автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Расчет и прогнозирование фрикционных характеристик взаимодействия рабочих поверхностей колес и реек

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РГ6 од

ч 5 і:::ц гі

Бєлозьоров Євген Володимирович

УДК 629.4.015:625.031

Розрахунок і прогнозування фрикційних характеристик взаємодії , робочих поверхонь коліс і рейок

05.22.07 - рухомий склад залізниць та тяга поїздів

АВТОРЕФЕРАТ ДИСЕРТАЦІЇ

на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Луганськ - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі “Гідрогазодинаміка ” у Східноукраїнському державному університеті Міністерства освіта та науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, с.н.с.

Осенін Юрій Іванович,

Східноукраїнський державний університет, зав. кафедрою “Гідрогазодинаміка”, м.Луганськ

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, доц.

. Головинов Геннадій Георгійович, нач. кафедри "Транспортні системи" Дніпропетровської державної митної академії

кандидат технічних наук,

Кашура Олександр Леонідович,

Східноукраїнський державний університет, старший викладач кафедри “Залізничний транспорт”, м.Луганськ , ,

Провідна установа - Харківська державна академія залізничного транспор' Міністерство транспорту України, кафедра "Експлуатація та ремонт рухомого складу"

Захист відбудеться “ 12 ” 05________2000 р. о _12_год. На засід;

спеціалізованої ради Д29.05І.03 при Східноукраїнському держави університеті за адресою: 91034 м.Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Східноукраїнсь» державного університету: 91034, м.Луганськ, кв. Молодіжний, 20а.

Автореферат розісланий “ // ” 2000 р.

Учешш секретар

спеціалізованої вченої ради ' Осенін Ю.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Фрикційні властивості поверхонь коліс і рейок є одними з основних эактеристик, відповідальними за реалізацію великих по розміру тягових і іьмових зусиль у системі "колесо-рейка", що забезпечують можливість ективного розгону, прямування і гальмування рухомого складу залізниць.

Актуальність теми. Оцінка фрикційних властивостей робочих верхонь коліс і рейок на стадії проектування тягового рухомого складу аяе собою складну задачу і припускає встановлення взаємозв'язку між цими астивостями й навантажувально-швидкісними, матеріалознавськими і зико-хімічними факторами Доцільним напрямком розв'язання цієї задачі є тематичний опис процесу силової взаємодії в системі "колесо-рейка", що зволяє прогнозувати фрикційні властивості в залежності від факторів, що ливають.

Однією з найбільш складних задач математичного опису 'едставляється урахування особливостей формування напружено-формованого стану області контакту колеса з рейкою на мікрорівні, від іректності розв'язання якої залежить у цілому адекватність математичної >делі реальному процесу фрикційної взаємодії та достовірність одержуваних зультатів. і

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, исертаційна робота виконувалася відповідно до держбюджетної теми ГН-24-(№01930002455) "Теоретичні й експериментальні дослідження фізико-мічної механіки контактної взаємодії поверхонь катання коліс і рейок”.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка гтодики розрахунку і прогнозування фрикційних характеристик взаємодії )леса з рейкою, яка враховує мікродеформаційні особливості контактування збочих поверхонь.

Задачі дослідження:

1. Ранжирування факторів, що впливають на реалізацію силової взаємодії робочих поверхонь колеса і рейки;

2. Теоретичні дослідження особливостей деформування одиничної мікронерівності, розташованої на поверхні колеса, під впливом тангенціального навантаження;

3. Теоретичні дослідження напружеда-деформованого стану поверхні колеса, поданого сукупністю мікронерівностей, під впливом складного навантаження.

4. Аналіз впливу мікродеформаційних процесів, які реалізуються у передконтактній області на характеристики силової взаємодії поверхонь

колеса і рейки.

5. Якісна оцінка мікродеформаційних процесів в області контакту на осної акустичних і вібраційних явищ в системі «колесо-рейка»;

6. Аналітична оцінка характеристик взаємодії колеса з рейкою;

7. Експериментальне дослідження закономірностей деформування поверхі

колеса в передконтактній зоні під впливом тягового зусилля; •

8. Оцінка достовірності результатів дослідження.

Наукова новизна отриманих результатів:

• Вперше розроблена математична модель деформування одиничю мікронерівності під впливом тангенціального навантаження, що дозволя аналітично описати її формозміну в цих умовах;

• Вперше розроблена математична модель, що описує закономірнос деформування поверхневого шару колеса на мікрорівні в передконтактні зоні;

• Отримано аналітичні залежності зміни топографічних параметрі поверхневого шару колеса, що дозволяють враховувати мікродеформаці що протікають у предконтактной зоні колеса, викликані реалізацієї тягового моменту;

• Запропоновано методику оцінки фрикційних властивостей колеса рейкою (за критерієм коефіцієнта зчеплення, реалізованих тисків і плої контакту), побудовану на основі ‘ встановлених закономірностей взаємод робочих поверхонь на мікрорівні.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Запропонована методика оцінки фрикційних властивостей поверхон коліс і рейок дозволяє на стадії проектування тягового рухомого склад здійснювати оцінку зчішгах властивостей коліс і рейок.

2. Урахування при математичному моделюванні мікроконтактних процесі у передконтактній зоні дозволить підвищити адекватність математично моделі реальному об'єкту, так само як і достовірність інженерноп розрахунку фрикційних властивостей коліс і рейок.

Особистий внесок здобувана:

- Розроблено математичні моделі деформування одиничної мікронерівності сукупності мікронерівносгей. На основі моделей запропоновані методик] вирішення задач про деформування одиничної мікронерівності і сукупност мікронерівностей при тангенціальному навантаженні [2,3,4,5];

- Створено методику оцінки фрикційних характеристик взаємодії робочи: поверхонь коліс і рейок з урахуванням мікродеформаційних процесів ; передконтактній зоні колеса [5,7];

Теоретично оцінено й експериментально перевірено вплив ікродеформаційних процесів, що реалізуються у передконтактній області на шову взаємодію поверхонь колеса і рейки [1,6,8,9];

Отримано аналітичні залежності урахування мікродеформаційних процесів ж побудові математичного опису контактної взаємодії в системі "колесо-;йка" [4,5].

Апробація результатів роботи. Дисертаційна робота доповідалась, зговорювалась і була схвалена на засіданні кафедри Тідрогазодинашка" УДУ, науково-технічних конференціях "Проблеми розвитку рейкового >анспорту" VII (1997 p.), VIII (1998 p.), IX (1999 p.), а також конференції эофесорсько-викладацького складу СУДУ (1998р.).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 9 )біт. У тому числі: 6 статей, загальним обсягом 33 л. і 3 тези доповідей на іуково-технічних конференциях.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з лупу, шести глав, висновків і 5 додатків. Повний обсяг 150 сторінок, у тому ислі 9 рисунків на 7 сторінках, 1 таблиця на 1 сторінці, 5 додатків на 32 горінках, 109 бібліографічних найменувань на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

В вступі наводиться загальна характеристика роботи, визначені мета і ідачі дослідження, показані актуальність і новизна теми, сформульовані сновні напрямки розв'язання поставлених задач.

Перший розділ містить аналіз сучасного стану досліджень, рисвячених проблематиці фрикційної взаємодії робочих поверхонь коліс і ейок.

В даний час установлено, що реалізація фрикційної взаємодії колеса з ейкою здійснюється в умовах одночасного впливу комплексу факторів, що бумовлені особливостями конструкції транспортного засобу і рейки, гхнологією виготовлення робочих елементів колісно-моторного блоку, іізико-хімічного стану поверхонь коліс і рейок та умовами експлуатації ухомого складу.

Багато аспектів цього впливу детально вивчені і математично описані наукових дослідженнях Андриевского С.М., Ахматова О.С., Беляева О.И., еріго В.Ф., Вершинського C.B., Голубенко О.Л., Грачова JI.O., Дановича .Д., Демкіна Н.Б., Дерягіна Б.В., Ісаєва І.П., Коняева О .H., Коротенко ÍJL, Костецького Б.І., Крагельського І.В., Кузнецова В.Д., Куценко С.М.,

Лазаряна В.О., Левіна З.М., Львова О.О., Мінова Д.К., Міхіна М. Осеніна Ю.І., Павленко А.П., Петрусевича О. И., Рижова Є.В., Тібіл Т.О., Ушкалова В.Ф., Чудакова Є.О, Хусідова В.Д., а також Барклі Боудена Ф., де Патера, Жолі, Калкера, Картера, Краузе Н., Кретт< КуртеляР., Меделя, РебіндераП.О., Тейбора Д., ЧіхосаН., ЗмілсонаС..

Проведений аналіз робіт показав, що перспективними являют дослідження механізму формування напружено-деформованого стану облг контакту колеса з рейкою, важливий аспект якого складається в урахува впливу мікродеформацій (масштабу шорсткості і хвилястості) робо1 поверхонь на характеристики контактної взаємодії. Враховуючи це б; сформульовані задачі дослідження.

В другому розділі виконане теоретичне дослідження взаємодії кол з рейкою, засноване на урахуванні передконтактних мікродеформаційі процесів, що протікають у поверхневому шарі колеса.

В основу дослідження деформування поверхневого шару покладі розгляд формозміни одиничної мікронерівності і сукупності мікронерівнос під дією дотичних сил у передконтактній зоні колеса.

Задача деформування одиничної мікронерівності була приведена дослідження узагальненого плоского напруженого стану безкінеч полуплощі з виступом під дією стискальних зусиль Т.

Відповідні граничні умови мають вигляд:

де п - нормаль до контуру (нерівності); Ь0 - межа полуплощі |х[ >

(хєХі)

(хеЬх)

<і>'0)+'ф’ОО- -є2'“ • [? • </0) + 7/(2)] = 0

Тр7(х) + ф'(х) + х-ц>"(х) + х'(х) =~^(ак+і-Ьк)-хк - є к )х|</ .. . *=0

2\х ■ \и + / • V] = К • ср(г) - х ■ 'ф’(/) - х(/) |х| < /, у - 0

б(х)- дельта-функція; а - кут між нормаллю до поверхні і віссю ОХ; ц -постійна Ляме; V - коефіцієнт Пуасона; г=х-Ну - узагальнена координата; її -висота нерівності; К = .

Введено функції напруг

ФО) = S' •1* а • * * Й . Х(*) = S • Р а ■ Z ■ А"

fc=0 4=0

(3)

Напруги при |х| < / подані у вигляді

= ■ eos -*■?-*-, -sin^fc*.

jt=i í ¡t=i i

де aK, bk, ak, pk- невідомі коефіцієнти; 21 - ширина нерівності

На основі (1) отримано вираз, що визначає зміщення точок поверхні

4і-Т(а)

(4)

[и + '-v] о =

1

2¡a-v2Tt -(v + l)

-í-

•sin(a-x)-Ja-

o .а .

+ j—і------1------cos(a-x)-ü?a +

о ос

72-(l-v)-BÍa) . г \ , ?4/-в(а) , \ ,

+ J—і------1—i-^.sm(a-xJ-Ja +j---------^—^-cos^a-xj-ara

о а о а .

(5)

✓ ч +°° і . . . +оа , .

де ^ °>-L 'е‘ах±с * т(а)=;/?г f vUo •

’ —гг> ^ — m *'

Визначення формозміни поверхні побудовано на знаходженні коефіцієнтів а» Ьк, ак, рк у системі рівнянь, складеної на основі граничних умов (2), причому третє з граничних умов (2) дозволило об'єднати умови (1) і (2) за рахунок загальних складових:

к=1

Re/

(г*+1) = 0

jâplii £(- ,r. .f уМ ^ +

(1+vj ¿=i о (fot) -(а/)

4v-/ S t .u+i , , ?sin(g/)-cos(g;x)

i\*+i a i -соъ\с1-х

(МЇіИ

■da-

í,“‘ \т

3-v

-£М-і)“ч{] ■ fl Цы'.

к=і UJ 1/J

>v

2Т

n-(v + l)

in

a + x

a-x

i-r

CO ‘ oo

--К-Г1-**-/

sin(a/)cos(a-x)

(l + v)-n v ¿ (¿u)2

2(1-v) / 4t+, , 7 ‘

+ТМ“',?,И

Ja +

sin

W /

a/]-cos(a-x

о a-

Sa*

¿=1

[W -(а/)2

k=\

jfc+l

1 + v

к / \к X

da-

\h

2-(l-v)-T (v+l)

1 і і ;=И<

Ï=H-

0: Ixl >

-Yfik-l-Sinj-—]+¿ Щ к\к к* 1 К 1 J 4-1^

+Épt-*{{ï{yT,-i4w)=o

Л -ImH

З урахуванням (1-10) зміщення точок нерівності:

2ц-и= £а*

і=і 11

'\к ( . \ к . _ хі (І) іЗ-у

1+У

-*■(-1)

к+\

{ті

2ц-т = £а*.

к=1

3-у І + У

,І+1

-£М-іГ {у

/і

•Іш'

Яе

И-

Іт1

(П)

(12)

Постановка задачі про деформування одиничної мікронерівності не передбачала розгляду взаємного впливу мікронерівностей, тому були досліджені особливості деформування сукупності мікронерівностей при дії дотичного навантаження (рис.1,2). Розв'язання цієї задачі полягало в ¡находженні невідомих коефіцієнтів із системи рівнянь, побудованої на наступних граничних умовах:

Еіа контурі Ь!>0 (р° (г) ч-ф° (г) -е2та |гф° (г)+ цг° (г)| = 0 ;

сту + ітху = 2Кеф'(г) + {і(р"(г) + ^'(г)];

(13)

на прямолінійній межі О0Оі

, _ ккх .» . Ьаі о', .1

-<£а*ссі8-------ч-і^о^т--------}+ф (г) +

и=і Ч *=і ах ) ¡.^

+ ср О)

+ ДГф° (дг) + 1|/0 (х) = 0\

(1

на контурі Ь2,і

ср”^ ч>'(г)-е2ій|іф1 (г) + ^ <2)| £ - **» £| -

(а° + Сту) + -е2'а[<т®. -а° + 2іт^]= 0

на прямолінійній межі 0)02 ,

кп(х-ах) . Ал(*-а,)

ЧІХсо:і------------- + *!/**1П------- г +

1*=і а2 *=і а2

-кр1 (л)4-ф! (х) + л:(р! (*)-}• у1 (*) = 0

(1:

де а- кут між нормаллю і віссю х.

При-цьому відповідні функції напруг мають вигляд: усередині контурів Ь1>т

Ч>°0) = - 2іи(а, + <г2)]* ----------~*

<ьі (піахф.а,))

У°(г)=|]^Уі[2-2^(аі + аг)ї

1

/Ь=1

(тах(*і,о1))

(17)

середині контурів І>2,„

<р

'00 = Е'*РИ2“(аі + а2)-2(т-1)(а1 +а2)Г

1

¿=і

(тах(62,а2))

1

Ч)1(2)=Х/М12-(аі + а2)-2(от-1)(а, +а2)|:— .

(та х(Ь2,а2))

(18)

¿=і

¡є т = (— оо;+оо).

Особливість методу розв’язання і побудови граничних умов для укупності нерівностей складається в розгляді деформаційного процесу ;пільно для гофрованої (рис. 1) і полуплощі з прямолінійною межею (рис.2).

На основі аналізу отриманих математичних моделей досліджена зміна іисотних і крокових параметрів мікрогеометрії для діапазону значень, що іідповідають експлуатаційним характеристикам топографії поверхні колеса. Зтримано наступні залежності для досліджуваного діапазону:

/?тах = /?тах„„и+-

2р-(2 Ь)

- ^(Ля^у / шах поч),

8т = 5т„пи —

П

2ц-(2 Ь)

■и(Бтпоч /И тахлот ),

(19)

0,0439

0,0060

Зтиач/ 5тН„„и

8 /2Лпіах,„и пт,

-4-0,293 ;

2Я тах„

-7,543

0,662

$тпач/ Б?77кпі, /

? ^ х"от Л7?шах„

- + 4,926

Я тах пт, Бтат - відповідно висотні і крокові параметри шорстко»

у відсутності дії сил, Рк - прикладена дотична сила, Ь - піввісь площад контакту. Для опису зміни топографічних характеристик хвилястості формулах (19) варто замінити і? тах на IV тах , Бт на ?Рі-ш .

Залежності (19) використані при реалізації методики розрахуй фрикційних характеристик взаємодії робочих поверхонь колеса і рейки, її була побудована на основі встановлених закономірностей за критерія? коефіцієнта зчеплення, контактних площ і тисків.

Відповідно до методики коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою:

fсц '

• Ра,

0.2т„ +

і

■0.2(3

0.1 - є-р

l-2v. Fk 'n 6 • Pie's

1 +

v...

-HB

(2

де x0 - міцність на зсув молекулярного зв'язку (Па); (і - коефіцієнт зміцнеш молекулярного зв’язку, Рк - вертикальне навантаження на колесо (Н), НВ твердість матеріалу колеса (Па), ра - номінальний тиск контакту (Па Я max- середня висота мікронерівностей (відповідно (19)), r(Sm,Rmax) радіус закруглення вершин нерівностей Sm, R max (відповідно (19)), є відносне ковзання.

Виконаний аналіз показав необхідність і доцільність урахування розрахункових методиках закономірностей передконтактнк мікродеформаційних процесів. При цьому досягається суттєве уточнені характеристик контактної взаємодії поверхонь таких як, контурні і фактичі площі контакту, тиски, що відповідають їм (рис.З), щільність пля мікроконтактів та інші. У результаті представляється можливим підвищт достовірність інженерного розрахунку і наукового прогнозування фрикційни характеристик взаємодії колеса з рейкою.

Третій розділ присвячений експериментальному дослідженні

мікродеформаційних процесів на основі акустичної та вібраційних явищ в системі «колесо-рейка» у різноманітних режимах руху.

Рс- рг. 5,% Ас, Аг, 5 %

Рис.З Залежності тисків і площ контакту від дотичної сили; порівняння щодо існуючих розрахункових (8, %) (1-Рг -фактичний тиск,

" 2-Рс-контуршш тиск; 3-§(Рг); 4-5(Рс); 5-Аг -фактична площа, 6-Ас-коптурна площа; 7-5(Лс); 8-5(Аг)) (Рк= 120кІІ, експлуатаційні параметри топографії поверхонь)

Експерименти проводилися на машині тертя СМЦ-2. Використовувалися 3 пари дисків 050мм із різноманітними параметрами мікрогеометрії й хвилястості, виготовлені з матеріалів, що застосовуються при виробництві бандажів коліс і рейок. При проведенні експериментів реєстрація акустичного випромінювання здійснювалася мікрофонним капсулем, вібраційні процеси - акселерометрами. Вихідні сигнали датчиків реєструвалися АЦП ПЕОМ, що дозволило одержати високу часову характеристику процесу. Дослідження параметрів взаємодії здійснювалося в З режимах роботи (тяга, вибіг і при наявності в контакті твердого мастила).

Встановлено існування взаємозв'язку між кількістю нерівностей поверхонь катання моделі колеса і рейки, що беруть участь у взаємодії, їхніми мікрогеометричними параметрами, інтенсивністю взаємодії (за критерієм реалізованих тисків і швидкості) і акустичним випромінюванням [вібраційними процесами) моделі системи «колесо-рейка» (рис.4). Підвищення дотичної сили, як і тиску в контакті, позначається на генеруванні шуму, що, мабуть, пояснюється збільшенням кількості мікронерівностей, які беруть участь у взаємодії, і примусового деформування колісного диска (збудження коливань). Таким чином, якісно підтверджуються теоретичні положення, висунуті в розділі 2.

У четвертому розділі була проведена перевірка отриманих

залежностей акустичної емісії моделі системи "колесо-рейка" на натурном} стенді, що імітує взаємодію колеса з рейкою в реальному масштабі.

і-,дБ

Рис.4 Вплив режиму руху колеса на його акустичне випромінювання (Н=1.5кН, \Утах=19.2

мкм, \У5т=1023мкм) 1- у режимі вибігу; 2-у режимі тяги; 3-при наявності в контакті твердого мастила; и - сигнал акселерометра.

Експеримент здійснювався у 2 режимах (вибіг, при наявності і контакті твердого мастила) на стенді, що складається з двох незалежник колісних екіпажів, один із яких установлений на колісні пари іншого як н; котки. Обертання однієї з колісних пар здійснювалося електродвигуном з; допомогою ремінної передачі. Досліджувалася зміна рівня шуму в різни: режимах руху колісної пари на різноманітних частотах у діапазоні швидкостеі 5-20км/г у подовжньому і поперечному (щодо' осі шляху) напрямках.

На підставі проведених експериментів встановлено, що характе] експериментальних залежностей для моделі системи зберігається в реальни: умовах взаємодії колеса з рейкою.

П'ятий розділ присвячений експериментальному досліджений поверхневих змін у передконтактній зоні колеса при зміні дотичногі навантаження.

Дослідження провадилося на стенді (див.розд.4). При проведенн експерименту колісна пара верхнього екіпажа заклинювалася, а нижня колісні пара навантажувалася тяговим моментом за допомогою домкрата чере важільну систему, пов'язану з тяговою шестернею цієї колісної нари

Дотична сила змінювалася ступінчасто від 5 до 20 кН, на кожному із упенів здійснювалася реєстрація топографії поверхні в передконтактній зоні ілеса методом зліпків. Зміна параметрів топографії поверхні в залежності від іикладеної дотичної сили на основі аналізу зліпків подане на рис.5.

Яа.Кр,

Иглах,

Эт, мкм

Л'а.УУр,

\Wmax,

М/эт,

мкм

Рис.5 Залежність зміни параметрів топографії поверхні від дотичної сили, прикладеної до колеса (1-Бт;2-ІІгпах;3-ЇІр;4-Ка;5-\У5т;6-\Утах;7-\Ур;8-\Уа)

У результаті проведення експерименту підтверджені основні акономірності деформування мікрорельєфу поверхні колеса в ередконтактній зоні, що теоретично прогнозувалися в розділі 2.

Шостий розділ присвячений прогнозуванню параметрів фрикційної заємодії колеса з рейкою.

Прогнозувати фрикційних властивостей системи розглядалося на снові впливу на характеристики контактування напружено-деформованого тану контакту, властивостей матеріалів колеса і рейки, конструктивних ісобливостей колісних пар, профілів рейок, експлуатаційно-часових арактеристик. Адекватність прогнозування оцінювалася на основі «зрівняння одержуваних результатів із результатами раніше виконаних (осліджень (рис.6 (відповідно до 1) )). Відповідно до проведеного аналізу в 19) були введені поправочні коефіцієнти (для параметрів топографії поверхні) для висотних - Кг 1 = 1.1, для крокових - Кг2 = 0.9 .

1) Осенин Ю.И., Марченко Д.Н., Шведчикова И.А. Фрикционное взаимодействие колеса с рельсом. - Луганск: ВУГУ, 1997.-227с.

їсц

Рис.6 Порівняння методики й експерименту (1-методика, 2- експеримент)

Аналіз залежностей показав достовірність прогнозованих фрикційні властивостей системи при діючих факторах, а також розкрив можливос використання запропонованої методики для проектування.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена актуальній для залізничної транспорту проблемі розрахунку і прогнозування фрикційних характернеє взаємодії робочих поверхонь коліс і рейок.

Приведені в роботі результати проведених теоретичних експериментальних досліджень дозволили зробити наступні висновки:

1. Фрикційні властивості поверхонь коліс і рейок являються одними головних характеристик локомотива, що визначають його експлуатацій« ефективність. Розрахунок і прогнозування цих властивостей на стад конструювання екіпажної частини сприяє досягненню високих тягове зчіпних якостей локомотива.

2. Створення математичної моделі силової взаємодії колеса з рейкою, щ адекватно відбиває особливості контактування їхніх робочих поверхон можливо за умови коректного опису всіх складових процесу передач тягового зусилля від колеса до рейки, серед яких найбільш важливій являється механізм формування напружено-деформованого стану облаю взаємного контакту.

3. Для опису процесу реалізації тяги запропоновані математичні модеі

деформування поверхні колеса; (одинична' мікронерівність, сукупність мікронерівностей), побудовані на основі математичної теорії пругкості з використанням теорії функції комплексного змінного. Реалізація математичних моделей дозволила виявити основні закономірності деформувати шорсткого шару поверхні в передконтактній зоні на мікрорівні, що полягає у формозміні мікронерівностей (шорсткість і хвилястість) і поверхні в цілому. Домінуюча тенденція деформування характеризується підвищенням щільності розподілу мікронерівностей по поверхні області контакту. Цей фактор багато в чому накладає обмеження на розвиток мікродеформацій в області контакту, обумовлене інтерференцією деформацій (взаємним впливом мікронерівностей).

}. Запропонована методика оцінки фрикційної взаємодії поверхонь коліс і рейок базується на урахуванні, встановлених особливостей формування напружено-деформованого стану області контакту на мікрорівні і дозволяє здійснити розрахунок (гак само як і прогнозування характеристик силової взаємодії) у залежності від впливу узагальнених факторів конструкції локомотива, фізико-механічних властивостей матеріалів коліс і рейок, а також фізико-хімічних властивостей поверхні, що відбивають умови експлуатації локомотива.

5. ‘ Виконане експериментальне дослідження направлене на підтвердження

ключових положень дисертації:

- наявність ефекту посилення ступеня впливу мікроконтактних процесів на фрикційні властивості контактуючих поверхонь у результаті дії тангенціального навантаження;

- формозміна одиничної мікронерівності і сукупності мікронерівностей, що представляють поверхню під впливом спрямованого силового навантаження;

Крій цього, експериментально перевірялась надійність розрахунку і прогнозування фрикційної взаємодії колеса з рейкою. У результаті підтверджена задовільна збіжність теоретичних і експериментальних даних (для різноманітних умов взаємодії відмінність 10-20%)

6. Запропонована методика оцінки фрикційних властивостей взаємодії коліс із рейками дозволяє на стадії проектування локомотива виконати аналіз і вибрати найбільше кращі (за критерієм коефіцієнта зчеплення) конструкторсько-технологічні рішення екіпажної частини локомотива.

7. Створена методика використовується ХК "Лугансктепловоз" при оцінюванні зчіпних властивостей перспективних тепловозів і трамваїв.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Коняев А.Н., Осегаш Ю.И., Малахов О.В., Белозеров Е.В. Формирован индивидуальных микрогеометрических свойств поверхностей колеса и релі и их влияние на свойства триботехнической системы //Вестн Восточноукраинского государственного университета. Сер. транспорт. — 195 -С.139-142.

2. Осенин Ю.И., Белозеров Е.В., Гулик Б.И. Деформирование элипсоидно элемента упругого полупространства/ЛЗестник Восточноукраинско государственного университета. Сер. транспорт, - ЛуганскгВУГУ. - 1998. С.22-27.

3. Осенин Ю.И., Белозеров Е.В., Гулик Б.И. Особенности деформирован единичной микронеровности тангенциальными силами // Вісник Східноу* держ. ун-ту. - 1999. - Jfel. - С.75-80.

4. Осенин Ю.И., Белозеров Е.В., Гулик Б.И. Методика решения задач деформировании поверхностных слоев тел тангенциальными силами // Віск Східноукр. держ. ун-ту. - 1999. - Ns2. - С.23-31.

5. Осенин Ю.И., Белозеров Е.В., Гулик Б.И. Деформирование шероховато слоя взаимодействующих поверхностей// Вісник Східноукр. держ. ун-ту 1999. -J6 3.-C.I75-179.

6. Осенин Ю.И., Белозеров Е.В.? Богданов A.B. Стендовые исследован] шумоизлучения колесной пары железнодорожного экипажа //Приднепровсю научный весник. Сер. машиностроение. - 1997. - №50(61). - С.24-28.

7. Осенин Ю.И., Белозеров Е.В., Гулик Б.И. Математическая моде; •деформирования поверхности колеса //Тезисы докладов VIII между народне

научно-технической конференции "Проблемы развития рельсово; транспорта",- Луганск:ВУГУ - 1998,- С.28.

8. Белозеров Е.В. Экспериментальное исследование шума и вибраций щ качении колеса по поверхности рельса//Тезисы докладов IX международне научно-технической конференции "Проблемы развития рельсової транспорта".-Луганск:ВУГУ - 1999.- С.20.

9. Осенин Ю.И., Белозеров Е.В., Богданов A.B. Шумоизлучение единично колесной пары //Тезисы докладов VII международной научно-техническс конференции "Проблемы развития рельсового транспорта".- Луганск:ВУГУ 1997.-С.94-95.

АННОТАЦІЇ

Бєлозьоров Є.В. "Розрахунок і прогнозування фрикційних арактеристик взаємодії робочих поверхонь коліс і рейок". - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за іеціальністю 05.22.07 - рухомий склад залізниць та тяга поїздів. -хідноукраїнський державний університет, Луганськ, 2000 р.

Дисертація присвячена розробці методики розрахунку параметрів фрикційної заємодії колеса з рейкою за критерієм коефіцієнта зчеплення, реалізованих іактичних тисків і площ контакту на основі урахування мікродеформаційних роцесів, що протікають у передконтактній зоні колеса. Встановлено, що сформування поверхні колеса в передконтактній зоні пов'язане зі зміною опографічних характеристик поверхні, ідо впливає на основні фрикційні ¡араметри взаємодії і потребує урахування в існуючих математичних моделях. Запропоновано теоретичний опис, виконана експериментальна якісна і :ількісна перевірка процесів. Основні результати роботи знайшли астосування при проектуванні перспективних локомотивів.

Ключові слова: колісна пара, фрикційна взаємодія, мікрогеометрія, соефіцієнт зчеплення, мікродеформаційні процеси.

АННОТАЦИЯ

Белозеров Е.В. "Расчет и прогнозирование фрикционных сарактеристик взаимодействия рабочих поверхностей колес и рельсов". -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.07 - подвижной состав железных дорог и тяга поездов. — Восточноукраинский государственный университет, Луганск, 2000 г.

Диссертация посвящена разработке методики расчета параметров фрикционного взаимодействия колеса с рельсом по критерию коэффициента сцепления, реализуемых фактических давлений и площадей контакта на основе учета протекающих в предконгактной зоне колеса микродеформационных процессов. Установлено, что деформирование поверхности колеса в предконгактной зоне, связанное с изменением топографических характеристик поверхности, влияет на основные фрикционные параметры взаимодействия и требует учета в существующих математических моделях. Предложено теоретическое описание, выполнена экспериментальная проверка процессов. Основные результаты работы нашли

применение в проектировании перспективных локомотивов.

Ключевые слова: колесная пара, фрикционное взанмодейств! микрогеометрия, коэффициент сцепления, микродеформационные процессы.

SUMMARY

Belozerov Y.V. "Calculation and forecasting of friction features interaction of working surfaces of wheels aitd tails”. - Manuscript.

Thesis on awarding the Candidate Degree (Engineering) on special]

05.22.07 - rolling-stock of railway and traction of train. - Eastukrainian St£ University, Lugansk, 2000.

One of the most expedient directions of a solution of the problem estimation of frictional properties of working surfaces of wheels and rails on design stage of a thrust carriage rolling stock is the mathematical exposition of tl process of force interplay in a system "wheel - rail" permitting to forecast friction properties depending on the influential factors.

On the foundation of the analysis before the conducted researches it established, that present mathematical exposition of the process of force interplay the system the wheel - rail guesses the usage in the calculated associations < parameters of a topography of a surface of a wheel which is removed in lack of ; operation of forces. However at presence of the composite tight - strained stat bound with the processes of interplay of a wheel with a rail, the initial sizes of topography of a surface of a wheel undergo essential modifications. Aà a result, tl tight - strained state of the clamping contact surface layer entails a modification ( the basic performances of contact interplay and, according to it, requires tl registration in present mathematical models. On this foundation the mathematici model of deformation of the surface layer of a wheel in area of before contact introduced by a single asperity, and also the population of asperities was designee The obtained mathematical exposition of microstrains in the area of before contac of a wheel utilised in compiling a technique of calculation of frictional performance of interplay of working surfaces of wheels and rails.

The further research required the evidence of existence о microdeformation processes in the area of before contact of a wheel, and also thei influence on the contact interplay. The complex(integrated) research was based oi the quality evidence of existence of processes and quantitative determination о volumes of flowing past microstrains in the area of before contact of a wheel. Th< evidence of existence was based on the analysis of acoustic radiation and vibratior processes during experimental simulation of the process of interplay of a wheel anc

il at a different topography of their surfaces and in different conditions of driving ;tion, running out, with rigid lubrication in contact).

The full-scale bench research of acoustic radiation of a wheel in substantial ditions contact of a wheel and a rail was also carried out with the purpose of >ection of the carried out model experimental research.

The definition of microstrains in the area of before contact of a wheel was unded on measurement of microgeometry of a surface of a wheel at unification of tangent gain. The obtained experimental associations were npared to parameters of a technique and showed high convergence.

On the basis of the conducted research the main paths of a heightening of ■quacy of present mathematical exposition of processes of interplay of a wheel h a rail were defined on the basis of the registration of microstrains in the area of bre contact of a wheel.

The offered technique allows on a design stage of a thrust carriage rolling ck to estimate coupled of quality of wheels and rails and to select the rational itegy of their improving.

Keywords: a wheel pair, frictional interplay, microgeometry, friction efficient, microdeformation processes.