автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.01, диссертация на тему:Рационализация профиля бандажей колес тепловозов и исследование по уменьшению износа гребней в кривых малого радиуса

Введение.

1. Обзор литературных источников по износу и методам повышения долговечности гребней бандажей колесных пар железнодорожного подвижного состава

1.1. Природа износа бандажей колесных пар.

1.2. Обзор методов повышения долговечности бандажей колесных пар.

1.3. Выводы о состоянии рассматриваемого вопроса

2. Экспериментальные исследования интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов в депо Бельцы, разработка нового профиля бандажей и других мероприятий по уменьшению их износа

2.1. Стандартный профиль бандажа и новый профиль "депо Бельцы".

2.2. Экспериментальный подбор профиля бандажа

2.3. Статистические характеристики динамики износа бандажей с различным профилем

2.4. Установление причин интенсивного/износа гребней бандажей колесных пар в депо Бельцы

2.5. Устройство для смазки гребней бандажей колесных пар локомотивов на криволинейных участках пути.

2.6. Устройство для измерения направляющих усилий мевду колесом и рельсом П.М.Паламарчука.

2.7. Способ заправки и заправочное устройство для смазки балансирных валиков рессорного подвешивания тепловозов.

2.8. Устройство для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар локомотивов.

2.9. Устройство для определения профиля рабочей поверхности железнодорожного колеса и рельса.

3. Теоретическое исследование и обоснование профиля бандажа типа "депо Бельцы".

3.1. Исходные положения и принципы, принятые в основу исследования.

3.2. Методы расчета характеристики износа колесной пары с профилем бандажей по ГОСТ.

3.3. Методика расчета нового профиля бандажа типа "депо Бельцы".

4. Внедрение на тепловозах мероприятий по снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар и результаты эксплуатации.

4.1. Внедрение нового профиля бандажа колесных пар по типу "депо Бельцы".

4.2. Внедрение устройства для смазки гребней бандажей колесных пар железнодорожного транспортного средства на криволинейных участках пути.

4.3. Внедрение устройства для измерения направляющих сил между колесом и рельсом Л.М.Иаламарчука

4.4. Внедрение способа заправки и заправочного устройства для смазки балансирных валиков рессорного подвешивания тепловозов.

4.5. Внедрение устройства для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар локомотивов с профилем "депо Бельцы".

4.6. Внедрение устройства для определения профиля рабочей поверхности железнодорожного колеса и рельса

5. Технико-экономическая эффективность внедренных мероприятий по повышению долговечности бандажей колесных пар тепловозов

5.1. Оценка технической эффективности внедренных мероприятий.

5.2. Экономическая оценка эффективности внедренных мероприятий.

В различных руководящих документах Коммунистической партии и Правительства страны всегда подчеркивается, что ускорение научно-технического прогресса должно решаться путем повышения технического уровня, экономичности и качества выпускаемых изделий

Высокие темпы развития народного хозяйства, увеличение выпуска промышленной и сельскохозяйственной продукции, повышение объема добычи природных ресурсов и грандиозные планы на освоение новых районов Сибири требуют дальнейшего развития и совершенствования железнодорожного транспорта, в том числе локомотивного хозяйства.

Отечественное локомотивостроение по масштабу выпуска локомотивов давно опередило ведущие капиталистические страны. На сети железных дорог нашей страны эксплуатируется большое количество современных локомотивов, а локомотивный парк постоянно пополняется новыми типами электровозов и тепловозов, в которых воплощаются последние достижения отечественной и зарубежной науки и техники.

В зависимости от степени конструктивного совершенства всех узлов и деталей, уровня качества их изготовления и условий эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, в процессе работы локомотивов выявляется основное свойство их качества - надежность, от уровня которой и зависит, в основном, интенсивность и эффективность использования локомотивов в перевозочной работе железных дорог.

Локомотивное депо Бельцы Молдавской железной дороги с паровозной тяги на тепловозную было переведено в 1962 году. До 1967 года эксплуатировались тепловозы серии ТЭЗ, которые затем были заменены тепловозами 2ТЭ10Л. Опыт эксплуатации тепловозов в депо выявил ряд существенных недостатков в безотказности и долговечности их узлов и деталей, однако самым главным недостатком, связанным с условиями эксплуатации на обслуживаемых участках, был интенсивный подрез гребней бандажей колесных пар, вследствие чего тепловозы часто отставлялись от эксплуатации для устранения этого подреза наплавкой гребней с последующей обточкой бандажей, на что, кроме материальных средств, тратилось до 60% времени простоя тепловозов в депо на ремонтах.

Такое положение определило необходимость изучения причин интенсивного подреза гребней бандажей колесных пар в условиях участ-крв, обслуживаемых тепловозами депо Бельцы, и разработки мер по ликвидации массовости этого серьезного недостатка.

Все работы по этой проблеме проводились в депо под руководством и при непосредственном участии автора настоящей диссертации. За период с 1968 года для решения вопросов проблемы были выполнены следующие работы:

1. Исследована динамика и причины износа гребней бандажей колесных пар тепловозов в условиях депо Бельцы до внедрения мероприятий по его снижению.

2. Рассмотрены как по литературным источникам, так и по личным многолетним наблюдениям автора основные причины и природа износа гребней бандажей колесных пар подвижного состава железных дорог и возможные методы повышения их долговечности.

3. На основе длительных экспериментов и наблюдений разработан комплекс мероприятий по повышению долговечности гребней бандажей колесных пар тепловозов 2ТЭ10Л в условиях депо Бельцы. Этот комплекс мероприятий заключается в следующем: разработка, осуществление и многолетняя проверка в эксплуатации нового профиля бадцажей; разработка, изготовление и многолетняя проверка устройства для смазки гребней бандажей колесных пар на криволинейных участках пути; разработка, изготовление и многолетняя проверка устройства для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар; разработка, изготовление и внедрение устройства для проверки контуров бандажей колесных пар локомотивов и рельсов; разработка, изготовление и проверка устройства для измерения боковых сил между колесом и рельсом; разработка, изготовление и многолетняя проверка устройства для заправки смазкой балансирных валиков рессорного подвешивания, работа которых сильно влияет на распределение нагрузок, а, следовательно, и на износ бандажей.

4. Приняв за основу общую методику Харьковского политехнического института [il], применив ее к новому профилю бандажа и внеся в нее упрощения, выполнены теоретические исследования и расчеты стандартного и нового профилей бандажа колесной пары локомотива, явившиеся теоретическим обоснованием нового профиля.

5. Проведена экспериментальная проверка технической эффективности в условиях эксплуатации депо Бельцы разработанных мероприятий по повышению долговечности бандажей колесных пар на тепловозах 2ТЭ10Л.

6. Определена технико-экономическая эффективность внедренных мероприятий по снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов.

Мероприятия по снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов,цредставляют определенный технический интерес не только для локомотивного депо Бельцы, где эти мероприятия разработаны и внедрены, но и для всех депо, локомотивы которых работают на участках железнодорожного пути с большим количеством кривых малого радиуса.

Обточка бандажей колесных пар тепловозов по профилю депо Бельцы рекомендована к внедрению мероприятиями Главного управление в ряде локомотивных депо Министерства путей сообщения СССР и промышленного железнодорожного транспорта, например, на Прибалтийской, Московской, Северной, Львовской, Одесской, Молдавской, Приднепровской, Донецкой, Куйбышевской, Юго-Восточной, Приволжской, Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской и Дальневосточной железных дорогах.

На устройство для измерения боковых сил между колесом и рельсом, которому присвоено имя автора, Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство )£ 548774 [40]. Оно экспонировалось в 1979 году на Выставке достижений народного хозяйства Молдавской ССР.

Изобретение внедрено в локомотивном депо Бельцы Молдавской железной дороги.

На способ заправки и заправочное устройство для смазки ба-лансирных валиков тепловозов Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выданы авторские свидетельства на Выставке достижений народного хозяйства СССР, в павильоне "Транспорт СССР", автор награжден дипломом.

Предложенные способ и устройство внедрены на всех железных дорогах и на ряде тепловозоремонтных заводах МПС и во многих депо промышленного железнодорожного транспорта страны.

На устройство для смазки гребней бандажей колесных пар на криволинейных участках пути Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство J6 321427 [зэ]. Изобретение экспонировалось в 1974 году на Выставке достижений народного хозяйства Молдавской ССР - автор награжния локомотивного хозяйства МПС [зб] и нашла практическое применеэкспонировались в 1972 году ден дипломом, а в 1975 году - на Выставке достижений народного хозяйства СССР, в павильоне "Транспорт СССР" - автор награжден бронзовой медалью.

Указанное устройство нашло применение в ряде локомотивных депо, в том числе промышленного железнодорожного транспорта, например, в г.г. 1'4уроме, Шевченко, Донецке, Астрахани, Кривом Роге, Керчи, Новокузнецке и др. Министерство путей сообщения СССР письмом $ 178-ДТТеп от 22 августа 1975 года рекомендовало Ворошилов-градскому тепловозостроительному заводу выпустить партию тепловозов 2ТЭ10В, оборудованных этим устройством в заводском изготовлении, для проведения опытной эксплуатации в различных климатических условиях. После окончания разработки технической документации завод приступит к оборудованию тепловозов этим устройством.

На устройство для определения профиля рабочей поверхности железнодорожного колеса и рельса Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство № 813114 [4l] .

Разработано и внедрено в депо устройство для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар локомотивов, на которое оформлена заявка, направленная в Государственный Комитет СССР по делам изобретений и открытий [*4б] .

Настоящая диссертация, заключающаяся в изложении всех упомянутых выше работ автора, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений.

- 105 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Опыт эксплуатации тепловозов в депо Бельцы Молдавской железной дороги выявил ряд недостатков в их надежности. Самым существенным и массовым недостатком, определяемым условиями эксплуатации на обслуживаемых участках, был интенсивный износ гребней бандажей колесных пар, вследствие чего тепловозы часто отставлялись от эксплуатации для устранения предельной величины этого износа, на что, кроме материальных средств, тратилось до 60% времени простоя тепловозов в депо на ремонте.

Такое положение определило необходимость изучения причин интенсивного износа гребней бандажей колесных пар в условиях участков, обслуживаемых тепловозами депо Бельцы, и разработки мер по ликвидации этого недостатка.

2. Выполненное статистическое исследование динамики износа бандажей колесных пар, до внедрения мероприятий по его снижению, показало, что на 34-х секциях тепловозов в 1968 голу из-за этой причины было обточено 1037 из 1053 колесных пар, подвергшихся ремонту. С учетом выполненного за год пробега на каждом тепловозе все колесные пары в течение года обтачивались по 5 раз, а пробег между обточками колесных пар не превышал 15.17 тыс.км.Средняя величина максимального износа одного гребня до обточки бандажей составляла 7,4 мм, при максимальной фактической и допустимой величине в 8,0 мм, а максимального проката при этом - 4,3 мм, что свидетельствовало об опережении темпа износа гребней против нарастания проката бандажей по кругу катания и о необходимости их обточки до наступления максимально допустимой величины проката в 7,0 мм.

3. Изучение опубликованных в печати работ о природе износа гребней бандажей колесных пар и методах повышения их

- 106 долговечности позволило установить, что наиболее доступными в условиях эксплуатации мерами по устранению интенсивного износа гребней бандажей следует признать снижение скольжения колес о рельсы использованием одноточечного или облегающего контакта, т.е. использованием бандажей с профилем, обеспечивающим такой контакт в зоне выкружки гребня, а также применение рациональной смазки гребней, препятствующей переходу точки контакта с этой выкружки на конусную часть гребня.

4. С целью разработки нового профиля бандажа колесной пары, который обеспечивал бы устойчивый одноточечный или облегающий контакт колеса с рельсом с самого начала эксплуатации таких колес, были проведены многочисленные эксперименты по подбору рационального профиля бандажа, который был теоретически обоснован расчетами, по методике Харьковского политехнического института был выполнен полный расчет геометрии точек контакта и сил, действующих в этих точках. Упростив упомянутую общую методику линеаризацией уравнений, удалось обоснованно и существенно упростить расчет геометрии точек контакта колеса с рельсом путем исключения в расчетных формулах членов, содержащих производные второго и более высокого порядков малости. Благодаря этому и ряду последующих преобразований расчетных формул удалось существенно сократить трудоемкость расчета.

5. Выполненный по принятой методике расчет измененного профиля бандажа, с учетом условий эксплуатации тепловозов депо Бельцы, показал, что угол наклона образующей гребня бандажа к оси колесной пары Одолжен быть равен 70°20', угол наялона образующей поверхности катания бандажа к оси колесной пары д = 5°38* и радиус выкружки гребня р= 22,0 мм. Последующее экспериментальное исследование работы бандажей с этими параметрами позволило уточнить оптимальную величину первоначального заглубления поверхности катания бандажа р = 2,5 мм и радиус кривизны этой поверхности 2i = 507 мм.

6. Сравнительный анализ расчетов стандартного и нового профилей бандажа колесной пары при условиях эксплуатации на участке А-Б показал, что характеристика износа гребня бандажа предложенного профиля существенно уменьшается при скорости тепловоза до 45 км/ч, характерной для данного участка.

Средняя величина максимального износа одного гребня бандажа с новым профилем за год работы составила 3,8 мм, при максимальном прокате бандажа по кругу катания при этом 3,4 мм, откуда видно, что темп износа гребней практически перестал опережать прокат бандажей, а это ликвидировало необходимость обточки бандажей из-за износа гребней до наступления предельного проката.

Опыт эксплуатации тепловозов с новым профилем бандажа колесной пары на участках, обслуживаемых локомотивами депо Бельцы, показывает и на снижение интенсивности бокового износа головок рельсов до 0,5 мм в год.

Новый профиль бандажа колесной пары, называемый в печати профилем "депо Бельцы", нашел применение на локомотивах в ряде депо железных дорог МПС и промышленных предприятий.

7. Наряду с новым профилем бандажа колесной пары автором был разработан и внедрен комплекс дополнительных мероприятий по повышению долговечности бандажей колесных пар тепловозов 2ТЭ10Л в условиях депо Бельцы, на пять из которых получены авторские свидетельства, в том числе:

7.1. Устройство для смазки гребней бандажей колесных пар на криволинейных участках пути (авторское свидетельство № 321427), позволяющее, без ущерба на коэффициент сцепления колеса с рельсом, не допускать перехода точки контакта наружного колеса, при движении в кривой пути, с выкружки на конусную часть гребня,оберегая его от износа.

Разработанное устройство, кроме депо Бельцы, нашло применение в ряде депо железных дорог МПС и промышленного транспорта. В процессе разработки и испытаний устройства был выполнен значительный объем исследований по подбору сортов жидкой смазки для устройства, в зависимости от температуры наружного воздуха, в результате которых даны конкретные рекомендации по этому вопросу.

7.2. Устройство для измерения боковых сил между колесом и рельсом (авторское свидетельство J£ 548774), позволяющее определять с высокой точностью максимальные величины боковых давлений межцу набегающим колесом первой колесной пары тележки и наружным рельсом вьривых участках пути, в зависимости от скорости движения. Полученные данные позволяют давать обоснованные рекомендации по снижению скоростей на конкретных пикетах участков, что используется при составлении графика движения поездов по каждому обследованному участку и вносит определенный вклад в снижение интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов и головок рельсов.

7.3. Способ заправки и заправочное устройство для смазки балансирных валиков рессорного подвешивания тепловозов (авторские свидетельства Jfe№ 244028 и 244029), снижающие интенсивность износа элементов рессорного подвешивания, что устраняет возможный перекос и перераспределение нагрузок между колесными параш одной тележки, которые могут вызывать частые боксования отдельных колесных пар и, следовательно, приводить к более интенсивному из-ному бандажей по кругу катания, а также их гребней. Предложенные способ и устройство внедрены на всех железных дорогах ШС, а также в ряде локомотивных депо железных дорог промышленности.

7.4. Устройство для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар локомотивов, позволяющее путем упрочнения поднимать износостойкость гребней бандажей последней обточки, наплавляемых электросваркой с последующей обточкой, Практика применения устройства показала, что износостойкость упрочненных гребней выше против неупрочненных в 2,8 раза.

7.5. Устройство для определения профиля рабочей поверхности колеса и рельса, позволяющее устанавливать степень их взаимного касания (авторское свидетельство № 8I3II4). При нарушении приработанной площади касания бандажа и рельса (на определенных участках пути) снижается коэффициент сцепления, что приводит к повышенному боксованию и, следовательно, к дополнительному износу бандажей и их гребней. Боксование из-за ухудшения взаимного касания колеса и рельса в основном происходит при выкантовке рельсов. За 1977-78 г.г. по рекомендациям депо Бельцы путейцами были устранены 386 случаев выкантовки рельсов, что также способствовало снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов.

8. Экспериментальная проверка технической эффективности всех внедренных в депо Бельцы мероприятий по повышвнию долговечности бандажей колесных пар тепловозов 2ТЭ10Л показала, что:

8.1. Число колесных пар тепловозов, обтачиваемых ежегодно в депо из-за износа гребней бандажей, сократилось с 1968 по 1978 год с 1037 до 269, т.е. в 3,8 раза, что достигнуто за счет снижения интенсивности износа гребней на 100 тыс.км пробега тепловоза в 2,9 раза и полной ликвидации обточки бандажей из-за износа гребней до нарастания предельного проката по кругу катания.

8.2. Число колесных пар, ежегодно отправляемых на ремонтный завод для замены изношенных до предельной толщины бандажей, сократилось за период с 1968 по 1978 год в 14 раз (с 336 до 24).

8.3. Сокращение времени простоя каждой секции тепловоза на ремонте в депо достигло 165 ч в 1978 г. против 1968 г., что положительно повлияло на повышение годового пробега и производительности тепловозов.

- но

8.4. Средний пробег секции тепловоза за 1978 г. против 1968 г. увеличился на 34,8 тыс.км (на 30,8$), а годовая произвос дительность - на 49*10 ткм.брутто (на 50$).

9. Оценка экономической эффективности внедренных в депо Бельцы мероприятий по повышению долговечности бандажей колесных пар тепловозов 2T3I0JI показала, что величина годового народнохозяйственного экономического эффекта в эксплуатации составила на одну секцию тепловоза 21,5 тыс.руб.

10. Мероприятия по снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов должны представлять определенный технический интерес не только для локомотивного депо Бельцы, где эти мероприятия разработаны и внедрены, но и для всех депо, локомотивы которых эксплуатируются на участках железнодорожного пути с большим количеством кривых малого радиуса.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 годы и на период до 1990 года. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. Политиздат, М., 1981.

2. Андриевский С.М. Боковой износ рельсов на кривых. Труды ЦНИИ МПС, вып.207, М., Трансжеддориздат, 1964.

3. Андриевский С.М. К вопросу об износе паровозных бандажей. "Техника железных дорог", № 2, 1954.

4. Большая Советская энциклопедия. Издание 3, т.12, М., 1973.

5. Бромберг Е.М., Вериго М.Ф., Данилов В.Н., Фришман М.А. Взаимодействие пути и подвижного состава. М., Трансжелдориздат, 1956.

6. Вяткин Р.П. Исследование факторов, влияющих на износ цельно-катанных колес тепловозов колеи 1067 мм. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Южно-Сахалинск, 1973.

7. Голутвина Т.К. Износ бандажей вагонных колес. Вестник ЦНИИ МПС & 4, I960.

8. Голутвина Т.К. Испытания вагонных колес с бандажами различного профиля. Вестник ЦНИИ МПС № 2, 1962.

9. ГОСТ 398-71. Бандажи из углеродистой стали для подвижного состава железных дорог широкой колеи. Технические требования. М., Государственный Комитет стандартов Совета Министров СССР, 1971.

10. Динамика установившегося движения локомотивов в кривых. Иод редакцией Куценко С.М. Изд. объединение "Выща школа", Харьков, 1975.12