «Износостойкость машин», Брянск,

1996 г.

2. «Физико-химические основы трения и износа фрикционных пар трения колесо-рельс». «Трибэнерго-98», I международная конференция с использованием электронных средств связи, Москва, 1998 г.

3. «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении», Ростов-на-Дону, 1998 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано десять научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы. Работа содержит 176 страниц, 59 рисунков, 12 таблиц, библиографический список литературных источников из 129 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность рассматриваемой проблемы и дана общая характеристика работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрено состояние вопроса повреждаемости колес железнодорожного подвижного состава поверхностными дефектами и износами. Обоснована необходимость в проведении статистических исследований для установления основных видов износа и поверхностных дефектов. На основании анализа работ российских и зарубежных ученых установлено, что для создания высокой стойкости металла колес к износу и к контактно-усталостным повреждениям следует изготавливать колеса из стали с повышенным содержанием углерода, прошедшей термообработку для получения необходимой твердости. Замечено, что в действующих стандартах на колесные й бандажные стали нашел отражение подход, согласно которому основным процессом при разрушении поверхности катания колес является выкрашивание закаленных участков. Поэтому ГОСТом установлена для колес железнодорожного подвижного состава для борьбы с тормозными дефектами малоуглеродистая сталь, менее склонная к закалке, чем высокоуглеродистая сталь.

На протяжении нескольких десятилетий цельнокатаные колеса грузовых и пассажирских вагонов изготавливались по ГОСТ 10781-64 из одной марки стали с содержанием углерода 0,5...0,65 %. Термической обработкой устанавливалась твердость поверхности катания 248НВ. В действующем стандарте (ГОСТ 10791-89) содержание углерода в первой марке стали для колес пассажирских вагонов занижено до 0,44...0,52 % для обеспечения сопротивляемости тормозным повреждениям. Необходимая прочность и твердость достигаются введением в сталь легирующих добавок ванадия, измельчающих зерно. Модальные значения прочих компонентов в новом стандарте практически не изменены. Необходимо отметить, что такое же содержание ванадия применяется в рельсовой стали I группы (ГОСТ 24182-80), только содержание углерода в рельсах значительно превышает содержание углерода в колесной стали. Для рельсов типа Р65, Р75 содержание углерода находится в пределах 0,71...0,82 %. Эксплуатация колес с пониженным содержанием углерода привела к значительному росту поверхностных контактных повреждений в виде усталостных выщербин и к повышенному износу. Ремонт колесных пар в эксплуатации в большинстве случаев ведет к сокращению на 30...40% расчетного срока службы колес из-за неэкономичного восстановления геометрических параметров профиля катания, потерям колесного металла. Таким образом, увеличение срока службы колес за счет повышения стойкости к дефектам - один из важных источников экономии черного металла, снижения расходов предприятий МПС на приобретение цельнокатаных колес.

Применяемая в настоящее время схема термообработки колес не предусматривает мероприятий по устранению отрицательного влияния

дендритной неоднородности, что отражается на контактно-усталостной прочности колес.

До настоящего времени нет единого мнения по вопросу о влиянии неметаллических включений на образование контактных повреждений, которые как концентраторы напряжений могут как способствовать образованию контактных повреждений, так и не оказывать влияния на их появление.

Анализ работ российских и зарубежных ученых показал, что на интенсивность образования контактных повреждений оказывает влияние сезонность эксплуатации колес, контактирующих с композиционными колодками. Наибольшее число случаев поверхностных повреждений приходится на осенне-зимние и весенние месяцы года. Одной из главных причин повреждаемости колес поверхностными дефектами при трении о композиционные тормозные колодки является водородный износ, наиболее проявляющийся в условиях повышенной влажности. Заклинивание колес и движение их юзом приводят к значительному нагреву поверхности катания колеса. Активизируются химические процессы, приводящие, помимо прочего, к водородному охрупчиванию поверхности катания.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена анализу видов износов и повреждений колес в эксплуатации. Для установления основных дефектов колес, возникающих при их эксплуатации, были собраны и обработаны статистические данные по регистрации поверхностных дефектов колес, поступивших на обточку поверхности катания в пассажирские и грузовые депо СКЖД в период с 1996 по 1998 г. г.

При большом количестве колес, поступивших в депо на обточку поверхности катания (только за одиннадцать месяцев 1998 г. по грузовым депо СКЖД- эта цифра составила 81543 колеса), можно с достаточной степенью точности установить, что наибольший выход колес грузовых и пассажирских вагонов наблюдается по износам (рис.1,2).

Данные по повреждаемости колес пассажирских вагонов, работающих в соответствии с распоряжением МПС от 24.08.1994 г. № К-719 У с чугунными колодками, показали, что первое место занимают износы в виде остроконечного наката гребня (рис.1). Перевод на чугунные колодки привел к более интенсивному износу колес в виде проката. Анализ распределения поверхностных дефектов выявил высокую повреждаемость колес пассажирских вагонов выщербинами (рис.3). Повреждаемость колес этим дефектом с 1996 г. по 1998 г. находится практически на одном уровне (в среднем 50,3 %).

Колеса грузовых вагонов, как показывает статистика, выходят из строя преимущественно по износам в виде тонкого гребня (рис.2). По поверхностным повреждениям доминирующими являются также выщербины (рис.4). С 1996 по 1998 годы процент отбракованных колес грузовых вагонов по выщербинам составил в среднем 43 %, что незначительно меньше среднего процента поврежденных выщербинами колес пассажирских вагонов, несмотря на существенные различия в условиях эксплуатации. Из этого следует, что

0 1996 01997 □ 1998

износи поверхностные дефекты

Номер дефекта

Рнс. 1 Распределение повреждаемости колес пассажирских вагонов при деповском ремонте за 1996-1998 г.г.(по данным пассажирских депо СКЖД)

32.7

28

«W U

26.4 23,8

¡Л

4,3

1,3

25,6

27.9 26,3

10,2

■ rf.s

23,7

a 1996 j П1997 j S19981

10 13 14

20 21 22 поверхностные дефекты Номер дефекта

Рис.2. Распределение повреждаемости колес грузовых

. t ппл I ООО » Г-

1996 1997 1998

Рис. 3. Распределение поверхностных дефектов колес пассажирских вагонов при деповском ремонте по видам за 1996... 1998 г.г. (данные по пассажирским депо СКЖД)

1996 1997 1998

Рис. 4. Распределение поверхностных дефектов колес грузовых вагонов при Деповском ремонте по видам за 1996... 1998 г.г. (данные по грузовым депо СКЖД)

причина возникновения данных дефектов заключается не в типе колодки (композит, чугун), а в ее составе, неблагоприятно влияющем на состояние поверхностных слоев колес. Помимо этого значительную роль в образовании дефектов играют характеристики колесной стали, обладающие недостаточной твердостью и низким содержанием углерода, что является одной из причин неравномерного износа колес.

Исследования показали, что износы поверхности катания являются результатом движения колесной пары с перекосом. Выполненный анализ 520 тележек, поступивших в депо Батайск-Юг на ремонт, величин износов поверхности катания колесных пар, позволил установить зависимость между разностями толщины гребня, предельного проката колес, диаметров колесных пар и баз тележки. С помощью изготовленного штихмаса производились измерения расстояний между центрами осей колесных пар с обеих сторон тележки в заторможенном состоянии и без торможения (рис.5).

, Разность базы, мм

Рис. 5. Распределение разности баз вагонных тележек ЦНИИ-ХЗ-О: а- до торможения; б- в заторможенном состоянии.

На рисунке 5 видно, что усилие нажатия тормозной колодки на колесо не оказывает существенного влияния на разницу баз тележки. Статистическая

обработка замеров дала тесные корреляционные зависимости между анализируемыми величинами. Наиболее достоверная связь установлена между разностью диаметров колес и разностью баз тележки. Фактор достоверности

составил — = 21,9)3. Факторы достоверности зависимости между разностью

баз тележки, разностью толщины гребня, величин проката и разностью баз тележки соответственно равны — = 17,9)3 и — = 8,5)3. Предельное значение,

обеспечивающее достоверность корреляционных зависимостей, равно 3. (рис. 6 а, б, в). !

н7

в Ж А

И

2-5 3 з *

1 ■ *

1

5-О.Юу+иЗ .

' / Г *0,757х-0,08

Т1 2 3456719 10 11 х Риность баз тоета, ш

ц

1в 3-°

2,3

!з 2,0

II 1,5

0,5

Х^«1,45у+1,Ю

У =0,422х-0,43Э

/1 2 3 4 3 6 7 1 9 10 11 Х Рината би тгасжвс, ни

бз

* . / /

/

// -0,0952*40348

1 3 4 5 б 7 I » 10 11 ""х Рино сл. би тележас, ш

В)

Рис. 6. Зависимость наибольших разностей в тележке толщины гребня колес (а); проката колес (б); диаметров колес (в) от разности баз тележек грузовых вагонов.

Таким образом, движение колесных пар с перекосом является одной из основных причин подреза гребня, разного износа колес в колесной паре.

Исследования поверхностных повреждений включали в себя проведение механических и металлографических испытаний с целью установления соответствия качественных и прочностных характеристик поврежденных колес действующим стандартам. Установлено, что механические характеристики колесной стали дефектных колес соответствуют ГОСТу. Металлографические исследования колес с отколами - наиболее опасным видом дефекта в эксплуатации показали, что основная причина образования отколов заключается в неудовлетворительной структуре металла, проявляющейся в виде остатков околоусадочной ликвации слитка.

Действующий стандарт на колесные стали предусматривает использование для колес пассажирских вагонов стали с пониженным содержанием углерода на основании того, что главным механизмом изнашивания являются разрушения закаленных участков, поэтому основное внимание в работе уделялось исследованиям тормозных видов выщербин. Установлено, что трещино- и выщербинообразование не распространяется ниже закаленного слоя вглубь колеса. Трещины развиваются с поверхности катания вначале перпендикулярно ей, а затем по границе твердого слоя с . основным металлом. Концентратором напряжений при этом виде изнашивания является граница закаленного слоя с основным металлом, способствующая развитию трещин усталости. Эксплуатация колес с выщербинами тормозного типа не представляет угрозы для безопасности движения, так как образованные выкрашивания закатываются. Выбраковка колес необходима, если выщербина на поверхности катания достигает глубины более одного миллиметра.

Металлографические исследования усталостных повреждений в виде выщербин показали, что трещины развиваются по неоднородным зонам. Обнаружена полосчатость структуры в виде чередующихся светлых и темных слоев (рис. 7).

Оси дендритов (темные полосы) обладают пониженными содержанием углерода, фосфора и низкой твердостью. Междендритные

пространства (светлые слои) отличаются низкими содержанием углерода, фосфора и твердостью. Усталостные трещины развиваются параллельно осям дендритов. При переходе осей дендритов в равновесное состояние развитие трещин не наблюдается.

Рис.7. Макроструктура поверхности катания цельнокатаного колеса с выщербинами усталостного типа

Следовательно, необходимо проводить гомогенизацию цельнокатаных колес после прокатки с целью устранения отрицательного влияния дендритной неоднородности. Как известно, гомогенизацию (диффузионный отжиг) применяют для слитков легированной стали с целью уменьшения дендритной и внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому излому. Возможные повреждения колес при гомогенизации устраняются последующей обточкой.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ исследуется влияние контактных напряжений между колесом и рельсом, чистоты обработки поверхности колес, химического состава и механических характеристик колесной стали на трещинообразование. Приводится сравнительный расчет напряженного состояния для колес разного диаметра. Определяются режимы нагружения образцов на машине трения, воспроизводящие реальные контактные напряжения между колесом и рельсом.

Сложная и недостаточная разработка методов оценки напряженного состояния в колесах обусловила необходимость использования в данной работе для определения контактных напряжений методов, основанных на теории Герца.

Нормальное напряжение в площадке, перпендикулярной большей оси эллипса (ось X),:

=-Р,>

аЬ

ФЦх)-Ф22(Х)

ф,(2) а ^

1 Ф2(г) , г Ф,(г) аЬ2

(а2Ь-Ь2к)

Нормальное напряжение в площадке, перпендикулярной малой оси эллипса (ось У),:

аЬ (а2Ь2 +т?(2з2-Ъ2) Ъ , _ ,2,ч , „ > у ' (аЬ—Ь к)-1+2^

Ф^(г) а

Нормальное напряжение в площадке, перпендикулярной плоскости эллипса (ось 2'.),:

т> аЬ

а, =-Рп--,

0 Ф1(2)-Ф2(г)*

Ф?(г) = а2 +ъг где , ц- коэффициент Пуассона.

ф](2)- = Ь2+г2

В формулах три главных напряжения стх, ау, аг выражаются как функции следующих величин: полуосей эллиптического контура контакта (рис.8), отношения глубины залегания рассматриваемой точки г к большой (а) или малой (Ь) полуоси, эллиптического интеграла 1-го рода (к), эллиптического интеграла 2-го рода (Ь) и давления Р0 в центре площадки контакта.

Рис. 8. Схема напряженного состояния в зоне контакта колеса с рельсом.

2

По данным расчета построены графики распределения главных напряжений (эпюры) (рис.9).

Максимальные касательные напряжения определялись как полуразность главных напряжений по формулам:

(т.)

О» - <TV

шах = -

; (т2)т;

ах =

;(хз)

ст, ~av

тах = -

Главные напряжения х 100, МПа

Рис.

/ /

А е.

ft / / V

If t / /

/ /

/

9. Эпюры главных нормальных

напряжений.

+Г

ь

Максимальные касательные напряжения, -=-- - - -

fq,

,2

!1_

к

-t / f

а /

Рис. 10. Эпюры максимальных касательных напряжений

2

По результатам расчета построены эпюры наибольших касательных напряжений (рис.10), из которых видно, что наибольшие значения максимальных касательных напряжений находятся на глубине от площадки контакта 0,28 см.

Установлено расчетом, что наибольшие контактные напряжения залегают по двум зонам. Первая - на некоторой глубине всестороннего сжатия (наибольшие максимальные касательные напряжения); вторая - (наибольшие нормальные напряжения) - на границе площадки касания и свободной поверхности контакта.

Результаты показали, что касательные напряжения (т2) тах; (тз)шах отличаются друг от друга незначительно. В то же время касательные напряжения (Т|)тах имеют значения в двадцать и более раз меньше напряжений (тг) maxi (*э) max-Поэтому при оценке прочности касательные напряжения (i|)max не учитывались. Подтверждена

лабораторными исследованиями гипотеза о развитии усталостной трещины с поверхности. Усталостные трещины в начальной стадии не обнаружены на глубине, следовательно, целесообразно

д.

повышать твердость поверхности катания колес для повышения контактно-усталостной стойкости. Для исследования напряженного состояния колеса в контактной зоне колеса и рельса в зависимости от диаметра поверхности катания колеса выполнен сравнительный расчет наибольших контактных напряжений для колеса диаметром 1050 мм при давлении колеса на рельс: Р=100 кН.

Расчетом установлено, что основные контактные напряжения и глубина их залегания меняются незначительно при изменении диаметра. В процентном соотношении расхождение между величинами не превышает 10 %. Следовательно, диаметр колеса не оказывает заметного влияния на возникновение контактных дефектов.

Концентраторами напряжений, способствующих образованию выщербин усталостного типа, могут являться начальные трещины и надрывы, образующиеся в результате грубой обточки колеса по кругу катания. Если учесть коэффициент концентрации напряжений у основания поверхностной трещины при 2=0, то максимальные касательные напряжения тП1ах могут оказаться значительно более высокими по сравнению с наибольшими максимальными касательными напряжениями, находящимися от поверхности катания на расстоянии 7=0,28 см. Таким образом, в развитии выщербин усталостного типа с позиции напряженного состояния оказывают влияние местные напряжения, образующиеся вследствие дефектов механической обработки поверхности катания колес, являющиеся концентраторами напряжений.

С целью установления влияния содержания углерода в колесной стали и ее твердости на контактно-усталостную выносливость и износостойкость колес проводились лабораторные испытания образцов на машине трения ИИ5018.

Образцы, изготовленные в соответствии с нормативными требованиями к лабораторным испытаниям, термообрабатывались на твердость, соответствующую ГОСТу на колесные стали 255НВ. В качестве контртела брался образец из рельсовой стали (ГОСТ 24182-80) с 388НВ. Предварительно определялось усилие прижима испытуемых образцов, воспроизводящее в имитируемой системе реальные напряжения, возникающие между колесом и рельсом. Наибольшее давление (Ро0бр) в контакте образцов радиусом Я при виде нагружения «диск-диск» определяется выражением, полученном после элементарных преобразований.

Роо6р=0,418^Ч-Е-|,

где: Е- модуль упругости.

Постоянная нагрузка, приходящаяся на единицу длины (я),:

д—1221'82'2 = 4,24^ 0,418 -2-Е 0,418 • 2 -2• 10 см

Так как площадка контакта равнялась одному сантиметру, испытания проводились при усилии сжатия испытываемых образцов, равном я, на машине трения ИИ5018 с коэффициентом проскальзывания 20 % до воспроизведения на поверхности катания образца типичных выщербин усталостного типа, возникающих в эксплуатации. Для исключения влияния твердости образцов на контактную усталость образцы с разным содержанием углерода термообрабатывались на одинаковую твердость 250НВ.

Наибольший размер выщербин наблюдался на поверхности катания образцов из колесной стали с содержанием углерода 0,55 %. Среднее число циклов до начала выщербинообразования-1,3 • 106. Выщербинообразование образцов из высокоуглеродистой стали (0,75 %С) происходило в среднем после 1,8-106 циклов нагружения. Отмечались случаи, когда выщербинообразование на поверхности образцов с разным содержанием углерода происходило при равном числе циклов нагружения. Однако размеры выщербин были значительно крупнее на образцах из колесной стали. Таким образом, увеличение содержания углерода в колесной стали снижает уровень повреждаемости колес контактными дефектами.

Оценка влияния содержания углерода и твердости на изнашивание в лабораторных условиях проводилась на упомянутой выше машине трения. Изготовленные образцы подвергались термообработке с различными температурами отпуска. В результате этого была получена твердость образцов от 200НВ до 300НВ. Испытания проводились в системе «диск - неподвижный диск» с прижимным усилием Р=4,24 кН. Контртело- образец из рельсовой стали с 388НВ. Воспроизведение процессов, сопровождающих износ колеса при взаимодействии его с рельсом, осуществлялось на модели при условии равенства напряжений в контакте колеса с рельсом и испытуемыми образцами. Параметрический критерий равнялся 21,5. Для определения среднего проката колес Х0 из стали с разным содержанием углерода проводился пересчет

1 весового износа образца Аш по формуле: Х0 = 21,5 • ■ Результаты

обработки полученных в лабораторных условиях данных представлены на рисунке 11 и дают экспериментальное доказательство целесообразности повышения твердости колес и содержания углерода в колесной стали. Н5 Известно, что тепловая

обработка, легирование,

210 2TS 220 725

335 2«Т 2«5 750 255 230 265 210 271 290 255 290 295 300

Рис. 11. Зависимость среднего проката колеса от твердости поверхности катания и содержания углерода в в стали

упрочнение, повышая твердость, могут привести к уменьшению коэффициента

сцепления колеса с рельсом.

Для зависимости, трения от проводились образцов с

установления коэффициента твердости испытания содержанием

коэффициента трения от

700 21« 210 ' 2.111 210

Рис.12. Зависимость твердости

(пары трения: рельсовая сталь с содержанием углерода 0,88 % и твердостью 388НВ - колесная сталь с содержанием углерода 0,55 % ; сталь с содержанием углерода 0,75 %)

углерода 0,55 % и 0,75 % в режиме сухого трения (рис.12. 1, 2) и в условиях смазки зда (рис.12. 1 , 2). Опыты показали, что в диапазоне твердости (200...300)НВ коэффициент трения меняется незначительно, что дает возможность утверждать, что

и в условиях эксплуатации повышение твердости колес и содержания углерода в колесной стали существенно не отразится на коэффициенте сцепления колеса с рельсом.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА представленной работы посвящена исследованию процессов, происходящих при взаимодействии колеса с тормозной колодкой, и разработке мероприятий, уменьшающих негативное воздействие материала колодок на состояние поверхности катания колеса.

Используемые в настоящее время материалы для изготовления композиционных колодок не удовлетворяют в полной мере требованиям надежности, так как обладают склонностью к внедрению на свою поверхность продуктов износа колеса. Экспериментально установлено, что при трении о металл колеса композиционные колодки серийного производства приобретают положительный трибозаряд, что приводит к наводороживанию стальной поверхности колеса и ее разрушению. Частицы продуктов износа колеса в результате водородного охрупчивания поверхности катания внедряются в поверхность тормозной колодки, образуется однородная пара трения, заменяющая процесс торможения резанием поверхности катания колеса. Однако ряд бесспорных преимуществ композиционных колодок перед колодками чугунными делает их использование более рациональным.

Поверхностные повреждения колес в виде выщербин, занимающие главенствующее положение, образуются в результате выкрашивания закаленного металла, усталостного разрушения поверхностных слоев под действием многократно повторяющихся контактных нагрузок, а также вследствие диффузии водорода, находящегося в протонном состоянии, в поверхность катания колеса. Используя для тормозной колодки

композиционный материал, обладающий способностью поглощать выделившийся при трении водород, можно защитить колесо от проникновения внутрь его рабочей поверхности водорода, то есть, от водородного охрупчивания. При этом создаются условия, уменьшающие изнашиваемость колес выщербинами.

Металлографический анализ металлических слоев, взятых с поверхности фрикционного материала железнодорожной колодки, показал наличие слоистости их структуры. Металл, перенесенный с поверхности колеса на поверхность полимера, имеет дискретный характер ориентирования. Слой металла образовался в результате отслаивания и повторного прикрепления частиц износа колеса: а-железа и частиц окислов. Микротвердость металлического слоя в среднем составляет 10400 МПа, что в два раза выше микротвердости колесной стали.

Используя работы российских и зарубежных ученых, сложные явления, происходящие при взаимодействии колеса и тормозной колодки, можно представить в виде схемы (рис. 13).

Рис. 13. Схема трибологической системы колесо (В) - тормозная колодка (А) - третье тело (С).

А|- связка; А2- наполнитель; Аз-оксиды железа; Ад-а-железо; Bi-цементит; Вг-а-железо; Вз-оксиды железа; Cr жидкие и газообразные продукты трибопроцесса (в том числе водород); Cr твердые продукты износа; Сз- метан; С4- -а-железо; С5- оксиды железа.1 - механические нагрузки; II - температурная зона; III- электростатическое поле, IV- окружающая среда.

Так как регламентированные правилами технической эксплуатации внешние нагрузки (усилие нажатия тормозной колодки на колесо), вызывающие контактные напряжения, а также окружающая среда; являющаяся источником компонентов «третьего» тела, не поддаются' корректировке, а температурные напряжения снижаются за счет увеличения теплопроводности элементов трибосистемы (использование колесной стали с повышенным содержанием углерода и полимерной композиции для тормозной колодки с высокой теплопроводностью). Управляемым фактором, влияющим на процесс наводороживания металла и связанную с этим стойкость колес к поверхностным дефектам в виде выщербин, выбрано направление поля, возникающего в зоне трения вследствие статической электризации пластмассы

трением. Ставилась цель создания фрикционного полимерного материала для колодки железнодорожного подвижного состава, обладающего способностью заряжаться при трении отрицательно. Процесс наводороживания поверхности катания колеса подавляется путем создания электростатического поля, препятствующего проникновению водорода, находящегося в протонном состоянии, в колесо.

В качестве исходной модели для создания полимерного композиционного материала тормозной колодки была взята рецептура известного фрикционного полимерного материала на основе асбестового волокна, пропитанного водоэмульсионными и водно-спиртовыми фенолоформальдегидными смолами. Выбранный материал заряжается при трении с колесной сталью отрицательно благодаря наличию в нем эпоксидных групп. В работах отечественных и зарубежных ученых отмечаются канцерогенные свойства асбестосодержащих материалов. В последние годы, сначала в США, а затем в Западной Европе резко усилилась кампания, направленная на тотальный запрет асбеста и замену его искусственными минералькьши волокнами (ИМВ). Однако клинико-гигиенические исследования в производстве фрикционных изделий, проводимые на Уральском заводе за 30-летний период наблюдений, не выявили случаи асбестообусловленных заболеваний у работников предприятий АТИ (асбестотехнических изделий). Кроме этого, в последнее время специальная комиссия ВОЗ признала, что ИМВ являются «вероятно» или «возможно» канцерогенными. Так как Конвенция №162 МОТ определила возможность использования асбеста под тщательным гигиеническим контролем, для разрабатываемого материала выбрана асбестовая основа.

Асбестосодержащий материал, выбранный в качестве модели, обладает сравнительно высокими прочностными свойствами. Недостатком его являются сложная и трудоемкая технология получения, а также недостаточно высокий коэффициент трения- 0,3...0,33. С целью устранения указанных недостатков при получении фрикционного материала бутадиеновый и бутадиен-нитрильный каучук предварительно обрабатывается на вальцах с тройным продуктом взаимодействия. Тройной продукт взаимодействия получен авторами, подана заявка на патент. Бутадиен-акрилонитрильный каучук марки СКН-26 подвергался обработке на вальцах с фрикцией, добавлялся тройной продукт взаимодействия, состав вальцевался до образования прозрачной пленки, последовательно вводились вулканизирующие добавки: сера, каптакс (химическое название- 2 меркаптобензотиазол), тиурам (химическое название-тиурамсульфид) и смесь наполнителей: барит, асбест с длиной волокна 0,5+5 мм. Перечисленные компоненты входят в состав тормозных колодок серийного производства. После введения указанных компонентов смесь снова вальцевалась при той же температуре с трехразовым подрезанием вальцуемой массы. Температура вулканизации материала выбиралась 423 °К с выдержкой 2 минуты на каждый миллиметр толщины.

Исследования в лабораторных условиях фрикционных характеристик показали, что прочностные показатели полученного • композиционного материала в 2-г4 раза выше, чем у прототипа и сравниваемых материалов серийных колодок. Повышен коэффициент трения и улучшено сопротивление износу, что в итоге повышает долговечность тормозной колодки. Замеренный знак контактной поляризации между предлагаемой композицией и колесной стали показал наличие отрицательной зарядки на полимере.

1 4 I

В ПЯТОЙ главе представлены результаты обработки данных посезонных эксплуатационных испытаний тормозных колодок, проводимых учеными РГУПС, на участках с различным профилем пути, а также опытных колодок на электропоезде Ростов-Азов.

Результаты обработки данных эксплуатационных испытаний,

проводимых учеными РГУПС, показали, что в зимних условиях композиционные колодки серийного производства имеют склонность к образованию

металлических включений на своей поверхности. Зависимость проката колес от типа колодки и пробега вагона представлена на рисунке 14. Наибольший прокат наблюдается у колес работающих

Г',

¿ТТI

«с ' Ч;

-ъ

-■ф

Пробег вагона, тыс. км

с композиционными колодками в зимнее время - 0,44 мм/104 км.

Рис. 14. Зависимость проката колес от пробега вагона и типа тормозной колодки: 1-композиционные

тормозные колодки; 2-чугунные тормозные колодки; а-зима-весна; б-лето-осень

Износ композиционных колодок не зависит от сезонности эксплуатации (рис. 16 а, б ). Чугунные колодки при равных с композиционными колодками усилиях нажатия изнашиваются в зимнее время на 16 % интенсивнее композиционных колодок, а в летнее время на 21 %. Замена чугунных колодок по предельному износу проводилась после пробега вагона от 3 тыс.км до 13 тыс.км. Замена композиционных колодок осуществлялась после пробега вагона 47 тыс.км, в редких случаях из-за неравномерности износа по толщине колодки заменялись после 37 тыс.км (рис 15 а, б). Нумерация колодок принималась с соответствии со схемой (рис.17). Неравномерность износа колодки (клиновидность) является причиной того, что колодки используются лишь на 70% рабочей толщины. Клиновидность предложено устранять путем своевременной перестановки тормозных колодок в пути следования при текущем осмотре.

Анализом статистических данных по износу тормозных колодок выявлен факт неточности расчета их потребного количества на год по

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U 12 13 14 15 16 Номер тормозной холодки

Номер рейса ■ О Q2 ИЗ И4 05 037 В9 DIO В 12

Номер тормозной колодки

Рис. 15 Интенсивность изнашивания чугунных колодок а-зима-весна; б- лето-осень

I 2 3 4 3 6 7 « 9 10 II 12 13 М 15 16

Номер тормозной колодки

Рис. 16. Интенсивность изнашивания композиционных колодок а-зима-весна; 6- лето-осень

среднесетевому износу колодок на тысячу километров пробега вагона. На участках пути одной длины и практически равным числом остановок количество торможений разное и зависит от профиля пути. При вписывании поезда в кривую, прохождении по участку с уклоном применяется ступенчатое торможение, что создает дополнительное усилие, изнашивающее колодку. Поэтому расчет потребного количества колодок должен вестись с учетом как коэффициента использования колодок, так и коэффициента приведения длины тормозного пути к принятому единому нажатию колодки на колесо.

Необходимые для расчета параметры определяются по диаграммам процессов наполнения тормозных цилиндров и лентам скоростемеров. В частности по лентам скоростемеров определяются время и скорости торможения и отпуска.

Расчетом установлено, что годовая потребность в чугунных колодках превышает на 30 % годовую потребность в композиционных колодках. По ценам на номенклатуру основных эксплуатационных материалов (по данным «Росжелдорснаба» по состоянию на 15.03.98 г.) стоимость чугунной колодки составляет 30,7...45,00 руб, а стоимость композиционной колодки- 25,00 руб. На год необходимо затратить на приобретение расчетного количества чугунных

колодок от 8169 до 12015 руб, а на приобретение композиционных

колодок 4625 рублей. С точки зрения экономии народнохозяйственных средств целесообразнее

эксплуатировать композиционные тормозные колодки, предварительно изменив состав полимерной композиции.

3 4 7 8

И 12 15 16

ь- котел ■9 »

12 5 6

9 10 13 14

Рис. 17. Схема нумерации тормозных колодок.

Из полимерного материала, произведенного описанным выше способом, изготовлена опытная партия композиционных тормозных колодок. Сравнительные эксплуатационные испытания проводились на электропоезде Ростов-Азов. Наряду с чугунными тормозными колодками, составлявшими большинство, на электропоезде устанавливались композиционные колодки, эксплуатирующиеся в настоящее время на пассажирских . вагонах, обращающихся со скоростями ниже 160 км/ч, и опытные колодки. Испытания колодок проводились с февраля по август 1999 г. на рычажной тормозной передаче для чугунных колодок. Опытные колодки работали при таких же усилиях нажатия на колесо, как и чугунные.

На рабочей поверхности опытных колодок за исследуемый период наблюдений металлических включений колеса не было обнаружено, следовательно, опытные колодки оказались стойкими к наволакиванию на свою поверхность продуктов износа колеса благодаря отрицательной поляризации

при трении с металлом колеса. Износ опытных колодок на 1000 км на расстоянии 50 мм от верхнего края колодки составил в зимнее время 0,53 мм, в летнее время - 0,48 мм, в зимнее время- 0,52 мм. В то же время у чугунных колодок эта цифра составила соответственно 0,93 мм и 0,84 мм, у композиционных- 0,68 мм и 0,63 мм. Таким образом, опытные колодки более износостойкие в сравнении с серийными колодками.

В условиях эксплуатации проводились исследования влияния типа колодки на повреждаемость колес. Анализ полученных результатов показал, что с опытными колодками после 10000 км не обнаружены дефекты на колесах в виде усталостных выщербин. В среднем прокат колес, работающих с опытными колодками, составил 0,18 мм/104 км летом, зимой- 0,33 мм/10'1 км; с чугунными колодками 0,26 мм/104 км летом и 0,35 мм/104 км зимой; с композиционными колодками летом и зимой эти цифры составляют 0,19 и 0,45 мм/104 км. Таким образом, опытные колодки в зимнее время года вызывают прокат на колесах больше на 5,7 % чугунных и на 26 % ниже, чем с композиционными колодками. В летнее время износ колес с опытными колодками меньше на 30,8 % износа колес с чугунными колодками и на 5,2 % износа колес с серийными колодками. Следовательно, применение колодок, изготовленных по предложенной технологии, позволит увеличить срок службы колесных пар в среднем на 30 % и тем самым довести их пробег между переточками до одного года, то есть деповского ремонта.

Для установления картины распределения температурного поля в тормозных колодках различной модификации и сравнения теплопроводности опытных колодок с серийными проводились замеры объемной температуры термопарами, установленными на расстоянии 25 мм друг от друга (рис. 18, 19).

а б в

Рис. 18. Тормозные колодки с установленными термопарами

а- чугунная; б- композиционная серийная; в- композиционная опытная

Установлено, что опытные колодки имеют теплопроводность более высокую в сравнении с композиционными колодками серийного производства, но меньшую в сравнении с колодками чугунными. Для армирования опытных колодок использовался сетчато-проволочный каркас, расположенный в нерабочей части тормозной колодки. Прямого влияния на фрикционные характеристики и износостойкость изделия каркас не оказывает.

Для повышения теплопроводности предложенного ' композиционного материала следует применить армирующий каркас просечно-вытяжного типа. Металлические порошки, стружка, короткие волокна не могут обеспечить в достаточной степени равномерный отвод тепла от поверхности трения и теплораспределение по объему, так как частицы металла в колодке расположены хаотично и окружены полимерным материалом, имеющим низкую теплопроводность,

препятствующую теплоотводу.

Применение просечно-вытяжного

каркаса создает в колодке единую трехмерную структуру и повышает теплопроводность фрикционного

материала.

Расчет экономической

эффективности применения опытных композиционных колодок в сравнении с серийными колодками составляет более 445 тысяч рублей в год па 100 вагонов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Колеса грузовых и пассажирских вагонов подвержены дефектам, имеющим одну природу происхождения: износу в Виде остроконечного наката и поверхностному повреждению в виде выщербин на поверхности катания. Износы возникают при движении колесных пар с перекосом. Выщербины являются следствием недостаточного уровня прочностных характеристик материала колес. Введение в эксплуатацию цельнокатаных колес из малоуглеродистой стали (ГОСТ 10791-87,1 марка) негативно отразилось на их контактной прочности.

2.' Основным механизмом изнашивания колес является усталостное разрушение. Тормозной тип повреждений играет в. процесс? изнашивания колес второстепенную роль и не ставит под угрозу безопасность движения, если размеры тормозных повреждений не превышают допустимых правилами технической эксплуатации размеров ползуна. Тормозное трещипо- и выщербинообразование не распространяются ниже закаленного слоя и образованные при замыкании трещин тормозные выщербины закатываются в

Рис. 19. Распределение температурного поля в тормозной колодке:

1- чугунной серийной;

2- композиционной серийной

3- опытной.

I; II; III-термопары.

процессе эксплуатации. Правомерность этого подтверждена исследованиями микроструктур части колес с тормозными дефектами.

3. Дендритная неоднородность в колесной стали снижает стойкость колес к контактным дефектам, вызванным действием переменных контактных напряжений. Рекомендовано осуществление гомогенизации заготовок с целью уменьшения отрицательного влияния дендритной неоднородности на износостойкость колес.

4. Откол, частный случай усталостной выщербины, образуется в результате развития трещины усталости от концентраторов напряжений, расположенных на значительной глубине от поверхности катания. Основная причина образования отколов - остатки околоусадочной ликвации слитка. Предложено увеличение прибыльной части слитка

5. Обоснована гипотеза о преимущественном трещинообразовании с поверхности катания колес, вызванного действием наибольших нормальных напряжений на основе разработанного автором аналитического метода исследования механизма усталостного трещинообразования. Определены зоны наибольших контактных напряжений. Рекомендовано повышение твердости поверхности катания до 350 НВ.

6. На основе анализа современных теоретических представлений о трении и износе, экспериментальных исследований с использованием современного оборудования установлено повышение контактной прочности с увеличением содержания углерода в стали.

7. Установлена взаимосвязь трибологических и диффузионных процессов с механизмом водородного изнашивания поверхности катания колес в результате исследования трибологических процессов в зоне колесо-тормозная колодка. Отрицательный потенциал на металле приводит к снижению износостойкости колес из-за интенсивного наводороживания их поверхности трения.

8. Предложены рекомендации к выбору колесной стали и к материалу тормозной колодки опираясь на установленные закономерности влияния трибологических процессов на изнашиваемость рабочих поверхностей колес выщербинами.

Для цельнокатаных колес железнодорожного подвижного состава необходимо повысить содержание углерода до 0,75 % и твердость обода до 350НВ.

Для тормозных колодок использовать полимерных композиционный материал трибоотрицательной зарядки.

7. Эксплуатационные испытания показали эффективность использования опытных композиционных колодок в сравнении с серийными тормозными колодками. Средний прокат колес при работе с опытными колодками меньше, чем при работе с серийными чугунными и композиционными соответственно на 30 и 22 %.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Колесников В.И., Нахимович И.А. Теплофизические процессы в тяжелонагруженных металло-полимерных трибосистемах// Межвузовский сборник научных трудов, РГУПС, 1995, с.60—63.

2. Пути повышения долговечности рельсов и колес подвижного состава/ Кармазин А.И., Нахимович И.А., Клим Я.Я. и др.//Межвузовский сборник научных трудов, РГУПС, 1995, с.5...9.

3. Пути повышения долговечности цельнокатаных колес грузовых вагонов/ Кармазин А.И., Нахимович И.А., Клим Я.Я., и др.//Сборник научных трудов, РГУПС, 1995, с.25.,.38.

4. Колесников В.И., Нахимович И.А., Тер-Оганесян В.И. Влияние электрического поля в металлополимерном сопряжении на интенсивность наводороживания металла и его износостойкость//Межвузовский сборник научных трудов, РГУПС, 1998, с.21.,.24.

5. Влияние центровки колесных пар в тележках грузовых вагонов и формы рельсов в кривых на повреждаемость колес и рельсов как пар трения/ Кармазин А.И., Нахимович И.А., Яценко В.Г.//Межвузовский сборник научных трудов, РГУПС, 1998, С.19...32.

6. Машина для испытаний на знакопеременный изгиб и переменные контактные напряжения/ Кармазин А.И., Нахимович И.А., Григорьева Л.А.// II Международная конференция «Износостойкость машин», Брянск, 1996.

7. Колесников В.И., Костыгов В.Т, Нахимович И.А. Исследования физико-химических процессов, протекающих на фрикционном контакте// II Международная конференция «Износостойкость машин», Брянск, 1996.

8. Колесников В.И., Сычев А.П., Нахимович И.А. Экспериментальное исследование контактного теплообмена// Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, РГУПС, 1998. '

9. Колесников В.И., Нахимович И.А., Сычев А.П. Влияние напряженного состояния на повреждаемость колес железнодорожного подвижного состава. Физико-химические основы трения и износа фрикционных пар трения колесо-рельс. «Трибэнерго-98»// I Международная конференция с использованием электронных средств связи, 1998.

10. Колесников В.И., Нахимович И.А., Сычев А.П. Изменение поверхностных слоев колеса и тормозной колодки железнодорожного подвижного состава при торможении//Материалы отраслевой научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении», 1998.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Существующие взгляды на механизм изнашивания колес

1.2. Существующие взгляды на роль материала тормозной колодки в механизме изнашивания колес.

1.3. Основные задачи исследования.

2. АНАЛИЗ ВИДОВ ИЗНОСОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ КОЛЕС В ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1. Исследования выхода колес из эксплуатации по повреждениям поверхности катания.

2.2. Влияние центровки колесных пар в тележке грузового вагона на интенсивность изнашивания колес

2.2. Исследования механизма образования поверхностных дефектов колес в эксплуатации

2.2.1. Исследования колес с отколами.

2.2.1.1. Металлографические и механические испытания образцов, изготовленных из колес с отколами

2.2.2. Исследования колес с выщербинами усталостного типа. 68 2.2.2.1. Металлографические и механические испытания образцов, изготовленных из колес с выщербинами усталостного типа.

2.2.3. Исследования колес с выщербинами тормозного типа

2.3. Выводы.

3. ВЛИЯНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИИ МЕЖДУ КОЛЕСОМ И РЕЛЬСОМ, ЧИСТОТЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ КОЛЕСА, ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 81 КОЛЕСНОЙ СТАЛИ НА ВЫЩЕРБИНООБРАЗОВАНИЕ

3.1. Напряженное состояние в зоне контакта колеса с рельсом.

3.1.1. Определение главных напряжений.

3.1.2. Определение максимальных касательных напряжений

3.2. Влияние диаметра колеса на напряженное состояние в зоне контакта колеса с рельсом

3.3. Влияние чистоты обработки поверхности катания колеса на выщербинообразование.

3.5. Влияние содержания углерода в колесной стали и ее твердости на контактно-усталостную выносливость колес

3.5.1. Определение усилия прижима между испытуемыми образцами.

3.5.2. Испытания образцов на контактную усталость

3.5.3. Влияние содержания углерода в колесной стали и ее твердости на изнашивание поверхности катания колес

3.6. Выводы

4. ПОДБОР КОМПОЗИЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ТОРМОЗНОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ КОЛОДКИ.

4.1. Трибологические явления в паре трения колесотормозная колодка

4.2. Процесс электризации полимерных тел при трении

4.3. Способ получения фрикционного полимерного материала

4.4. Методика проведения фрикционных испытаний

4.5. Выводы.

5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТОРМОЗНЫХ

КОЛОДОК

5.1. Эксплуатационные испытания тормозных колодок и колес на участках с различным профилем пути

5.2. Методика расчета потребного количества тормозных колодок на год

5.3. Эксплуатационные испытания опытных тормозных колодок

5.4. Выводы

6. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ТОРМОЗНЫХ

КОЛОДОК, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЗАЯВЛЕННЫМ

СПОСОБОМ, В СРАВНЕНИИ С СЕРИЙНЫМИ

КОЛОДКАМИ 8-1

Рыночные методы управления требуют экономии всех видов ресурсов. Наиболее металлоемкими и дорогостоящими элементами железнодорожного подвижного состава являются колеса, в значительной степени обеспечивающие эффективную работу железнодорожного транспорта и безопасность движения. Увеличение уровня нагрузок на колеса обусловило в последние годы рост количества восстановлений профиля поверхности катания, связанных с поверхностными дефектами и износами. Неэкономичный метод восстановления геометрии профиля катания колес обточкой в большинстве случаев ведет к сокращению расчетного срока службы колесной пары на 30.40%.

За последние десятилетия железнодорожный путь претерпел существенную модернизацию. Используются железобетонные шпалы, щебеночный балласт, термоупрочненные рельсы типов Р65и Р75. Это изменило условия работы колесных пар в эксплуатации. Увеличившаяся жесткость пути отразилась на состоянии рабочих поверхностей колес. Повреждаемость в виде выщербин и износы в виде остроконечного наката и подреза гребня являются основными причинами выхода из строя колесных пар, отказа в эксплуатации целого вагона или локомотива, увеличения времени простоя вагона или локомотива в нерабочем парке. В связи с этим возникла проблема в разработке мероприятий по устранению причин, приводящих к образованию этих дефектов.

Действующим в настоящее время стандартом (ГОСТ 10791-87) определено дифференцирование марок стали для колес грузовых и пассажирских вагонов. По сравнению с ранее существующим стандартом занижено содержание углерода в колесной стали пассажирских вагонов. Объясняется такой подход с позиции уменьшения степени прокаливаемости стали, что снижает повреждаемость тормозными дефектами. Практически прогнозируемое в работе /1/ увеличение срока расчетного службы колес пассажирских и грузовых вагонов на 15.20 % не зафиксировано. На фоне снижения числа тормозных дефектов наблюдается рост усталостных повреждений, обусловленных недостаточной механической прочностью, и износов, вызванных низкой твердостью колесной стали в сравнении с рельсовой сталью.

Контактные и температурные напряжения активизируют физико-химические процессы, оказывающие разрушающее действие на поверхность катания колес. Протекание этих процессов сопровождается выделением водорода и его диффузией в поверхностные слои колес. Наиболее интенсивно разрушающее действие водорода проявляется у колес, оснащенных композиционными тормозными колодками. Повышенный износ сопряженной с ними металлической поверхности колеса сопровождается внедрением в поверхность композита продуктов износа колеса в виде «чешуек». Дискретное образование однородной пары трения «металл-металл» снижает фрикционные свойства металлополимерного трибосопряжения, заменяя процесс торможения резанием обода колеса и ставя под угрозу безопасность движения. На поверхности катания колеса возникают глубокие кольцевые выработки.

На железных дорогах страны значительно возросло количество отцепов в ремонт пассажирских вагонов из-за образования выщербин на поверхности катания колес. Увеличились материальные и трудовые затраты ремонтных предприятий. Снижен оборотный запас исправных колесных пар на дорогах, под угрозой безопасность движения поездов.

Указанием МПС от 24.08.1994 г. №К-716-У «во исполнение Постановления Коллегии МПС от 06.04.1994 г. №10, основываясь на выводах и предложениях ВНИИЖТ, в целях снижения повреждаемости в эксплуатации колес колесных пар, парк пассажирских вагонов, обращающихся со скоростями движения свыше 120 км/ч», переоснащен с композиционных тормозных колодок на чугунные. 7

Данные статистики свидетельствуют, что уровень повреждаемости остался прежним. Выщербинами повреждены практически на одном уровне колеса грузовых вагонов, эксплуатирующиеся только с композиционными колодками, и колеса пассажирских вагонов, работающие с чугунными колодками. Этот факт позволяет заключить, что выщербинообразование не столько зависит от типа колодки (чугун-композит), сколько от свойств колесной стали и состава композита колодки. Иными словами от совместимости пар трения колесо-рельс и колесо-тормозная колодка.

Цель представленной работы заключается в исследованиях механизма образования повреждений на поверхности катания колес в виде выщербин и в разработке мероприятий по повышению стойкости колес этим повреждениям.

Работа выполнена на кафедре «Строительная и теоретическая механика» Ростовского государственного университета путей сообщения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Колеса грузовых и пассажирских вагонов подвержены дефектам, имеющим одну природу происхождения: износу в виде остроконечного наката и поверхностному повреждению в виде выщербин на поверхности катания. Износы возникают при движении колесных пар с перекосом. Выщербины являются следствием недостаточного уровня прочностных характеристик материала колес. Введение в эксплуатацию цельнокатаных колес из малоуглеродистой стали (ГОСТ 10791-87,1 марка) негативно отразилось на их контактной прочности.

2. Основным механизмом изнашивания колес является усталостное разрушение. Тормозной тип повреждений играет в процессе изнашивания колес второстепенную роль и не ставит под угрозу безопасность движения, если размеры тормозных повреждений не превышают допустимых правилами технической эксплуатации размеров ползуна. Тормозное трещино- и выщербинообразование не распространяются ниже закаленного слоя и образованные при замыкании трещин тормозные выщербины закатываются в процессе эксплуатации. Правомерность этого подтверждена исследованиями микроструктур части колес с тормозными дефектами.

3. Дендритная неоднородность в колесной стали снижает стойкость колес к контактным дефектам, вызванным действием переменных контактных напряжений. Рекомендовано осуществление гомогенизации заготовок с целью уменьшения отрицательного влияния дендритной неоднородности на износостойкость колес.

4. Откол, частный случай усталостной выщербины, образуется в результате развития трещины усталости от концентраторов напряжений, расположенных на значительной глубине от поверхности катания. Основная причина образования отколов - остатки околоусадочной ликвации слитка. Предложено увеличение прибыльной части слитка

5. Обоснована гипотеза о преимущественном трещинообразовании с поверхности катания колес, вызванного действием наибольших нормальных напряжений на основе разработанного автором аналитического метода исследования механизма усталостного трещинообразования. Определены зоны наибольших контактных напряжений. Рекомендовано повышение твердости поверхности катания до 350 НВ.

6. На основе анализа современных теоретических представлений о трении и износе, экспериментальных исследований с использованием современного оборудования установлено повышение контактной прочности с увеличением содержания углерода в стали.

7. Установлена взаимосвязь трибологических и диффузионных процессов с механизмом водородного изнашивания поверхности катания колес в результате исследования трибологических процессов в зоне колесо-тормозная колодка. Отрицательный потенциал на металле приводит к снижению износостойкости колес из-за интенсивного наводороживания их поверхности трения.

8. Предложены рекомендации к выбору колесной стали и к материалу тормозной колодки опираясь на установленные закономерности влияния трибологических процессов на изнашиваемость рабочих поверхностей колес выщербинами.

Для цельнокатаных колес железнодорожного подвижного состава необходимо повысить содержание углерода до 0,75 % и твердость обода до 350НВ.

Для тормозных колодок использовать полимерных композиционный материал трибоотрицательной зарядки.

9. Эксплуатационные испытания показали эффективность использования опытных композиционных колодок в сравнении с серийными тормозными колодками. Средний прокат колес при работе с опытными колодками меньше, чем при работе с серийными чугунными и композиционными соответственно на 30 и 22 %.

1. Ларин Т.В., Вихрова A.M. Новый стандарт на вагонные колеса.- Ж.-д. трансп., 1981, №10, с.72.,.73.

2. Кислик В.А., Кармазин А.И. Повышение сроков службы рельсов тяжелых типов// Труды РИИЖТа, вып.92, Ростов-на-Дону, 1972,с.5.88.

3. Производство железнодорожных колес/ Г.А.Билик, А.М.Иофе, А.В.Праздников и др.- М.: Металлургия, 1982, 232 с.

4. Инструкция по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию вагонных колесных пар, ЦВ/3429. М.: Транспорт, 1977, 88с.

5. Кислик В.А., Кармазин А.И. Выбор стали для вагонных колесных пар//Ж.-д. трансп., №8, с.24.25.

6. Ларин Т.В. Исследование механизма износа, усталостного выкрашивания, образования выщербин и наволакивания на поверхности катания цельнокатаных колес //Труды ВНИИЖТа, Вып.581, М.: Транспорт, 1977, С.51.68.

7. Силкокс Л.А. Влияние повышения веса и скорости поезда на подвижной состав-М.: Трансжелдориздат, 1947. 255 с.

8. Клещеева И.И., Кривошеев В.Н., Ларин Т.В. Цельнокатаные колеса из низколегированной стали//Вестник ВНИИЖТа, №3, 1970, С.1.5.

9. Повреждения и износ колес грузовых вагонов// Кислик В.А., М.А.Вдовин, А.И.Кармазин. Материалы научно-технической конференции секций ДорНТО СКЖД и кафедр института (12. 17 апреля 1971 г.), РИИЖТ, Ростов-на-Дону, С.39.45.

10. Богданов А.Ф., Чурсин В.Г. Эксплуатация и ремонт колесных пар вагонов.-М.: Транспорт,1985, 270 с.

11. Ситаж Марек. Повышение работоспособности колес железнодорожных экипажей конструкционными, технологическими и эксплуатационными методами// Автореф. докт. дисс., Санкт-Петербург, 1995.

12. Макушин В.М. Деформация и напряженное состояние деталей в местах контакта. В кн.: Основы современных методов расчета на прочность в машиностроении.-М.: Машгиз, 1950, С.567.634.

13. Классификация неисправностей вагонных колесных пар и их элементов.-М.: Транспорт, 1978.

14. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.- М.: Металлургия, 1980, 494 с.

15. Голиков И.Н., Маслеников С.Б. Дендритная ликвация в сталях и сплавах.-М.: Металлургия, 1977, 233 с.

16. Флеминге М. Процесс затвердевания. Перевод с английского// М.: Мир, 1977.

17. Виноград М.И. Включения в стали и ее свойства.- М.: Металлургия, 1968,252 с.

18. Обергоффер П. Техническое железо.- М.: Металлургиздат, 1940.

19. Шпис Х.Н. Поведение неметаллических включений в стали при кристаллизации и деформации.- М.: Металлургия, 1971, 127 с.

20. Иванова B.C., Щанявский A.A. Качественная фрактография.- М.: Металлургия, 1988, 399 с.

21. Пинегин С.В. Работоспособность деталей подшипников. М.: Машгиз, 1949.

22. Кармазин А.И., Кармазина Л.А. Способ диффузионного отжига блюма перед прокаткой на рельс/ Патент №2082773 с приоритетом от 26 мая 1993 г. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 24 мая 1997 г. Бюл.№18.

23. Андреев Г.Е., Савинов А.И. Выгода налицо (на Октябрьской железной дороге используется суженая колея)//Путь и путевое хозяйство.-1973.- №2.

24. Пути повышения долговечности рельсов и колес подвижного состава/А.И.Кармазин, И.А.Нахимович, В.Г.Яценко и др. // Межвузовский сборник научных трудов./ РГУПС.- Ростов-на-Дону.- 1995, С.5.9.

25. Панькин H.A. Причины интенсивного износа гребней колес и рельсов и пути его устранения// Ж.-д. трансп.- 1991. №11, С.57.59.

26. Ларин Т.В. Исследование механизма износа, усталостного выкрашивания, образования выщербин и наволакивания на поверхности катания цельнокатаных колес//Тр. ВНИИЖТ.- 1977.- вып.581, с.51.68.

27. Хрусталев Ю.А. Физико-химический подход к процессу наводороживания конструкционных материалов при трении и износе//Труды 2-го международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов. Т.П. Ярославль, 6.8 сентября 1994 г., С.425.432.

28. Крагельский И.В. Трение и износ.- М.: Машиностроение, 1968,480 с.

29. Поверхностная прочность металлов при трении / Б.И.Костецкий, И.Г.Носовский и др.//Техника. Киев. 1976, 293 с.

30. E.Rabinovicz. Influence of Surfase Enerqy on Friction and Wear Penomenä, J/Appl. Phys., 32 (8) (1961),1440.1444 p.

31. E.Rabinovicz. Friction and Wear of Materials, Wiley, New Yore, 1965.

32. Генкин C.M. Нагрев и износ колесной стали при трении по композиционным материалам//Вестник ВНИИЖТ,- 1969, №1,с.18.21.

33. Ларин Т.В., Девяткин В.П. Причины неравномерного износа колес при торможении композиционными колодками//Ж.-д. трансп.-1965.-№4, C.61.64.

34. Кривошеев В.М. Влияние композиционных колодок на работоспособность вагонных колес//Вестник ВНИИЖТ.- 1971.- №2, С.40.42.

35. Карминский Д.Э., Балон Л.В., Черняк И.М. Исследования композиционных тормозных колодок. В сб.: Повышение эффективности автотормозов// Труды РИИЖТа. Вып. 82, Ростов-на-Дону, 1972, С.20.36.

36. Карминский Д.Э., Балон Л.В., Черняк И.М. Надежность тормозных колодок. В сб.; Повышение эффективности автотормозов// Труды РИИЖТа. Вып. 82, Ростов-на-Дону, 1972, с.20.,.36.

37. Гаркунов Д.Н. Повышение износостойкости деталей машин.- М.: Машгиз, 1960,163 с.

38. Поляков A.A., Крагельский И.В., Гаркунов Д.Н. О водородном износе//ДАН СССР.-1970.-Т.195, №3, c.666.668.

39. Поляков A.A. О механизме водородного износа. В сб.: Исследование водородного износа.-М., Наука, 1977, с. 13. 18.

40. Боев С.Г., Лучников А.П. О роли механоэмиссии в процессе заряжения диэлектриков при трении. Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел.- Ташкент.- 1979, С.52.53.

41. Усманов А.И. Электростатические явления при трении и обработке металлов резанием//Автореферат канд. дисс. Ташкент, 1975.

42. Галактионова H.A. Водород в металлах М.: Металлургиздат, 1959,255 с.

43. Карпенко Г.В., Крипякович Р.И. Влияние водорода на свойства стали.-М.: Металлургиздат, 1962, 196 с.

44. Взаимодействие водорода с металлами. Отв.ред. А.П.Захаров./ Агеев В.Н., Бекман И.Н., Бурмистрова О.П. и др.- М.: Наука, 1984, 265 с.

45. Мороз Л.С., Чечулин Б.Б. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1967, 255 с.

46. Гаркунов Д.Н., Поляков A.A. Развитие исследований водородного износа и новые задачи. В сб.: Исследование водородного износа.- М.: Наука, 1977, С.3.12.

47. Кудинов В. А. Температурная задача трения и явление наростообразования при резании и трении//Доклады III Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах.- М., АН СССР. 1960. Т.З, с.207.,.216.

48. Матюшенко В.Я. Исследование наводороживания при трении с фрикционными пластмассами/УАвтореферат канд. дисс.- М., 1974.

49. Матюшенко В.Я. Износостойкость наводороженных металлов.- В кн.: Исследование водородного износа.- М.: Наука, 1977, с.24.,.27.

50. Матюшенко В.Я., Гаркунов Д.Н. Роль температуры в процессе наводороживания металла.- В сб.: Исследование водородного износа.- М.: Наука, 1977, с.44.,.49.

51. Бородулин М.М., Гаркунов Д.Н., Матюшенко В.Я. Распределение водорода в металлическом контртеле после трейия с фрикционными пластмассами. В сб.: Среда и трение в механизмах.- Таганрог, 1974, вып.1, с.52.56.

52. Рачински В., Смяловски М. Влияние различных факторов на водородную хрупкость железа и стали. Т.З// Защита металлов,- 1967. №3, с.267.,.277.

53. Справочник по триботехнике под ред. М.Хебды, А.В.Чичинадзе. Т.З. М.: Машиностроение, 1992,494 с.

54. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. Изд.3.- М.: Химия, 1978, 384 с.

55. Симаков Ю.С., Матюшенко В.Я. Материалы 5 всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел.- Таллинн, изд.Бит., т.П, 1975, 130 с.

56. Исследование водородного износа/ Под. ред. А.А.Полякова, Ю.С.Симакова.- М.: Наука, 1977, 84 с.

57. Поляков A.A. Основные явления избирательного переноса в узлах трения машин.- В кн.: Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения.- М.: Машиностроение, 1982, с.30.,.88.

58. Гаркунов Д.Н. Триботехника.- М.: Машиностроение, 1985, 424 с.

59. Поляков A.A., Гаркунов Д.Н. Водородная хрупкость поверхностных слоев при трении//Физ.- хим. мех. матер.- 1969.- №2, 48с.

60. Шпеньков Г.П. Физико-химия/Под ред. Д.Н.Гаркунова. Минск: БГУ им. В.И.Ленина, 1978, 204 с.

61. Гаркунов Д.Н. Самоорганизующиеся процессы при фрикционном взаимодействии в трибологической системе. Справочник по триботехнике под ред. М.Хебды и А.В.Чичинадзе. т.1.- М.: Машиностроение, 1989,400 с.

62. Электрохимические процессы при трении и использование их для борьбы с износом// Труды Всесоюзной науч.- техн. конф. Одесса, 1973.

63. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. 2 издание.-М.: Металлургия, 1981, 271 с.

64. Хайнике Г. Трибохимия.- М.: Мир, 1987, 584 с.

65. Симаков Ю.С., Г.М.Коган, М.М.Таненбаум, Ю.А.Хрусталев, С.М.Кауфман. Трение и износ, 1989. Т.10, №4, С.749.750.

66. Поляков A.A., Гаркунов Д.Н. Выделение водорода в процессе трения в деталях машин. -В сб.: Проблемы трения и изнашивания.- Киев, Техника, 1974, Вып.4, с. 145. 149.

67. Симаков Ю.С. Механохимическое структурирование полимеров в процессе трения,- В сб.: Пластмассы и твердые смазки в тяжелонагруженных узлах трения машин.- Челябинск, Изд-во ЧПИ, 1974, с.38.,.39.

68. Бородулин М.М., Васильев И.И., Церева Т.Г. Водородный износ в автомобильных тормозах.- В сб.: Исследование водородного износа.- М.: Наука, 1977, С.19.24.

69. Способ получения фрикционного полимерного материала./В.А.Лапицкий, В.И.Колесников, А.П.Сычев, И.В.Колесников, И.А.Нахимович/ Заявка №99109450 на патент от 27.04.99 г.

70. Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения/ Под ред. Д.Н.Гаркунова. М.: Машиностроение, 1989, т.1, 400 с.

71. Балон Л.В., Чернов С.Т. Пути повышения эффективности торможения. В сб.: Совершенствование конструкций, технического обслуживания и ремонта подвижного состава в современных условиях. РГУ ПС. Ростов-на-Дону, 1995, с.152.,.154.

72. Балон Л.В. Электромагнитные рельсовые тормоза.- М.: Транспорт, 1994, 108 с.

73. Балон Л.В. Привод тормозного башмака электромагнитного рельсового тормоза. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке 94-044989/11 от 27.12.94 г.

74. Кислик В.А., Кармазин А.И. Повышение срока службы рельсов тяжелых типов// Труды РИИТа. Вып.92. Ростов-на-Дону, 1972, С.5.88.

75. Кислик В.А., Кармазин А.И. Лабораторные исследования стойкости легированных и углеродистых сталей контактным повреждениям и поперечным изломам//Материалы XXXI научно-технической конференции института, РИИЖТ, Ростов н/Д.- 1968, С.385.388. ,

76. Ребиндер П.А., Щукин Е.Д. Поверхностные явления в твердых телах в процессах деформации и разрушения//Успехи физических наук, 1972, т.108, вып.1, С.3.42.

77. Основы современных методов расчета на прочность/ С.Д.Пономарев, В.Л.Бидерман, К.К.Лихарев и др.- М.: Машгиз. 1950. 703с.

78. Вагоны. Конструкция, теория и расчет. Под ред. А.А.Шадура.-М.: Транспорт, 1980.

79. Беляев Н.М. Вычисление наибольших расчетных напряжений при сжатии сопрягающихся тел. В сб. Ленинградского института инженеров путей сообщения, вып. 129, с.1.24.

80. Осипян А.В. Экспериментальные исследования питинговых разрушений в зубчатых колесах// Труды НАТИ, вып.43, 1945.

81. Кислйк В.А., Девяткин В.П. Исследование образования раковин при работе цельнокатаных и бандажных колес железных дорог// АН СССР. Трение и износ в машинах, сборник УПП, 1953.

82. Пинегин С.В. Работоспособность деталей подшипников.- М.: Машгиз, 1949.

83. Way S. How to Reduce Surface Fatique// Machine Desiqnn, №3, 1939.

84. Шишкин K.A. Борьба с выкрашиваниями тендерных бандажей конденсационных паровозов. Техника железных дорог. №3 4, 1944.

85. Шишкин К.А. О службе легированных бандажей на тендерах паровозов СОк. Техника железных дорог, №5 6, 1944.

86. Балабеков М.Т. Явление обратимого изменения механических и электрических свойств поверхности твердых тел при их трении. Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел, Ташкент, 1979, C.156.157.

87. Балабанов В.И., С.М.Мамыкин, Ю.А.Хрусталев, Б.Ф.Ляхов. Железные дороги мира, 1977, №6, с.З.5.

88. Водородный износ и его закономерности/Д.Н.Гаркунов, Ю.А.Хрусталев, В.И.Балабанов, С.М.Мамыкин/Дополнение к трудам 3-го международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов. Ярофи-97, Ярославль, 1997.

89. S.Wise, G.Lewis. Composition BrakeBlocks and Tyres. J.Inst. Mech. Eng. Roil-way Div. 1(4) (1970), p.386. .430.

90. Георгиевский Г.А., Олина Я.О. О намазывании и схватывании при трении пластмасс по чугуну. В кн.: Вопросы трения и проблемы смазки.- М.: Наука, 1968, С.127.131.

91. Сцешка С.Ф. Трибологические явления в парах трения сталь-композиционный материал для тормозных накладок. Перевод с анг./Wear, т. 64, №2,1980, с.367.,.378.

92. Технология пластический масс. Под ред. В.В.Коршака. Изд.З-е, перераб. и доп.-М.: Химия, 1885, 560 с.

93. M.G.Jacko. Physical and Chemical Changes of Organic Disc Pads in Service. Wear, 46 (1978) p.163.175.

94. K.Tanaka, S.Ueda and N.Noguchi. Fundamental Studies on the Brake Friction of Resin-based Friction Materials, Wear, 23 (1973), p.349. .365.

95. Melgaard. The Dry Wear of Metals as a Process in an Open System. Wear. 32 (1975), p.353.362.

96. Василенок Ю.И. Защита полимеров от статического электричества. -Л.: Химия, 1975, 188 с.

97. Леб Л.Б. Статическая электризация. Перевод с англ.- М.: Госэнергиздат, 1963, 408 с.

98. Статическое электричество при приработке химических волокон. Под ред. И.П.Генца.- М.: Легкая индустрия, 1966, 345 с.

99. Дроздов Н.Г. Статическое электричество в промышленности. -М.: Госэнергоиздат, 1949,176 с.

100. Harper W.R. Contact and Frictional Electrification. Oxford, 1967, 621 p.

101. Корнфельд М.И. Что такое электризация трением? ФТТ, 1969, т.2

102. Кронфельд М.И. Избыточные электрические заряды в щелочно-галоидных кристаллах.- ФТТ, 1968, т.Ю, вып.8, с.2422.,.2430.

103. Кронфельд М.И. Электрические заряды на поверхности щелочно-галоидного кристалла ФТТ, 1971, т.13, вып.2, С.474.479.

104. Лучшеков А.П., Сигов A.C., Боев С.Г. Стабилизация зарядов электретов механическим трением /Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел.-Ташкент, 1979, С.26.27.

105. Билик Ш.М. Пары трения металл-пластмасса в машиностроении и механизмах.- М.: Машиностроение, 1965, 311 с.

106. Цуркан В.П. Исследование электричества при сопряжении металла с пластмассой и его влияние на антифрикционные свойства узла трения. Автореф. канд. дисс., М., 1965.

107. Билик Ш.Н., Цуркан В.Н. Влияние направления стекания электрических зарядов, образующихся при трении на износ металлополимерной пары. В кн. Теория смазочного действия и новые материалы.- М.: Наука 1965, с.222.,.224.

108. Евдокимов Ю.А., Санчес С.С., Сухоруков H.A. Влияние поверхностной активности полимеров в период деструкции на процесс трения и износа пар пластмасса-металл и металл-металл. Механика полимеров, 1973, №3, С.520.525.

109. Колесников В.И. Теплофизические процессы в металлополимерных трибосистемах и повышение их фрикционных характеристик. Дисс.на соиск. уч. ст. д.т.н. Ростов-на-Дону, 1987, 381 с.

110. Симаков Ю.С., Матюшенко В.Я. Физико-химические процессы на фрикционном контакте, приводящие к образованию водорода. ФХММ, 1977, №1, С.27.33.

111. Бородулин М.М., Гаркунов Д.Н., Матюшенко В.Я. Распределение водорода в металлическом контртеле после трения с фрикционными пластмассами. В сб.: Среда и трение в механизмах. Таганрог, 1974, вып.1, С.52.56.

112. Чернин И.З., Ф.М.Смехов, Ю.В.Жердев. Эпоксидные полимеры и композиции.- М.: Химия, 1982, 232 с.

113. Коршак В.В. Технология пластических масс.-М.: Химия, 1985, С.276.278.

114. Энциклопедия полимеров. -М.: Советская энциклопедия. 1977, С.786.788.

115. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн.1/ Под ред. Дж.Любина; Перевод с англ. А.Б.Геллера, М.М.Гельмонта; Под ред. .Э.Геллера, -М.: Машиностороение, 1988, 448 с.

116. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник/ Е.В.Зиновьев, А.Л. Левин, М.М.Бородкулин, А.В.Чичинадзе.-М.: Машиностороение, 1980, 208 с.

117. Франц П. Накладки эффективных дисковых тормозов. Железные дороги мира, 1989, №9, с.22.,.26.176

118. Truc Brake Block Swell, Growth and Thermal instability/ Anderson Arnold E.// SAE techn/pap/ser., 1990 №902248, C.1.12.

119. L.S.Bark, D.Morgan, S.I. Percival. Chemical Changes in Asbestos Based Friction Materais During Performance, Wear, 1975, v.34, №2, p. 131.139.

120. Вуколов JI.А. Эксплуатация композиционных тормозных колодок. Железнодорожный транспорт. 1973, №4, С.42.43.

121. Хаит Э.И. Определение экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.у., Минск, Из-во «Полымя», 1979, 144 с.

122. Вуколов Л.А. Трибология композиционных тормозных колодок на вагонах железных дорог России. Труды 3-го Международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов. «Ярофи-97», Ярославль, 1999г.

123. Карминский Д.Э., Балон Л.В., Черняк И.М. Исследования композиционных тормозных колодок. В сб. Повышение эффективности автотормозов. Вып. 82. Труды РИИЖТа. Ростов-на-Дону, 1972 г.

124. Пивень Е.Г. Фрикционные полимерные изделия, армированные просечно-вытяжными металлическими структурами. Трение и износ. Т. 13, №6, 1992 г., С.1108.1111.«✓Х' I ^1. ВЕРЖДАЮ:ик вагонного депо ВЧД-3,1. Абазиев С.Г » 1999 г.

125. Установлено, что используемые материалы композиционных тормозных колодок при трении электризуются положительно, что инициирует процесс адсорбции и последующей диффузии водорода вглубь обода колеса возникшим электрическим полем.