автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение работоспособности колес железнодорожных экипажей конструкционными, технологическими и эксплуатационными методами

1.0 с"? ся

На правах рукописи

СИТАЖ МАРЕК

УДК 629.4.027.11

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОЛЕС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЭКИПАЖЕЙ КОНСТРУКЦИОННЫМИ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ

Специальность 05.22.07 — Подвижном состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный консультант —

доктор технических наук, профессор ИВАНОВ Игорь Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КИСЕЛЕВ Игорь Георгиевич;

доктор технических наук, профессор ЗАХАРОВ Борис Владимирович;

доктор технических наук, профессор ШАШКОВ Николай Анатольевич

Ведущее предприятие — Станкостроительный завод ИАРАМЕТ Кузния Рациборска (Польша).

Защита состоится « . . . мая 1995 г. в......асов

на заседании диссертационного совета Д 114.03.02 Петербургского государственного университета путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 9, ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «... .» апреля 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

доцент

Б. В. РУДАКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы . Поступательное развитие народного хозяйства обуславливает дальнейший рост перевозок железнодорожным транспортом. Это достигается, в основном, увеличением грузоподъемности вагонов и скорости движения поездов. Железнодорожные колеса являются важной частью подвижного состава, в значительной степени обеспечивающие эффективную его работу и безопасность движения. Увеличение уровня нагрузок на колеса обусловило увеличение в последние годы количество их восстановлений, связанных прежде всего с поверхностью катания колеса, что свидетельствует о несоответствии его работоспособности современным условиям эксплуатации.

Выход из строя колесных пар влечет за собой отказ в эксплуатации целого вагона или локомотива, вызывает увеличение времени их простоя в нерабочем парке. Использование современных методов определения прочности колесных пар не позволяет выявить причины низкой их надежности, а их конструирование, как правило, ведется путем испытания большого количества различных вариантов натурных образцов.

В связи с этим, актуальной является задача создания таких методов расчета колес, применение которых позволит установить причины повышения выхода их из строя, сократить общие сроки проектирования колесных пар и повысить их надежность в эксплуатации.

Эффективным путем повышения служебных свойств колес, в том числе поверхностей катания, является их термическое упрочнение. В процессе термического упрочнения в колесе неизбежно возникают остаточные напряжения, которые играют для железнодорожных колес особую роль, поскольку в значительной степени определяют важнейший показатель их качества -надежность в эксплуатации.

Ремонт колес в процессе эксплуатации в большинстве случаев ведет к сокращению па 30-40% р „четного срока службы колес из-за неэкономичного восстановле.шл геометрических параметров профиля катания колес, потерями колесного металла. Также

значительны потери металла обода при • ремонте из-за сверхнормативного износа гребней.

Среди рекомендаций по . борьбе с интенсивным износом гребней, главнейшей является применение смазки в контакте колеса и рельса в кривых участках пути.

Рассматриваемая работа является развитием системного подхода к научным - исследованиям на стадиях проектирования, изготовления .эксплуатации и ремонта колес в рамках программ Министерства Транспорта; Комитета Научных Исследований Польши, Института Транспорта, в Катовицах, а также совместных научных исследований с С-Петербургскнм государственным университетом путей сообщения по разработке :

- методов определения прочности элементов колесных пар;

- технологических процессов производства и ремонта колес с целью повышения их ресурса, экономии транспортного металла и интенсификации процесса восстановления работоспособного состояния колес;

- методов по борьбе с интенсивным износом в кривых участках пути бандажей, колес и рельсов во время их эксплуатации.

Цель работы. Повышение работоспособности колес железнодорожных экипажей на основе системного подхода, касающегося разработки технических и технологических решений по совершеь. гъованию качества их фушатиониропания на стадиях проектирования, .изготовления, , эксплутащш и ремонта , п теоретического их обоснования.

Обтая 'методика и с с л е а о п а и и й. Теоретические исследовашш выполнены на основе системного анализа: анализ и синтез, ранговая корреляция, математическое моделирование. Оптимизация, 'касающаяся напряженного состояния колеса, теории контактного взаимодействия /трнбозлементоз колеса и рельса, а также определения оптимальных остаточных напряжений была выполнена с применением ЭВМ. Теоретический анализ слияния конструкции подвижного состава па работоспособность поверхности катания колес был прогедеп при использоадгаш метода ранговой корреляции.

' Экспериментальные исследования проводились , как в лабораториях, так и в производственных условиях с использованием современного оборудования и приборов.

Н а, у ч н а я н о в и з н а. На основе экспериментально-теоретических исследований приведены научно-обоснованные технические ■ решения : [конструкторские, технологические, эксплуатационные), внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте Польской Республики за счет повышения работоспособности колес и безопасности движения поездов. При этом получены следующие оригинальные результаты:.

1. Предложен системный подход к повышешпо работоспособности колес рельсовых экипажей, касающийся комплексных конструкционных, технологических и эксплуатационных разработок в этом направлении. - \

2.Пред\окена методика проехтироваши колесных пар которая позволяет в зависимости от разных монтажных параметров натяга, разных конструкционных параметра» колеса и оси, а также разных термических нагрузок во время. торможения найти оптимальное суммарное напряженное состояние и соответственно выбрать оптимальную конструкцию колесной пары для определенных условий эксплуатации.

. 3. Разработана новая классификация . остаточных напряжений, а также рекомендована их величина ' в колесах после технологического процесса их упрочнения.

4. Установлена качественная и количественная зависимость распределения остаточных напряжений в колесах на различных этапах технологического процесса их изготозления.

5. Предложен метод повышения работоспособности элементов пары системы колесо-рельс, основанный на использовании наиболее благоприятных физико-механических свойств в их поверхностных слоях. Определены геометрические и физико-механические параметры их упрочнення.

6. Теоретически н экспериментально определено влияние термической обработки поверхности каташи бандажных колес на качество прессового соединения и последующей механической обработки.

7. Изучено напряженное состояние в контактной зоне колеса и рельса в зависимости от уроаня колесных нагрузок, износа поверхности катания колеса и головки рельса.

8. Получены теоретический результаты влияния смазки на напряженное состояние и параметры смазываемого слоя в системе колесо-рельс.

Практическая ценность работы заключается в использовании разработанных методов и средств решения научных, практических, производственных и экономических задач проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта колес для повышения срока их службы, интенсификации процессов их изготовления и восстановления работоспособности, экономии транспортного металла.

Реализция работы. Разработанная теория и методика определения напряжений была применена на металлургических заводах Польши: "Козсшзгко" в Хожове и на "1-до Ма]а" в Гливицах при выполнении научно-исследовательских работ, а также используется в учебном процессе политехшгческого института в Гливицах.

Разработанное теоретическое обоснование и проведенные экспериментальные исследования влияния термической обработки поверхности катания колес на качество прессового соединения и последующей механической обработки были использованы при разработках фирмой "11АРАМЕТ" конструкции установок Е2А-112.

Разработанный системный подход к повышению работоспособности колес рельсовых экипажей был использован Центральным Конструкторско-технологическим Бюро в Катовицах при научно-исследовательских работах. Разработанная теория смазки системы колесо-рельс была использована при научно-исследовательских работах в Силезском Политехническом Институте в Гливицах, а также в Университете в Кардиффе ( Англия ), а рекомендации прошли опытную проверку на польских железных дорогах.

Вклад автора. Реферируемая диссертация обощает результаты исследований по повышению ресурса колес и его конструкционного, технологического и эксплуатационного

обеспеченна, полученные при выполнении научно-исследовательских работ в Польше и других странах мира (Англия,Россия) по тематике Министерства Транспотра и Комитета Науки Польши под научным руководством и при непосредственном участии автора. Результаты совместных разработок с указанием вклада каждого участника изложены в отчетах и опубликованы в соавторстве. В каждом конкретном случае в диссертации даны соответствующие ссылки и источники информации.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на : научно-технических конференциях , Силезскога Политехническиго Института в Глпвицах в 1979-1993 г.г.; на расширенном заседении кафедры "Технология металлов" ПГУПС в 1937 и 1995 г.г.; па заседании "Department of Metallurgy and Materials Science" University of Weles, Cardiff, 1983 и 1991 г.г.;а также на научных конференциях и. семинарах в Польше и других странах, п том число: Ogóinopolskim Seminarium Naukowym " Nnpr?zcnía wlasne - teoría i praktyka", Lublitiiec 1984 r., Szkcb-Konfersncji "Teoretyczne i doswiadcznlne pcdstawy. prognozowanin tnvalosci рагу kolo-szyna"', Spata 1987 г., International Conference "Rail-Wheal System", Miszkolc, 1987 г., Научно-технической конференции ТашИИТ, Ташкент, 1907г., VII Kcnferencji Naukowej "Pojazdy szynoWe" Rydzyna 1933 г., -Migdzynarodowej Kcnferencji Naukowcj "Eksploatacja i nnprawa ko!ejo\vych zestawów kolowych i szyn" Gliv/ics 1939 r. VKenferertcji Naukowcj Instytut'i- Tranrportu Po'iíechmki Warszaivskiej, Warszawa 1990 г., XXX Sympozjum "Modelowanie w Mechanics" Wisla 1992 г., XIV Kcnferencji Naukowo-Technicznej "Produkcja i eksploatacja szyn kolejowych" Rogcznik 1994 г..

П у б л и к п н и н. По материалам диссертации опубликовано 36 научные работы и одна монография. Отдельные вопросы подробно оссещены в 11 отчетах по научно-исследовательским работам.

Объем и структур п работ н. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов, содержит 239 страниц .машинописного текста, 32 таблиц, 117 рисунков, библиографии, пклгочггощей 231 гмнменований и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрено состояние проблемы надежности и долговечности железнодорожных колес в Польской Республике и других странах мира. Иа основе плана развития железнодорожного , транспотра Польши на период до 2000 года и далее, проведенного анализа дефектов колес на локомотиворемонтных и вагоноремонтных заводах и обзора литературы сделан вывод о необходимости повышения работоспособности колес, в том чпел-, поверхности катания колее.

Ог правильного выбора метода повышения работоспособности элементов машин- или механизмов зависит надежность их работы и экономические затраты на изготовление, эксплуатацию н ремонт. В результате анализа научно-исследовательских работ определены основные поправления и методы повышения работоспособности колес (рис 1). Анализ этого рисунка показывает, что в настоящее время существуют, различные направления н методы повышения ' работоспособности колес. Автором предложен системный подход к повышение работоспособности колес, касающийся комплексных конструкционных, технологических и эксплуатационных разработок о этом шлравлешш.

На основе проведенного анализа дефектов колес, появляющихся в настоящее время, а также помеченных планов по увеличению скоростей движения и нагрузок на железнодорожном транспорте Польши и других стран мира следует, что необходимо повысить прочность колес, в том числе значительно качество поверхности катания.

Работоспособрость системы колесо-рельс определяется соответствующим- подбором материалов, характеризуемых сочетанием физико-механических свойств их верхних соприкасающихся слоев, коистругсцпей кинематических пар, а также условиями их взаимодействия. Поэтому кроме подбора физико-механических свойств материала этих элементов, нужна модернизация конструкции колесных пар - одно из самых перспективных направлений в повышении качгстш

- б-

Рис.1. Основные направлении и методы повышения работоспособности элементов пары системы колесо-рельс

функционования подвижного состава, а также снижение сил трения в контакте колесо-рельс во время эксплуатации.

При изучении таких сложных процессов, какими являются трение, изнашивание и смазка, а также сложность конструкции подвижного состава, на первом этапе исследования целесообразно выделить наиболее существенные факторы из большого числа независимых параметров. Исследования позволят резко сократить объем экспериментальных работ. Для этой цели,т.е. определения влияния различных параметров конструкции подвижного состава на износ колес (рис.2) использован метод ранговой кореляции факторов.

Он обладает существенными преимуществами перед традиционным!: методами, так как мы получаем более объективный материал не только в части лзишого суждения каждого из специалистов-экспертов, но и коллективного мнения. Результаты опроса специалистов .связашгые с "Конструкция колеса и колесной пары" представлены на рис.3. Анализ этого рисунка показывает, что

Рис.3. Результаты опроса специалистов

'1 J

главными параметрами, влияющими на работоспособность колес, являются: - диаметр колеса;

- профиль поверхности катания;

- вес колесной пары;

- жесткость и упругость колеса,

В составе "Конструкция тележки н поезда" главными параметрами является: - вес поезда;

- количество осей;

- тип тормоза.

В соответствии с результатами анализа поставлены следующие задачи повышения ресурса колес:

На стадии конструирования:

- определение оптимальных конструкций колесных пар и колес в зависимости от разных систем нагружеиия;

- определение оптимальных остаточных напряжений в колесах на стадии проектирования технологического процесса.

На стадии производства и ремонта:

- повышение несущей способности поверхности катания колес за. счег улучшения ее качественных харктеристик, исследование влияния термической обработки на свойства формируемой поверхности, установления влияния этих свойств на износостойкость поверхности катания системы колесо-рельс;

- сохранение металла обода при восстановлетш геометрии профиля поверхности катания за счет применения экономичных способов восстановления.

На стадии эксплуатации:

- сохранение металла обода (гребня) за счет применения смазки в системе колесо-рельс ;

- сохранение металла обода за счет применения оптимальных (минимальных) эксплуатационных нагрузок в контакте колесо-рельс.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена конструкционным методам повышения работоспособности колес железнодорожного транспорта.

Модернизация конструкции колесных пар - одно из самых перспективных направлений в повышении качества фуккцношг-рования подвижного состава , пропускной способности, скоростей движения и безопасности движения на железных дорогах. Однако, это очень трудоемкий и наукоемкий процесс, связанный с большими материальными затратами, поэтому внедрение

в производство усовершенствованных моделей колесных пар несколько затруднено.

В диссертации показаны (на основе обзора литературы п рассуждений аэтора) тенденции развития и теоретический возможности других конструкций колесных пар и их влияний на явления, происходящие в Области контакта. Нужно отметить, что по сравнению с основным вариантом, п нестандартных решениях наблюдается значительное уменьшение касательных сил. Однако, следует иметь в виду, что пока эти теоретические решена;! не имеют полного математического описания конструкции , экспериментальные исследования выявляют негативные явлений, которые не учитывались при моделировании математическими методами.

Молено выделить несколько направлений модернизации конструкции колесных нар. Среди них : изменение размеров, сеса( технологии изготовления колесных пар, а также вспомогательных п тормозных устройств. Область возможных конструкционных решений ограничена необходимостью учитывать взаимодействий элементов подпшкнего состава, определяемой нормативной документацией, а тазике условиями технологических процессов. Исследования в этой области были проведены в разных международных железнодорожных огранизациях и дирекциях железных дорог разных стран. Вследствие- этих работ получзнм различима профили, размеры которых представлены на рис.4.

Численные методы спределешш механических нагрузок, представленные ORE*, а также СЭВ, позволяют определить состав исстоянных, -независимых от времени значений вертикальных я боковых сил в функции параметров подвижного состава. Дтигппеские явления, происходящие в системе подвижной состав - железнодорожный путь выражаются через коэффициенты динамики. Такая статичесяо-детермшшровагагая модель напряженного состояния определяет способ оценки прочности колесной пары. Заключается он в том, что для данной статичной системы сосредоточенных сил методом конечных элементов или методом граничных элементов определяется распределение перемещений и напряжений в "о-.геной паре. Критерием оценки прочности колесной пары cv. .¡¡г эквивалентное напряжение, которое не должно быть больше предела текучести.

Нормативные статические нагрузки, учитывающие массу вагона, движение поезда в кривых, динамические перегрузки, принятые по проекту ORE, базируются на следующих исходных данных (рис.5):

ml - обрсссорешшя масса вагона, отнесенная к одной оси; у - ускоренно свободного подешм;

' - ORE/UIC - Office do Rceherches el d' Essios do L'Uijion Internationale des chcmins <le icz.

r> 12

р I-

м

I_41

дГх ; ге.у;

—|-'Г —

V

Н*

О!"* V,

-Л—.

УЦС2

—

Рис.5. Нормативный статические нагрузки, действующие на колеагую пару по проекту ОКЕ

2Ь - расстояние между плоскостями действия вертикальных сил на оси;

25 - расстояние между плоскостями поверхности каташм;

111 - расположенно центра тяжести вагона над осью колесной пары.

Величины сил , действующих на колесную пару (рис.5), определяются из следующих уравнений:

U)

H =0,15m,g

Y, =0,3Qm,g Y2 =0,1 S in,g

Q, +5) -Рг(Ь -S) +Hr]

Q2 -¿[P2(b +S) -P,(b -S) -Hr]

i

Для расчетов напряженного состояния в колесной паре используются максимальные силы, действующие на колесо О и Y, имеющие наибольшую величину,'т.е. Qi и Yi.

В процессе торможения тормозные устройства , воздействуя на колесную пару вызывают в пей термические нагрузки. При взаимодействии колеса с колодкой образуется тепловой поток, который направлен от тормозной колодки к бандажу колеса. Принятая в работах ORE величина потока тепла равная 40 кВт действует па колесо в течении 20 мип и вызывает в большинстве конструкций колесных пар посгояшше деформации.

Анализ напряженного состояния элементов колесных пар был проведен для колесных пар с цельнокатаными колесами и колесных пар с бандажными колесами.

. В процессе работы рассматривались семь цельнокатаных колес с разными профилями диска (рис.6): .

1 - колесо с прямым наклонным диском (Польша);

2 - колесо с S-образиым диском (Польша);

3 - колесо с прямым ступенчатым диском (Россия);

4 - колесо с прямым диском (Гермаш:к);

5 - колесо с С-образным диском (стандарт ORE);

G - колесо с прямым наклонным диском, вариант 2 (Россия); 7 - колесо с S-образным диском, вариант 2 (Польша).

Для возможности сравнения влияния различных конструкций на напряженное состояние колес, предполагались прочие равные условия для всех колес. Диаметр поверхности катания был принят равным 920 мм. Принято, что колеса изготовлены из стали марки St7p, со следующими свойствами: Лм=690-830 Мпа, А5 - 9-11% по

- H -

I !омср колеса Осеян» Раддлыгые

псремсщ«3!п1я пзреме-щешм

(им] [мм1

1 3.0 1.4

2 ?.,е 1.1

3 1,7 1.0

4 3,5 1.7

5 3,5 1.7

0 1.0 0.3

7 2.6 1.4

Рис. 0. Сравнительные исследогаз , я конструкции колесных пар с точки зрения жесткости диска колеса

ГОСТу PN-64/H-84027 (Польша). Модуль упругости Е= 2,1 4-10' Н/мм1, коэффициент Пуассона у — 0,29.

Нормативные статические нагрузки, учитывающие массу вагона, движение в кривых и динамические перегрузки приняты по проекту ORE.

Масса вагона,отнесенная к одной оси:

- для статической нагрузки: а) 20 т; б) 24 т;

- для динамической нагрузки (при принятом коэффициенте динамики К„ =3): а) 60 т; б) 72 т.

Величину сил, действующих на колесную пару, расчитываем по формулам (1). Монтажный натяг между осыо и колесом принят 0,2 мм. Вследствие приложения вы?!' , перечисленных сил в колесе создается трехмерное напряженное': состояние (рис.7), определяемое численными методами.

А

Рис. 7. Схема трехмерного напряженного состояния колеса

На распределение напряжений при суперпозиции решающее значение имеют напряжения, вызванные торможением, так как они

имеют большие величины . Меньшее влияние имеют монтажные и эксплуатационные напряжения.

На основе полученных расчетов суперпозиции напряжений можно сказать, что в колесе могут появиться локальные пластические области в местах концентрации напряжений. Распределение суммарных напряжений при суперпозиции представлено на рис. 8.

Сравнение исследованных конструкций колесных пар с точки зрения жесткости; диска колеса для нагрузки 72 т/ось представлено на рис.6. Анализ этого рисунка показывает, что наименьшую жесткость имеют колесные пары с С-образным диском, прямым наклонным диском, а также диском фирмы КТШРРа.

Проведен численный анализ колесных пар с бандажными колесами, изготовленными по стандатру ТЛС. Исследованиям были подвергнуты три наиболее часто встречающиеся конструкции соединения оси со ступицей колеса (рис.9), варианты натяга представлены в табл.1. Также для расчетов было выбрано одно бандажное колесо с предельно допустимым в зхсплуатацшг износом. Механические и термические нагрузки приняты такие же, как и для цельнокатаных колес, рассмотренных выше.

На рис. 9 представлены численные значения напряжений для трех конструкционных вариантов осп и ступицы для разных натягов. Представленное распределение напряжений показывает, что их величины в значительной степени зависят от принятого натяга колеса на ось, а также от конструкции соединения ось-ступица ' колеса. С увеличившем жесткости повышается поверхностное напряжение и принимает максимум в месте наибольшей жесткости, т.е. под диском колеса. Сравнивая его с результатами расчетов по уравнению Ламэ можно отметить, что они намного больше. В связи с этим можно отметить, что при монтаже колесной пары принимаются натяги больше требуемых. Самые большие растягивающие напряжения а, действуют в области, прилегающей к ступице колеса с осью рис. 10.. Такое распределение напряжений характерно для всех представленных конструкционных решений. На основе полученных результатов суперпозиции напряжений можно сказать, что в бандажном колесе распределе1ше напряжений аналогично распределению

Л»«

4 Г.* * «.»Л *

Квоге^ел!« пимг 7 1НР*»

г «О

< "Г Лк"<ч<А'.<Г * »»«*<*>

------^

М

Рис.8. Распределение суммарных напряжений в колесе

____сЮ'мЗгкиО.Р

.__ аомМиОЛ —— 1* о «СМиО.З

Рис. 10. Распределение напряжений при соединении ступицы колеса с осыо

а)

Рис. 9. Исследуемые конструкции соединения оси со ступицей колеса

в рассматриваемом цельнокатаном колесе и здесь также могут появляться локальные пластические области.

До настоящего времени отсутствует единое мнение относительно механизма повышения прочности за счет остаточных напряжений и существующая противоречивость выводов из разных работ в этой области связана с субъективными и объективными трудностями. Одной из них является отстутствие до сих пор научно-

Таблица !

Исследуемые варианты натяга для бандажных колес [мм]

Колесо-ось 0,17 0,17 0,17 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3

Колесо-бацдаж 0,9 0,11 0,45 0,9 0,11 0,45 0,9 0,11 0,45

обоснованной классификации остаточных напряжений. Существующие в настоящее время классификации остаточных напряжений являются либо отраслевыми, либо узкого круга однородных .лютй. На рис.11 дана Новая классификация остаточных напряжений. В основу такой классификации положены: вид происхождения остаточных напряжений; причины их возникновения; следствие их действия. Такая классификация обеспечивает направленность оценки н учета остаточных напряжений на стадии изготовления и ремонта деталей с целью повышения их надежности и долговечности (в том числе колес и рельсов), а также оди&зна чно характеризует остаточные напряжения.

Для определения величины остаточных напряжении на стадии проектпроЕания технологическою процесса была использована теорема Мелана, касающаяся предела приспособляемости. Согласно этой теорема необходимо, чтобы упругие контактные напряжения (2)

0*. «у . ГХ, |2)

в сумме с остаточгплмп напяжениями (3)

-го -

Признак класса

По

происхождению

По причинам шкишкноасиня

Следствие

Рис.11. Классификация остаточных напряжений

а.

г„=о]

-Г =т

'чу * >7;

(3)

давали поле напряжений, лежащее внутри поверхностей текучести (4), где через Г обозначен принятый критерий текучести,

(4)

выраженный в главных напряжениях. Главные напряжения, соответствующие сумме контактных и остаточных напряжений, определяются соотношениями (5).

а, =4 (а, +ст,)+4т/(<т, +0, -о,) +Ат%

°г +0< +< "О,! +4т1

■ О* +в,)+о,

(5)

Из проведенного анализа вытекает, что остаточные напряжения на поверхности должны вызвать деформацию сжатия, а их значение определяется в зависимости аост =(0,2 -г0,5) ат .

Для определения остаточных напряжений в колесах после основных операций технологического их изготовления в Польше были использованы механические методы.

В исследованиях были использованы железнодорожные цельнокатаные колеса одной плавки (содержание основных элементов: 0,52/оС, 0,7%Мп, 0,26%31), соответсвутощке техшгческим требованиям Р№84/Н-84027/05. Для определения остаточных напряжений в колесах был принят метод который заключается в следующем:

установлены двухкомпонентные розетки тензодатаяков на поверхности катания,с внутренней и наружной сторон но радиусу колеса;

- произведена двухкратная разрезка по радиусу колеса таким образом, что тензодатчики находились по оси симметрии вырезанного темплета;

- осуществлена вырезка темплета обода;

- методом малого отверстия произведено измерение остаточных напряжений по глубине поверхности катания вырезанного темплета.

Применение этих методов позволяет определить средние напряжения в колесах, ассиметршо распределения остаточных напряжений и их местные экстремальные значения, а также выбрать конструктивное решение, наиболее удовлетворяющие существующим условиям эксплуатации,

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена технологическим методам повышения работоспособности, колес железнодорожного транспорта. ■ .

Повышение эффективности работы транспорта, дальнейшее снижение материальных затрат вызывает необходимость разработки новых, более прогрессивных технологических процессов производства и ремонта колес подвижного состава, а также совершенствования действующих с целые увеличения их ресурса, улучшения работоспособности колес. Управление качеством работы колеса, его надежностью, должно предусматривать действия, направлешше на изменение параметров колес, условий их производства и восстановления. Этого можно достигнуть специальными технологическими мероприятиями (рис. ¡2). Анализ этого рисунка .показывает, что существуют два основных пути повышения работоспособности колес технологическими методами, т.е. за счет экономии метал/л обода и увеличения износостойкости металла обода.

Недостаточная изученность технологических систем механической обработки колес, вопросов обрабатываемости колесной стали и надежности используемого инструмента ведуг к его поломкам, врезам в колесо и последующим переточкам колес. Известно, что один пилиметр толщины обода обеспечивает 40...20 тыс.км пробега в зависимости от диаметра колеса.

Почти все обтачиваемые колесные пары с дефектами и более половины с предельным прокатом имеют на поверхности катания колес участки высокой тзердосгл (НУ С-00-1000). Это вызывает значительные трудности при восстановлении профиля поверхности катания. Обточка колесных пар з этих случаях сопровождается большими ударными нагрузками. отрицательно влияющими та режущий инструмент, оборудование, а также речко сокращает срок службы колесных пар.

Рис.12 Повышение работоспособности колес железнодорожного транспорта технологическими методами

Эффективный и реальный путь решения этой проблемы предложили ученые ЛИИЖТа. Он заключается в улучшении обрабатываемости колесной стали перед обточкой за счет восстановления до исходного состояния свойств закаленных твердых участков на поверхности катания. Для этого разработан способ, предусматривающий многоступенчатый отжиг верхних слоев металла поверхности катания колес, пугем непрерывно-последовательного нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) перед обточкой. На его основе фирма "ЯАРАМЕТ" при участии автора, используя эту технологию спроектировала и сконструировала установки Е2А-112/2 и Е2А-112/1 с предназначением для серийного выпуска. При проектировании и изготовлении этих установок автором бьгли выполнень1 комплексные теоретические и экспериментальные исследования влияния термической обработки поверхности катания на качество прессового соединения а условия резашш при ремонте колесных пар с бандажными колесами, так как до сих пор таких исследований не проводилось.

Для оценки качества работы индуктора на установке Е2А-112 были проведены замеры температур, возникающих при термообработке колеса, а для определения влияния индукционной обработки на свойства металла бандажа были сделаны металлографические исследования, химический анализ, а также определены механические свойства материала обода перед и после термической обработки.

Д\я определения влияния термической обработки колес иа условия резашш были получены:

параметры перемещения супорта и инструмента в функции времени;

- параметры временных динамических процессов изменения сил резания ;

затраты мощности на преодоление технологических сопротивлений резанию.

На рис. 13 представлены усредненные величины сил резания во время целого цикла процесса резания. Максимум величины силы резашш, показанный прежде всего через главную составляющую Р, .выступает, в основном, для 3 и 4 колесных пар (без термической обработки).

На рис.14 представлено компьютерное изображение составляющих величин сил резания (усредненные) и узких итрежах

г««

70

50 -

40 -

50 -

\

ч] \

* \

* \

1 Ч

п

БЗ Рг ш г» СЛ то Рис.13. Усредненные величины сил резания

кН

«о -то «3 10 -

33 10 -»0 -

о

Рис. 14. Компьютерное изображение составляющих величин сил резания

йремени для исследуемых колес (термообработанное - 1 и баз термообработки - 2). Анализируя эти рисунки можно сказать, что на изменение сил резания большое влияние им'еет твердость колес. Похожие результаты получены при измерении параметров перемещений суппорта и мощности на преодоление технологического сопротивления резанию.

При разработке установки Е2А-112 для предварительного изменения физико-мехакичеекпх сеойстп поверхности катания колес с твердыми участками методом индукционного нагрева возникла потребность исследования влияния термообработки верхнего слоя колес на прочность соединения бандаж-колесный центр.

Железнодорожное колесо в условиях термообработки, требуемой в процессе регенерации, с точки зрения физических явлений в нем происходящих, является термоупругой системой. Систему этого класса при условии небольшой скорости измене!шя деформации во время течения теплоты можно считать квазистабильной и описать с помощью уравнений :

Мш-= уО, (6)

(»•А]«--* ' к ' и Р)

э2 , з2 , 53

ГАе 7 Эхгг'

ц,\ - постоянные Ламме;

а, - коэффициент температурной дилятации массы; р - плотность; с, - удельная теплота; 0 - коэффициент теплопроводности. Сложность геометрии колеса, а также распределение температуры практически не дает возможности аналитически

решать уравенне (7). Решение в виде распределения перемещений и напряжений является возможным в том случае, если при расчете будет использован метод конечных элементов.

В использованном методе конечных элементов для решения пространственного несимметричного напряженного состояния применяются суперэлементы. Задача состоит в решении системы уравнений, учитывающие граничные условия напряжений и перемещений

{F}=[k]{5}+{F}4 (8)

где {F} - вектор узловых сил элементов; [к] - матрица жесткости; {г} - матрица перемещений узлов; {f,0 J - матрица начальных узловых сил, вызванных температурой. В результате получаются составляющие перемещений в соответствующих узлах структуры, определенной конечными элементами.

Полная сетка дискретной модели колеса представлена на рис. 15, а рис. 16 показывает сенсу бандажа поело деформации вместе с колесным центром перед натягом.

Анализируя проведенные измерения температуры, расчеты на ЭВМ и эксперименты можно утверждать, что при термообработке обеспечивается необходимая прочность соединения бандажа с колесным центром.

На рис.17 представлены разработанные схемы элементов пары колесо-рельс в сочетании с линейными и нелинейными характеристиками материала, полученными за счет их упрочнения. Анализ приведенных схем показывает, что существует возможность значительно повысить (в 1,5-2 раза) износостойкость элементов пары колесо-рельс за счет применения различных методов упрочнения их верхних слоев. При этом работоспособность элементов пары такой системы будет оптимальной при условии:

, +Х2 =XCmin 1 J

(9)

где Х,,Хг - текущие значения износа поверхности катания колес и головки рельсов в интервале заданных допусков их износа;

Рис. 15, Полная сетка дискретной модели колеса

Рпс. !С\ Сотка Сличала после деформации вместе с колесным центром перед термической обработкой

Рис. 17. Изменение физико-механических свойств материала и износа колеса за счет упрочнения

Х<. - суммарный износ колеса и рельса;

1 - относительная износостойкость материала элементов пары колесо-рельс.

Время работы системы колесо-рельс можно представить в виде следующих выражений: для колеса ^ <ц, <ц4

для рельса «я «я <«» <«а (Ю)

для колеса и рельса Г(т„ +г») <Гб« +<а) < Е(?„ +1»)

где ц -время работы 1-го элемента в )-ом варианте, в пределах

допускаемого износа Откуда вытекает вывод что максимальное время работы имеет система с упрочненным колесом и рельсом.

Важнейшей задачей при решении проблемы упрочнения элементов пары колесо-рельс является установление геометрических и физико-механических параметров их упрочнения. Изучение существующих в различных странах мира, а также поиск новых оптимальных из них дал возможность установить параметры упрочнения колес и рельсов для железных дорог Польши. До введения термообработки рельсов на твердость 400 НВ практику вполне устраивала существующая твердость металла колеса, но в настоящее время положение коренным образом изменилось -твердость материала на поверхности катания железнодорожных колес требуется до 340-380 НВ. Геометрические параметры колеса и рельса должны соответствовать профилю проката колеса и износа рельса. Практически требуется учитывать размеры изделий, условия их работы и технологические особенности упрочнения. На рис.18 представлены геометрические параметры упрочнения элементов пары системы колесо-рельс с нелинейными характеристиками их материала. Эти параметры рекомендуются для железных дорог ПНР. При установлении этих параметров использованы : общая формула проф.М.М.Машнева по определению глубины упрочнения колес и рельсов и работы ученых ЛИИЖТа , направленные на улучшение физико-механических свойств материала поверхности котания колос при восстановлении их профиля катания.

Элемент Прн1кс1<с|же колеса и тип рельса Допусхае кии прокат (мм> Глубин \ уврочнешы (мм)

Колесо Плсслжирские v > 120 км/ч S S

ГЪссздшрскиэ v > 120 км/ч 7 7

Грузовые v > 100 км/ч 9 9

Рельс С60 12 12

C49 12 12

Рис.18. Геометрические параметры упрочнения и допускаемый прокат колес и износ рельсов

Для выявления влияния- ' термической обработки ТВЧ на износостойкость поверхности катания системы колесо-рельс разработана методика и проведены лабораторные исследования износостойкости, твердости, структуры и.остаточных напряжении. Износостойкость колесной и рельсовой сталей в зависимости от твердости, стуктуры и остаточных напряжений определялась на машине 2070-СМТ-1 при скорости 1000 оборотов ведущего ролика в минуту, нагрузке 700 Н и диаметре образцов 40 мм. Потеря веса определялась путем взвешивания их до начала испыта.шй и после окончания его. Остаточные напряжешш измерялись на установке Дрон-УМ-1 и прибором ЭРИОН-1Б, изготовленным в ЛИИЖТе. При этом использованы-колесная и рельсовая стали, применяемые в настоящее время в Польше, соответствующие техническим требованиям РН-34/Н-84027/ОЭ и РЫ-84/Н-84027/07 и содержащие основные элементы: 0,52/бС, 0,7%Мп, 0,26%Б1 для колес и 0,71%С. 1,09%Мп, 0,15%Б1 для Р^0®-

Применегаю различных парметроп упрочнения закалкой ТВЧ и их влия1ше на повышение износостойкости колесной и рельсовой сталей представлено на рис.19

Рис. 19. Зависимость процесса износа колесной (1) и рплъсог-ой сталей (2) от нх твердости; 3 - суммарный износ.

Анализ полученных автором кривых показывает, что термическую обработку целесообразно проводить для получения тзердрсти свыше 340 НВ и установлено, что при постоянных условиях эксперимента время приработки образцов, закаленных ТЗЧ меньше, чем у незакаленных. При твердости 400 НВ время приработки образцов, закаленных ТВЧ, в 3 раза меньше по сравнению с незакаленными (260 НВ). Определено, что термическая обработка ТВЧ незначительно (в 1,2 раза) уменьшает коэффициент третья.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА поевч эксплуатационным методам

повышения работоспособное и колес железнодорожного транспорта.

До середины SO-x годов боковой износ рельсов и гребней колес подвижного состава на железных дорога:; Польши и других стран мира в основном находился в пределах, не создающих больших затруднений в эксплуатационной работе. Обточка колесных пар также не вызывала серьезных затруднений и большинство депо справлялось с необходимым объемом работ. Однако, в последние годы интенсивность бокового износа рельсов в кривых участках пути и бокового износа гребней колес подвижного состава резко возросла, что связано с существенными изменениями в технике и условиях эксплуатации. В связи с этим гзтором на рис. 20 рассмотрены основные направления и пути повышения работоспособности колес эксплуатационными методами и разработаны два основных направления повышения работоспособности, а именно, за »чет уменьшения контактных напряжений и лубрпкации.

Для правильного решения проблемы уменьшения контактных напряжений и повышения контактной выносливости южное значение имеет изучение напряженного состояния в контактной зоне. Контактная задача представляет собой объемную задачу теории упругости. Для ряда случаев имеются теоретические решения. Для расчета контактных напряжений бы ля использованы работы проф. В.ФЛковлева модифицированные автором ' для конкретных контактных задач.

В ходе I. «¡слений варьировались радиусы кривых, радиусы головки рельса, поверхности катания, колеса, а также нагрузка колеса на рельс, глубина точки, в которой определялись напряжения (табл. 2).

Анализ полученных данных показывает, что контактные напряжения существенно зависят от величины колесной нагрузки, ptWr/ca головки рельса и профиля колеса. С увеличением колес ион нагрузки контактные напряжения увеличивалотся (рис 21), причем при контакте головки рельса радиусом 300 мм н бандожеМ прямолинейного профиля с увеличением нагрузки от 104 до 300 кН контактные напряжения ьоэрастают на 300 МПа, тогда, как при контакте рельса с изношенным бандажедг (Я, =540 мм) такое же увеличение нагрузки вызывает рост контактных напряжений лишь на 150 МПа.

Рис, 20 Поишиишю работоспособное!и колес железнодорожного транспорта во время эксплуатации

Таблица 2

Исходные данные для вычисления контактных напряжений

Параметры Значения

1 Радиус кривой И, , м 600 1ООО 10*

2 Радиус головки ральса И,, мм 13 15 ЗСО 400 600

3 Радиус колеса Д. мм 400 475 483 550 1000

4 Радиус воверхкоста колеса Л,, мм 13.5 35 330 540 10*

5 Нагрузка колеса на рельс Р, кН 104 125 150 300

6 Глубина Z. мм 0 2 8 10 14

Анализ напряжений в опасной точке внутри металла колес и рельсов показывает, что при качении нового или малоизиошенного колеса по рельсу напряжения б опасной точке внутри колес превышают допустимые при любых колесных нагрузках, реализуемых в эксплуатационных условиях {рис. 22).

В процессе взаимодействия колес, имеющих изношенный профиль поверхности катания (К.,( = 300 мм) напряжения в опасной точке значительно меньше допускаемых даже при максимальной нагрузке (300 кН).

Следовательно, для обеспечения прочности колес при взаимодействии с новым рельсом необходимо изменить профиль поверхности катания бандажа и повысить прочностные характеристики колесной стали.

На основании приведенных ранее данных в диссертационной работе автора и исследований ученых многих стран Е настоящее время разработаны рекомендации по борьбе с интенсивным износом бандажей колес и рельсов. Главнейшими из них являются: применение смазки в контакте колеса и рельса, изменение профиля бандажей, улучшение конструкции тележек, особенно в части жесткости рам, улучшение качества сборки тележек и т.д. Наиболее эффективным является применение смазки рельсов и гребней колос с кривых участках пути.

L

0 104 150 kM 300 Q

Рис. 21. Зависимость максимальных контактных напрял«; ими от колесной нагрузки

МРа

1000

500

z-punkf niebezpieczny R2 = 300rnm

~—Rj г 500 mm R, = U30mm - ^^

/

-Rp ,-3?о мРг.

, „ ......

—granicG plasfycznoici stali • Сц!-!-:--

0 330 540 вя И

Рис. 22. Проверка прочности колее и рельсов в опасной точке внутри металла

1 - предел текучести рельсовой стали;

2 - предел текучести колесной стали.

Самым главным преимуществом этого направления является возможность его реализации в кратчайшие, сроки за счет широкого применения технических средств лубрикацин гребней колес и рельсов. Одновременно надо помнить, что смазка направлена на устранение последствий, а не причин роста износа. Однако, выигрыш во времени и сохранение высокой эффективности этих мер и , после реализации, направлен на снижение силового взаимодействия пути и подвижного состава.

До сих пор для заданных условий работы системы колесо-рельс сорт масла выбирался по значению вязкости масла при атмосферном давлении. В то же время эластогидродинамическая теория смазки (ЭТС) показывает, что выбирать сорт масла иужно в зависимости от величины вязкост-.', соответствующей заданным условиям эксплуатации, В связи с этим автором была рассмотрена ЭТС применительно системе колесо-рельс.

Способ, в котором смазывающая пленка, находящаяся под давлешюм, распространителя между контактирующими смазывающими поверхностями, описывается уравнением Рейнольдса:

Ч дх

Зу ( п Зу

.(11)

ох

где ,■> - удельны¿1 вес; р - давление смазки; г) - вязкость смазки; п - расстояние между поверхностями; ц - средняя скорость контактирующих поверхностей по отношению к точке контакта.

Оси х и у принадлежат общей касательной плоскости с началом в точке контакта, причем ось х - в иаправлешш и.

Если степень давления высока, то удельный вес и вязкость определяются как постояшше величины и изменяются согласно формулам:

|1+Х? (1+7Р

=4^ (13)

Р =Р<,

(12)

За деформацию принимается деформация в полубесконечных телах:

1Г4*Ц<ЬЧ*, (14)

I -1 «Ч ) .Дх -X,) +(у -у,/

которая в результате дает толщину пленки, зависящую от давления в соответствии с :

(15)

где Их и Ку - действительные радиусы кривой в х и у направлениях и Б произвольная постоянная, выбранная для получения требуемой нагрузки V/:

У/ = Пр(х,у)с;у (15)

Нагрузка, рассчитанная для работы, установленная в пределах 100 кН, является прпемлнмой нагрузкой, испытываемой контактом. Скорость нагрузки бььла установлена 22 м/с, а параметры смазки соответствуют смазке, которая используется для этой цели на Польских железных дорогах.

Результаты были получены для- различных радиусов колеса и рельса. На рис.23 показаны результаты для'случая 11х/117=0,33, что отражается в зллшгщческой области контакта. Рисунок показывает продольные к поперещше сечега-ш давления и толщины пленки, а также контуры толщины пленки по площади контакта. Пленка, образованная поверх области сухого контакта имеет действительное значение 3,9 ^м, за исключением сжатия, которое распространяется по сторонам контакта, где образуются боковые впадины, в которых минимальная толщина пленки достигает 11^ = 2,7 цм. Эти особенности характерны для относительно тяжело нагруженных контактов ЭТС. ■ Рис.24 показывает изопараметрическую проекцию части распределения давления со стороны выхода контакта и иллюстрирует приближение к распределению давления по типу Герца. Результаты проведеных исследований резюмированы на рис.25. Из полученных кривых видно, что используя ЭТС можиа подобрать оптимальные параметры смазки системы колесо-рельс в зависимости от условий эксплутации, а также параметров колеса и рельса.

(с!

-1.0 О.о 1.0

х/.

Рис. 23. Результаты мя случая 1^=0,48 м, 11у.= 1,45 м

а) разрез давления и толщина пленки па линии У=0

б) разрез давления и.толщина пленки на линии Х=0 с) контуры толщины пленки Ьс = 3,9 м, Ь1п = 2,7

Pire. 24. Изопараметрическея проекция распределения давления для случая Rj.-0.43 м, Ry= 0,34 м. Максимальное давление P=l,16 GPa.

h(ym),Pmax(GP2)

Rx/Ry

2>

1 г

Рт4х_ ^""Як/йу -

-

\ ^ А ' / \ / —- -

' 1 I. —J. 1 , : _ ,i____

20

15

10

13 14 15 15 17 13 19 20 21 22

[mm]

Рис.25 Результаты проведены* исследований по смазка

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

С целью повышения работоспособности колее рельсовых экипажей, экономии транспортного металла, шггенсификацтш и повышения качества процессов проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта колес предложены научно обоснованные технические и технологические решения по повышению их ресурса. При этом получены следующие научные и практические результаты.

1. Действительные возможности работоспособности колес на железных дорогах Польши и других стран мира реализуются далеко не полностью, что затрудняет обеспечение их надежной работы, особенно при постоянном возрастании грузонапряженности железных дорог. На основе плана развития железнодорожного транспорта, проведенного анализа дефектов колес, обзора литературы и технико-экономических возможностей сделан вывод о необходимости повышения качества колес, прежде всего поверхности катания. Предложены методы повышения их работоспособности на всех стадиях жизненного цикла колеса. Они связаны с комплексным!! конструкционными, технологическими и эксплуатационными разработками в этом направлении.

2. С использованием метода ранговой кореляции факторов показано, что главными параметрами, влияющими на работоспособность колес, являются:'

а) в составе "Конструкция колеса и колесной пары":

- диаметр колеса; ■

- профиль поверхности катания;

- вес колесной пары;

- жесткость и упругость колеса.

б) в составе "Конструкция тележки и поезда":

- вес поезда;

- количество осей;

- тип тормоза.

3. Предложены методика и метод расчета напряженного состояния колес различных конструкций, применение которого позволило установить причины повышения выхода их из строя, сократить

общие сроки проектирования колесных пар п повысить их надежность в эксплуатации с учетом монтажных, эксплуатационных и термических нагрузок.

Приведен численный анализ напряжений наиболее часто всчрочающихся констру!сций соединения оси со ступицей колеса при разных вариантах катяга. Представленное распределение напряжений показывает, что их величины в значительной степени завися г от принятого натяга колеса па ось, а также, от конструкции ссэдинення ось-ступица голоса. Анализ напряжений, июминьк штягом, показывает, чго при монтаже колесной пары прадоютотся натяги больше требуемых.

Результаты суперпозиции напряжении позволили определит», локальные пластические области п местах концентрат"! напряжений. На распределение напряжений при суперпозиции решающее значение охозмвдют нанр^-жепия, вызванные торможением.

Сравнение исследованных конструкций колес с точки зрения жесткости диска колеса, позволяет сделать гьтод, что наименьшую ;кзсткссть имеют колесные пары с С-образным диском, прямым наклонным диском, а также диском фирмы КГШРРа.

4. Разработана ног,а;! классификация остаточных напряжений, которая обеспечивает управление остаточными напряжениями на стадии Н2ГОТОйлэ!П1я и ремо'нта деталей н однозначно определяет измеряемые остаточные напряжения. Установлена их величина после технологического процесса.

Разработана методика определения остаточных напряжений в колесах, которая была применена на металлургическом заводе п Пол'.-ше. Получена количественная и качественная зависимости распределения остаточных технологических напряжений в колесах.

5. Экспериментольпые 2!сследосания влияния предварительной термической обработки поверхности катания на условия резания при ремонте колесных пар с банкетными колесами показали, что сиз егмчительно уменьшает:

- параметр:.! сроненных динамических процессов изменения спл резания;

- -

затраты мощности на преодоление технологических сопротивлений резания;

- глубину резания, сохраняя работоспособный слой металла обода.

6. При разработке установки Е21А-112 для предварительного изменения физико-механических свойств поверхности катания бандажных колес с твердыми участками методом индукционного нагрева экспериментально определены температуры и с использованием метода конечных элементов получены данные по деформациям и напряжениям бандажа. Анализ результатов показал, что при термообработке обеспечивается необходимая прочность соединения бандажа с колесным центром.

7.Предложен метод повышения работоспособности элементов пары системы колесо-рельс, основа!, и;VI на использовании наиболее благоприятных физико-механических свойств в их поверхностных слоях. Установлены геометрические параметры упрочнения элементов пары системы колесо-рельс.

8. Исследовано влияние упрочнения ТВЧ деталей на их износостойкость. Изучены структура и физико-механические свойства колесной и рельсовой сталей. Применение ТВЧ' для упрочнения элементов пары системы колесо-рельс с рациональным использованием остаточных напряжений даст возможность повышать износостойкость этих элементов в 2-3 раза. Приведенные результаты лабораторных испытаний и высказанные соображения с целью повышения их износостойкости должны быть проверены в эксплуатациошшх условиях.

9. Представлены направления и пути повышения работоспособности колес экедлуатациошшмн методами и разработаны два основных направления повышения работоспособности,а именно, уменьшение контактных напряжений и лубршеация.

Анализ напряжений в опасной точке внутри металла колес п рельсов показывает, что при качении нового или малонзношешюго колоса по рельсу напряжения в опасной, точке превышают . допустимые при нагрузках, реализуемых в эксплуатационных условиях. Для повышения качества

взаимодействия колес с новым рельсом необходимо изменить профиль поверхности катания и повысить , прочностные характеристики колесной стали.

10. Для исследования эффективности лубрикацни в кривых участках пути применена эла сто гидродинамическая теория смазки (ЭТС) для системы колесо-рельс для условий Польши. Получены продольные и поперечные сечения давления и толщины пленки для разных конструкционных и зксплуатациошшх параметров колеса и рельса. Используя ЭТС можна подобрать оптимальные параметры смазки системы колесо-рельс в зависимости от условий эксплуатации, а также параметров колеса и рельса.

Содержание диссертации изложено в следующих основных работах:

1. Banasz Т., Sitara М.: Wplyw napr?zeñ wíasnych na trwaloáó pr?tów áciskanych osiowo. Mcteriaíy Ogólnopoískisgo Seminarium Naukowego- "Napr?zenia wíasne --teoría i praktyka". Gliv/ice, 19S3, s. 19-36.

2. Sitarz M.: Определение и классификация остаточных напряжений. Okreslenie i klasyfíkacja napr?zeñ wíasnych. Materialy Ogólnopolskiego Seminarium Naukowego "Naprezenia wíasne -teoría i praktyka". Gliwice, 19S3, s.120-136. '

3. Sitarz M.: Naprezenia wíasne i ich wpíyw na trwaíosc elementóvv maszyn. Materialy Ogólnopolskiego Seminarium Naukowego "Napr?zenia wíasne —teoría i praktyka". Gliwice, 1983, s.137-149.

4. Sitarz M. : Analiza napr^eñ wíasnych w szynach kolejowych. Materialy Ogólnopolskiego Seminarium Naukowego "Naprezenia wíasne -teoría i praktyka". Gliwice, 1983, s.150-165.

5. Sitarz M.: Анализ возникновения остаточных напряжений во время изготовления и ремонта колесной пары подвижного состава. Materiaív Mi?dzynarodowego Seminarium Naukowego "Naprezerua wíasne - teoría i praktyka". Lubíimec, 19S4, s.42-45.

6. Sitarz M. : Влияние остаточных напряжений на общую прочность деталей при поверхностном упрочнении. Matenaíy Miijdzynarodowego

Seminarium Naukowego "Naprçzenia wtasne - teoria i praktyka". Luhliniec, 1984, s.46-53.

7. Silarz M. : Методика оценки остаточных напряжений элементов пары колесо-рельс. Materialy Miçdzynarodowcgo Seminarium Naukowego "Naprçzenia wlasne - teoria i prakiyka". Lubliniec, 1984, s.54-59.

S. Siatrz M. : Методы повышения работоспособности колес. Materiaîy IV Konferencji Naukowej "Nauka i proktyka vv transporte". Warszawa, 1985, torn V. s.346-352.

9. Sitarz M. : Wpfyw fizyko-raechanicznych wiasnosci matcriafu na zuiycie elementôw рагу kolo-szyna. Matenaiy VII Konlerencji Naukowej "Pojazdy szynowe". Rydzyna, 12-15 XII 1938 г., S.76-S3.

10. Sitarz M. : Selection of die method for increasing the wear resistance«' of the elements of the railway wheel-system. GEPGYARTASTECHNOLOGIA, 198S r. nr 12, s.555-558, Budapest.

11. Silarz M. : Przeglqd badari i modclowania elcmentôw рагу koio-szyra ZN Pol. ¿1., ser. Transport, z.14, Gliwice 19S9 г., 5.163-Ш.

12. Sitarz M. :Switonski E. : Влияние физико-механических свойств поверхности катания колес на параметры их резалияЛУр1у\у fizyko-mechanicznych wiasnosci warstwy wierzehniej kôl zestawôw koîejowych na parametry ich skrawania. 234 Poi. ¿1., ser. Transport, z.I4, Gliwice 1989 г., s.187-194.

13. Kapianek J., Sitarz M., Wrébel G. : Analiza siaiiu naprçzenia i odksztalcenia kola jezdr.ego pod wplywctn ustalonego pola lemperatur. ZN Pol. Si., ser. Transport, z.15, Gliwice 1990 r„ s.125-139,

14. Rak Z., Sitarz M. : Historyezny przeglqd rozwoju kôl koîejowych. ZNPol. Si., ser. Transport, z.l 5, Gliwice 1990 г., s.283-222.

15. Sitarz M.: Regeneration of wheel set teads with application of preliminary improving of phisico-mechanieal properties of surface layer. III-rd Internationa] Symposium "Tribological problems of elements operating ia contact", 25-27th September 1990. ZN AGH w Krakowic, Krakow 1990.

16. Sitarz M. : Device for regeneration of tread of wheel sets. Ill-ra Internationa! Symposium "Tribological problems of elements operating in contact", 25-27th September 1990. ZN AGH w Krakowie, Krakow 1990.

- 4 6-

17. Sitarz M., Switonski E. : Wpiyw fizjko-triechaiicziiycb wlasnoici wcxstwy wieachniej - kof zestaivow kolejowych na patanetty ich skrawsnia. Trakcje i wagony, 1990 Г..ПГ 7, s.122-123.

13. Sitarz M. : Wpiyw warunkow eksploatacji kolejowych zestawcw kolowych na sposob icii regcnerncji. , V Konferer.cja Naukowa bistytutu Transport« Fol. V/arszawskiej, 19-21 wrzcSnia 1990 r.

19. Врубель Г., Капланек Ю., Снтаж М.: Влияние индукционного нагрева на напрряжеиное состояние и деформации колеса. Теплообмен в энергетических установках подвижного состава железных дорог и метрополнтеноз. Сборник трудов ПГУПС, С. Петербург, 1593,с.40-43.

20. Врубель Г., Капланек Ю., Сптаж М. Анализ напряженного состояния и деформации колеса при воздействии индукционного нагрева Теплообмен в энергетических • установках подвижного состава железных дорог и метрополитенов. Сборник трудов ПГУПС, С.-Петербург, 1993,с.43-47.

21. Иванов И.А., Беженорос СЛ.,Ситаж М. и др. Повышение выносливости колес скоростного подвижного состава.Локомотивы и их эксплуатация .Сборник трудов ПГУПС, С.-Потербург,1993, с .2731- .

22. Иванов И.А., Заболотиев А.Г., Сптаж М. Методика и результаты исследования выносливости цельнокатаных колее. ZN Politechniki Slqskiej, ser. Transport 1993.2.24, с.73-79,

23. Sitarz M., R.ik 2. : Anoliza czyimifcowa tworzeniaa trroiosci, niezwcodnosci wnrshvy v/icrzchrJej clementow рагу ko!o-szyna. ZN Politechniki Slaskiej,

Ecr. Transport 1993 Z.2 I, c.CO-37. »

24. Sitarz ' M.,. Evans IIP. : Application of elastohydredynamic theories oflufcricaticn to r?:t wheel systems with cun-cd tacks. ZN Politechniki Shpkiej, rcr. Trmpcit 1993 Z.24, с.ПЗ-ОЭ.

25. Sitnnz M., Evans H.P. : Application of cteto'iydrcdvnamic theories cflubricaticm rail-whcal systems. Materisfy XXI Syropog'cnu "Mothlowanic w satchmice", Wish 1992, s.85-39.

- H7 -

26. Ситаж М., Сколотиева Н.Ю.', Смазка системы колесо-рельс иа железнодорожном транспорте. Ма!е'лагу XXII Коп!сгспе,р Наикол-о-ТесЬшсгпе.), Коео±ык 26-28 рагсЫегшк 1994,5.107-114.

27. Иванов И. А., Урушев С. В., Ситаж М., Будюкин А. М. Повыжшение работоспособности колес рельсого транспорта при ремонте технологическими методами. ПГУПС Санкт-Петербург 1994.- 151с.

Подписано к печати 31*03.S5 г. • Усл.п.л. 2,9 Печать ойсевкая'Рунага для шоаит. опп. Фор маг 60x84 I/I6 Tupas 100 экз. Заказ й 32Л:

Тип. ПГУПС IS0Q3I, {М1о'.тербург, Московский пр.,9