автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Снижение износа колес локомотивов и рельсов путемулучшения условий их контактирования

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ

• УНІВЕРСИТЕТ

ГБ ОД

З Оі'Т 1395

На правах рукопясу УДК 621Л91&29.4.0Х7А.4М

МАРЧЕНКО Дмитро Миколайович

ЗНИЖЕННЯ СПРАЦЮВАННЯ КОЛІС ЛОКОМОТИВІВ І РЕЙОК ШЛЯХОМ ПОЛІПШЕННЯ УМОВ ЇХ КОНТАКТУВАННЯ

05122.07 - РухоммЯ склад іалЬкяць і типі поплів

АВТОРЕФЕРАТ

дкертаціГ иа здобута іяуюяоге ступеия

Лугшасие 1995

Робота виконана на кафедрі локомотивобудуаання Східноукраїнського державного університету

Наукові керівники

доктор технічних наук, професор

О.М.Коняев . -

доктор технічних наук, с.н.с. Ю. І.ОсенІн

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, професор К.Л.Коротенко

кандидат технічних наук.

О.Н.Бакуров

Провідне підприємство Виробниче об'єднання

. “Лугансьнигепловоз”

Захист відбудеться ^^ 1995 р. о на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 18.02.0Ї при Східноукраїнському державному університеті за адресою: 348034, м.Луганськ, хз. Молодіж-

ний. 20а, СУДУ

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету. Автореферат розіслано @*3 1995 р.

Відгуки на автореферат у двох екземплярах, завірені печаткою, про- . симо надсилати до спеціалізованої ради А 48.02.01 при Східноукраїнському державному університеті за адресо»:

348034. м.Луганськ, кв.Молодіжний. 20а, СУДУ

Вчений секретар спеціалізованої ради доктор технічних наук, с.н.с. Ю. І.ОсенІн

- з -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження.

Одним з головних чинників економічного розвитку держави є стала робота 11 транспортної системи, склад 1 міць якої мають бути . достатніми по відношенню щодо поточних Я перспективних потреб населення і економіки.

Особливістю України з 11 чітко виявленим аграрно-індустріальним профілем 1 відповідною Інфраструктурою транспортних мереж визначає, як основний тип транспортної техніки - залізничний, що Формує жорсткі вимога до високої надійносте тягових засобів та захисту їх вузлів від завчасного спрацювання. .

Збільшення швидкості руху та вагових норм поїздів, забезпечення безпеки й безперебійності їх пересування вимагають розробки запобіжних заходів щодо зниження рівня інтенсивності спрацювання.

• 'амперед, елементів екіпажної частини локомотиву, що становлять принципову основу рейкового транспорту - елементів триботехнічної системи (ТС) "гребінь колеса-рейка".

Актуальність постановки 1 вирішення завдання підвищення якості функціонування Я надійносте ТС. як частини загальної проблеми забезпечення надійності локомотива, обумовлена тим, що структура експлуатаційних віднозлень викриває останнього часу, як визначну причину втрати працездатньості - інтенсивне спрацьовування гребенів коліс локомотивів та бокове спрацювання рейок.

Втрати від знищування взаємодіючих тіл досягають значних розмірів. Все більш гострою стає проблема відтворення рейкової та бандажної сталей внаслідок втраченім працездатності та вилучення їх з експлуатації.

. З огляду на умови, що склалися, проблема збільшення ресурсу елементів ТС "гребінь колеса-рейка" стас однією з найбільш актуальних. . .

Мета і завдання дослідження.

Кетою робота е розробка, дослідження і практична реалізація технічних засобів, знижуючих в експлуатаційних умовах Інтенсивність спрацювання робочих поверхонь гребенів коліс локомотивів та рейок.

Досягнення поставленої мети передумовлюе розв'язання наступних теоретичних 1 експериментальних завдань.

1.Дослідження особливостей формування напружено-деформованого стану зони конакту ТС "гребінь колеса-рейка" й умов реалізації зовнішнього тертя з урахуванням зміни властивостей структури три-босистеми, обумовлених впливом вхідних силових факторів.

2. Розробка математичної моделі ТС. встановлюючої зв'язок міх властивостями 11 елементів, режимами їх взаємодії й вихідними характеристиками системи.

3. Розрахунково-теоретичні дослідження тривкості елементів ТС. визначення основних компонентів 11 струкури та впливаючих факторів, маючих головне значення для розв’язання проблеми.

4.Дослідження впливу параметрів твердомастильного шару, створюваного на межі- розділу "гребінь колеса-рейка". на’функціональні характеристики системи 1 встановлення мез стійкої роботи ТС -за

* крітеріями коефіцієнта тертя й Інтенсивності спрацювання.

5. Розробка засобу мащення елементів ТС 1 створення необхідних технічних засобів 1 алгоритмів їх керування, що реалізують цей засіб.

6. Аналіз причин виходу з ;'.ад„ твердомастильного елементу (ТМЕ) в умовах експлуатації, розробка інструкції 1 технології виготовлення ЇМЕ. забезпечуючого поліпшення його ф1зико-механ1'....іх якостей та мастильної здібності. -

7.Лабораторні.стендові та дослідно-промислові випробування . основних вузлів системи гребнемащення локомотива (пристрій подання

твердого мастила, блок керування, мастильний елемент).

Методика дослідження.

Теоретичні дослідження базувались на молекулярно-механічній теорії зовнішнього тертя та теорії фрикційної втоми.

Оцінювання вихідних параметрів триботехнічної системи проведено із застосуванням методів математичного планування експерименту в сполученні з модельними лабораторними та стендовими випробуваннями.

Обробка одержаних результатів викопувалася на підставі методів теорії ймовірності та математичної статистики.

Наукова новизна роботи.

1. Встановлено Діапазони зовнішніх силових факторів, відповідне зміні домінуючих механізмів спрацювання, обумовлюючих вичерпання несущої здібності зони контакту ТС.

2. Показано, що зміиення індивідуальних мікрогеометричних. якостей елементів трибосистеми під впливом зовнішніх силових факторів передумовлоє необхідність корегування Інтегрального кількісного показника межі зовнішнього тертя 1 врахування цієї обставини при оцінюванні Інтервалів зовнішніх умов, визначаючих змінення власгпгосте!! фрикційного контакту 1 типу спрацювання.

3. Розроблена математична модель процесу спрацювання елементів ТС "гребінь колеса-рєйка", 1 запропонована методика розрахункової оцінки Інтенсивності спрацювання 11 'елементів.

4. Запропоновані статистичні поліноміальні моделі закономірностей формування 1 руйнації шарів тзердокастильного матеріалу, які визначають зони ефективного мащення взаємодіючих поверхнів, обмежені критичними величинами вантажно-швидкісних параметрів масти льнкх шарІЕ.

5. Запропоновано засіб мащення, якй реалізуй встановлений зв’язок між паракатрами задовільного фішкціювання трибосистеми Я

оптимальним',! режимами подання мастильної речовини, забезпечуючий автоматичне підтримування цього взаємозв'язку в експлуатації.

6. Створено пристрій для марення гребеня колеса залізничного екіпажу, забезпечуючий дискретне подання до взаємодіючих поверхонь необхідної кількості мастила й автоматичне керування цим процесом.

7. Створено конструкцію мастильного елементу, яка має по

відношенню до Існуючого базового варіанту поліпшені фізико-ме-ханічні якості 1 мастильні властивості, досягнуті завдяки нанесення армуючого каркасу, а також секційного його оформлення з проміжними пружніми елементами, що забезпечує сполучення необхідних деформативних якостей та міцці. '

Практична цінність.

Проведені дослідження е частиною Державної Науково-Технічної Програми "Створення тепловоза нового покоління для поставок на экспорт".

Встановлені залежності змінювання типу фрикційного руйнування взаємодіючих тіл створюють передумову для Істотного збільшення адекватності оцінювання критичних параметрів визначних процесів спрацювання реальному стану поверхневих прошарків елементів трибо-системи. '

Розроблений новий засіб мащення гребеня колеса залізничного екіпажу 1 створений пристрій, який реалізує ций засіб, дозволили здійснити мастильну систему. Що забезпечує автоматичне керування процесом мащення при економічному (більш, ні* у 10 разів по відношенню до базового варіанту) витраченні мастильного матеріалу.

Апробація.

Основні результати виконаної роботи доповідались на Міжнародних науково-технічних конференціях: "Проблемы развития локомотк-

востроения" (Крым.1993). "Состояние и перспективы развития локомо-тивостроєния" (г.Новочеркасск.1994). "Проблемы повышения износсс-

тойкости газонефтепромыслового оборудования" (г.Москва. 1994), "Проблемы транспорта и пути их решения" (г.Киев. 1994). наукових семінарах 1 засіданнях кафедри локомотавобудування СУЛУ.

Реалізація та впровадження результатів дослідження.

Отримані результати дослідження покладені в основу створеного пристрою для мащення гребеня колеса залізничного екіпажу, захищеного авторським свідоцтвом. Пристроєм обпзднано маневровий тепловоз ТГМ6. здійснюючий внутрішні перевезення на коліях ВО "Луганс-кпогрузтрасуголь". 1 тепловоз 2ТЭ116 приписного парку депо Кондра-шевська-Нова Донецької залізниці.

Експлуатація мастильної системи показала 11 ефективність щодо підвищення терміну елементів ТС "гребінь колеса-рейка". а також економії мастильного матеріалу.

На підставі результатів дослідження розроблено рекомендації щодо оцінювання тривкості гребенів коліс локомотивів і прогнозу-•шя їх ресурсу в умовах експлуатації.

Публікації.

За результатами виконаних досліджень опубліковано 13 робіт, перелік яких наведено наприкінці автореферату.

Структура та обсяг роботи.

Дисрртація складається з вступу, п’яти розділів, висновків, переліку літератури 1 ,~э"чтк1в. Основна частина роботи викладена на 150 сторінках машинописного тексту, містить 8 таблиці 1 48 малюнка в тексті дисертації. Бібліографія включає 186 джерел.

Особистий внесок дисертанта у розробку наукових результатів:

- ро'роблена математична модель процесу спрацювання елементів ТС "гребінь колеса-рейка";

• - оцінені критичні характеристики зовнішнього тертя ТС та встановлені визначні види спрацювання 11 ілементів;

- отримані статистичні поліноміальні моделі закономірностей

формування 1 руйнації шарів твердомастильного матеріалу;

- розроблено засіб мащення гребеня колеса залізничного екіпажу 1 створено пристрій, що його реалізує:

- розроблено рецептурний склад, конструкцію та технологію виготовлення твердомастильного елементу.

КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Сучасний стан проблеми дослідження.

Функціювання пари системи "гребінь колеса-рейка" супроводжується складною сукупністю взаємозв'язаних 1 узгоджених фізи-ко-механічних. хімічних, структурно-реологічних процесів 1 не піддається адекватному опису в межах однієї наукової дисципліни, що визначило поєднання зусиль учених - представників різноманітних галузей знань.

Суттєве просування у вирішенні цієї проблеми стало можливим, дякуючи робо-їм С. М. Андріевського. Ф.Т.Барвела. С.П.БлохІна.

Н. О.Буше. О.Л.Голубені$а. В. Д.Дановича. Ю. А. Євдокимова. І.П. Ісаєва.

B.А.Кісліка. О.М.Коняєва. М.Л. Костенка. І.В.Крагельського.

C.М.Куценка. Т.В.ЛарІна, Ю.М.Лужнова, В. Н. Лісунова" М.М.Машнева,

„ Н. М.Міхіна. Ю. І.ОсенІна. Г.В.Самме. Д.Тейбора, Т. А. Тібілова.

Д. М. Толстого. В. Ф. Ушкалова. А. В. Чічінадзе, Н. П. Щапова. М.Л.Якушева та багатьох інших учених. '.

За спільністю науково-методичних ознак виділяються три основних напрямки вирішення проблеми: пого-чення властивостей контактуючих елементів ТС при варіюванні матеріялознавчими 1 технологічними факторами; зниження коефіцієнта тертя шляхом поліпшення ”чов контактування елементів системи за рахунок використання мастильних матеріалів, попереджаючих безпосередній контакт металевих поверх-ніе*- удосконалення конструкції, нори устрою й утримання колії та ' ходових частин рухомого склату з метою зниження динамічної наван-

таженості вузла тертя. .

Найліпші перспективи розвитку має другий напрямок, завдяки *' високій його ефективності та швидкій окупності витрат, а також можливості реалізації в найкоротший термін за рахунок застосування технічних засобів лубрикації гребенів коліс та рейок, що стимулює проведення наукових досліджень по створенню різноманітних мастильних систем.

При цьому формулюються наступні основні риси, що характеризують функціювання вузла тертя, які випливають з вимог забезпечення здібності ТС реалізувати обумовлений мінімальними збитками матеріалів та енергії стан: стаціонарність процесів роботи трибосполу-

чення і стабільність (безперервність) формування (регенерації) мастильного шару в широкому інтервалі змінення впливаючих факторів.

Таким чином, проблема зниження спрацювання гребенів коліс та рейок за рахунок поліпшення умов їх контактування передбачав, як основні складові свого розв'язання, проведення комплексу досліджень. пов'язаних з вивченням процесів і супроводжуючих їх явищ, маючих місце в зоні контакту: з'ясуванням головних механізмів, що

визначають характер функціональних перетворень трибологічних величин: розробкою та створенням на цих. заставах ефективної системи гребнемащення з метою подання оптимальних доз мастильного матеріалу та забезпечуючої необхідні параметри тертя при мінімумі витрат останнього.

Сучасний стан цього питання дозволяє стверджувати, що як в теоретичному плані, так і в плані розробки 1 практичної реалізації отримані на підставі сформульованого вище положення результати сприятимуть більш ефективному розв’язанню з цих позицій науково-практичних проблем тривкості елементів розглядаемої ТС через поліпшення умов контактування 11 елементів. .

2. Розрахунково-теоретичні дослідження тривкості елементів триботехнічної системи * гребінь колеса-рейка".

Спрацювання греоенів коліс 1 рейок становить собою складне явище - дискретний результат безперервного накопичення пошкоджень під впливом експлуатаційних силових, в тему числі, мінливо-циклічних факторів у сполученні з фізико-механічними недосксналеннями матеріалу 1, як правило, обумовлено різними механізмами спрацювання. діючими одночасно та у взаємозв’язку. Однак завжди Існує домінуючий механізм, який визначається, в кінцевому підсумку, напрухе-но-деформованим станом матеріалу в зоні контакту. ■

Аналіз силової Фрикційної взаємодії ТС з урахуванням змін мікрогеометричних властивостей поверхнів виявив, що напружений 1 деформований стан зони контакту пари в усьому диапазоні зовнішніх умов при вписуванні локомотива у криві ділянки колії, визначається пластичним деформуванням матеріала мікронерівностей 1 об'ємною пружньою деформацією хвиль хвилястості поверхнів 1 характеризується накладенням ланів напруга й деформації* що обумовлює 90 % правку по відношенню до існуючих розрахункових схем.

Відповідно до цього отримано залежність, яка встановлює зв’язок між величиною втрат матеріалу в напрямку, перпендикулярному до поверхні тертя та основними параметрами ТС. 1 визначає принципово необхідні для керування процесом спрацювання міри:

4 а, р, / 0.46 іга,г ( г ,

н, н - 5 у,------------------- - [ нв (4.8 0.5 )]***. (1)

З ЯВ2 В V б і

де - лінійне спрацювання поверхнів за один цикл, м; б -величина відносного ковзання; - номінальний тиск. Па; й - діаметр колеса по середній лінії зони тертя, м: г - ширина зони тертя м; Е - радіус закруглення мікронерівності. м: ЕввІ - максимальна висота мікронерівності, м; ! - коефіцієнт тертя; І - стала втоми матеріалу; й- величина укорінювання, м.

Модель (і) отримана, виходжуючи Із засновку пластичної схеми напружено-деформованого стану зони контакту й бере до уваги кіне-тичність процесів формування та руйнування шарів поверхонь, обумовлену специфікою силової взаємодії та відображує середній час поодинокого контакту, протягом якого відбуваються структурні та фазові перетворення в поверхневих шарах матеріалів, хімічні процеси на поверхнях й інтенсивне спрацьовування тіл.

Відзначено, що умови реалізації зовнішнього тертя суттєво залежать від основних параметрів, що характеризують роботу ТС, 1 при незмінному фізико-хімічночу стані поверхонь елементів трибосистеми 1 механічних якостях, обумовлюються мікростаном структури ТС, яке, в свою чергу, саме в функцією зовнішніх параметрів 1 проявляється при взаємодії елементів ТС.

Загальна закономірність полягав в тому, що для даної пари ма-;1алів існують діапазони зовнішніх умов, в яких показники тертя та спрацювання стійкі та на декілька порядків нижче, ніж за цими діапазонами.

Наявність таких критичних ситуацій пояснюється переходом від одного типу порушення фрикційного зв’язку до Іншого, що викликає необхідність оцінювати Інтервали зовнішніх умов, відповідних зміні визначаючих механізмів спрацювання, оскільки це обумовлює різку зміну типу кривої спрацювання, як функції зовнішніх параметрів.

Для оцінки критичного стану ТС використана формула Крагельсь-кого-Друянова та залежності, що зв'язую'гь глибину укорінювання з питомим навантаженням та шерехатістю. Стосовно даних умов, формула представлена у вигляді:

1 2Т0

. А < ------- ( 1---------). (2)

2 Щ бт

де Д - комлексний критерій шерехатості; ц - відносна площина контакту; тп/бт . відношення зсувного опору на мікронерівності до

межі текучості матеріалу.

Аналіз типів порушення фрикційних зв'язків, обумовлених напру-яено-деформованим станом зони контакту пари, показав, що реалізус-мий рівень силової взаємодії гребеня колеса 1 рейки перевшцув припустимі з точки зору збереження умов зовнішнього тертя. 1 визначав реальну можливість виходу ТС у зону руйнування й спрацьовування мікрерізанням.

Збудування відповідних залежностей типу їі/Н ■ Ф(тл/бт) та аналіз отриманої математичної моделі (1) виявило, що розширення диапазону зовнішніх умов, в межах яких пара здібна задовільно виконувати свої функції, можливо шляхом упорядження в контакті шара побічного м’якого матеріалу 1 пов’язане із здійсненням відповідної мастильної системи, як одного з методів забезпечення цієї умови.

На підставі розгляду типів порушення фрикційних зв’язків при різному фрикційному стані взаємодіючих поверхонь визначені відповідні хритичн* параметри та обгрунтована доцільність використання твердомастильних матеріалів (зокрема дисульфіду молібдена МоБ*). забезпечуючих високу несучу здібність контакту.

, Використовуючи трибологічні характеристики, якими наділена зона контакту триботсхнічної системи "гребінь колеса-рейка" при мащенні Мо8£<> виявлені зміни, що виникають при цьому в характері Фрикційної взаємодії, полягаючі в реалізації пружньої (проти пластичної в сполученні з мікрорізанням) схеми контактування. 1 тггне за собою збільшення межової величини циклів тертя, які викликають фрикційне руйнування 1. як наслідок.'оменшення рівня інтенсивності спрацювання.

3. Дослідження кінетичних закономірностей тертя та спрацьовування твердомастильних варів.

• Розробка 1 створення мастильної системи, забезпечуючої автоматичне нанесення твердомасп’льного матеріалу на поверхню гребінки

колеса залізничного екіпажу передбачав вибір певної стратегії керування процесом мащення при наявності наступної Інформації:

- які параметри обрати, як керовані 1 які значення вони повинні приймати:

- коли необхідне керування:

- умови працездатності (кількісна міра), згідно з якими даний об'єкт можна вважати оптимально функціонуючим;

- математична модель процесу.

Досліди провадились на фізичній моделі гребеня колеса та рейки, яка реалізує ролікову аналогію, з урахуванням масштабного фактору. а також на стендовому обладнанні, забезпечуючому відтворення реальних умов контакту. Для проведення випробувань використовувалась методологія математичного планування експерименту.

Результати дослідження показали, що кількість И циклів тертя, забезпечуючих утворення ефективної плівки, обумовлена тривкістю етапу активного перенесення мастильного матеріалу, відповідно до періода встановлення режиму стаціонарного тертя ТМЕ та виязлясться в стабільних величинах інтенсивності спрацювання останнього:

І,. „-*>.4,11.1, Ш*1-3 - 5.9Г* (3)

Результати дослідження залежності інтенсивності спрацювання Іс мастильного елементу від кількості циклів тертя й швидкісно-вагових параметрів (мал.1) дозволили .виявити загальну закономірність. яка полягає в зниженні інтенсивності перенесення мастильної речовини з розвитком процесу тертя внаслідок насичення поверхнів та зменшення тіві частки загальної кількості продуктів спрацювання твердомастильного елементу. яка утримується на поверхнях і приймає участь у створенні та регенерації плівки.

Утворення ефективного мастильного шару. щр характеризується стабільним та мінімальним моментом тертя М. відбувається досить швидко при триваючому це високому рівні Інтенсивності спрацювання твердомастильного елементу (мал.2).

Звідки виходить, що більша кількість перенесеного мастила не означав, що на поверхні тартя утворюється мастильний шар з більшим припасеним об'ємом 1 ресурсом роботи (тривкістю L):

L ш в-°*95 Р2.б v-0.2 н1.5 - 0.36ШР (5)

Встановлені оптимальні режими контактування мастильного елементу з контртілом. забезпечуючі максимальну тривкість L“*x перенесених шарів у залежності від впливаючих факторів, обумовлюючі межі стійкої роботи шарів переносу по відношенню до зовнішніх параметрів:

Мв,х - 178 - 0.745 V; (6)

- 2.011 ♦ 1.443-10-* V - 2.5678■10"* V*. (7)

Антифрикційні властивості дисульфіде молібдену і характер інтенсивності спрацювання мастильного шару в значній мірі залежить від температури, тому в процесі випробувань контролювався тепловий режим роботи вузла тертя.

Аналіз одержаної статистичної залежності

&% в -2.38 «• 10.75Р <■ 0.12V - 0.04PV. . (8)

показав, що рівень фрикційного розігріву поверхні тертя, мастильного елементу не досягав критичних величин, визначаючих окислення речовини та не впливає на параметри тертя й спрацювання. Однак

температурний фактор має й самостійне значення, яке проявляється в генеруванні тепла прі русі локомотива у гальмовому режимі знаслі-

* док тертя колодки- й бандажа колеса. За цих температурних умов виникає термоокисна деструкція мастильного матеріалу, екранування джерела мастила я безповоротна втрата ним мастильних властивостей.

Отримані кінетичні закономірності Формування і руйнації шарів перенесення е підставою розробки принципово нового засобу мащення, суть якого заключаеться у періодичному (дискретному) поданні до взаємодіючих поверхонь оптимальної кількості мастила і підтримування властивостей мастильного середовища в необхідних межах» ще дозволить, далі, здійснити мастильну систему із зворотнім зв'язком від вузла тертя, яка забезпечить автоматичне нанесення мастильного матеріалу е залежності від режиму роботи трибосполучення.

4. Підвищення експлуатаційних характеристик твердокастльного елементу.

Обгрунтовуючи необхідність підвищення надійного Функціонування мастильного елементу (ТНЕ), як складової частики проблеми здійснення ефективної мастильної системи, відзначено два головних аспекти. ТМЕ повинен добре спрацьовуватись о контртіло при мінімальному тиску у взаємному контакті. У протилежному разі вузел тертя необхідно обладнувати спеціальним пристроєм для створення зусилля притискування, яке для здійснення^ великих навантажень моке бути надзвичайно громіздким. В той же час, ТМЕ повинен витримувати умови роботи сполучення й мати достатню механічну міцність, забезпечуючу потрібний рівень тиску у контакті, який, в своа чергу, вшиває на Інтенсивність перенесення мастильної речовини.

Важливо, разом з цим. надання мастильному елементу прухшіх властивостей, обумовлюючих високу швидкість релаксації ваникапчих при взаємодії деформацій 1 напружень..„Тільки за цих умов буде за-

безпечено наліпну роботу ТМЕ в широкому діапазоні умов експлуатації. Всі перераховані якості необхідно сполучати з високими мастильними властивостями речовини 1 спроможності ТМЕ створювати антифрикційний шар. маючий найбільшу тривкість і працездатність.

Створення в одному матеріалі цілого комплексу ніби протиреч-них фізико-механічних. фрикційних і протизносних властивостей практично неможливо в багатокомпонентному складі, але може бути здійснене в гетерогенній системі, у якій досягається сприятливе сполучення якостей різних матеріалів.

В зв’язку з цим пошук раціонального рецептурного складу ТМЕ при накладених обмеженнях за механічними якостями визначив компромісне рішення та зумовив значний вміст сполучного в базовій композиції.

Аналіз напружено-деформованого стану ТНЕ в процесі його роботи дозволив виявити основний захід щодо проблеми забезпечення фізико-механічних властивостей мастильного елементу, що полягає в нанесенні на його поверхню армуючого ниткового каркасу з волокнистого антифрикційного матеріалу.

Конструктивні й технологічні особливості одержання подібних структур розроблені проф. Г.Е.Фрегером и проф. В. А.Рач стали тере-тичкою 1 практичоню підставою для цього напрямку.

Основним параметром, зумовлюючим зміну властивостей ТМЕ, являється кут армування. .

Обрано оптимальну (за крітеріями антифрикційності та спрацю- ' вання) схему переплетіння волокон та їх відносне розташування.

Оцінюючи пружні якості композиції на підставі аналізу реоло-1 гічного рівняння матеріалу, одержано вираз частотної залежності його в’язко-пружніх властивостей та виявлено пріоритет конструктивного (перед варіюванням рецептурним складом) методу розв’язання проблеми. Позитивного результату було досягнуто за рахунок секцій-

ного оформлення ТМЕ та впровадження проміжних пружніх елементів, що забезпечило максимальну еластичність виробу та синфазність проходження процесів напруження й деформації (мал.З).

Перевірка працездатності твердомастильного елементу провадилась в лабораторних умовах 1 в експлуатації, результати випробувань виявили переваги створеного ТМЕ перед базовим варіантом.

5.Реалізація розроблених рекомендацій.

Проблема здійснення ефективної мастильної системи передумов-люв опрацювання відповідних технічних засобів лубрикації зони антифрикційного контакту гребеня колеса та рейки 1 передбачав розробку блок-схеми пристрою, включаючи датчик швидкості руху локомотива, датчик кількості обертів колеса, блок керування, а також необхідних механізмів, забезпечуючих подання мастильного матеріалу, обливістю конструкції створеного пристрою й наявність спеціальних структурних елементів обумовлюють наступні функціональні мож~ ливосі системи:

. - керування процесом мащення, здійснюсме у відповідності з ал-

горитмом, визначеним встановленими закономірностями формування й руйнації шарів перенесення, що реалізує дискретний метод подання мастильного матеріалу забезпечує утворення оптимальної плівки мастила 1 раціональне використовування мастильного матеріалу;

- використання магнітного поля приводу осьового посування, як амортизуючого середовища, дозволяв знизити навантаяеність мастильного елементу. Інтенсивність його спрацьовування 1 зменшити ймовірність його зламу, обумовлених високочастотними динамічними процесами в контакті і. 'завдяки чому, підвищити надійність пристрою;

• - вимкнення системи при експлуатації лохомотиву в режимі рекуперації. що дозволяє запобігти термоокнсних процесів та деструкції мастильного матеріалу з утворенням в результаті химічної реакції

їс. г/ю *-к*

350

зоо|

250 '

200

&

15Н і

<10Н.

\

5Н.

ГІЗОГ—121

-160-4-150—140

> Л і ..і

Н, циклів тертя

Иал.1. Результати дослідження кінетики формування твердомастильних шарів (для трьох величин іавантахень на твердомас-тильний елемент). N - число циклів тертя твердомастильного елементу а контртілом; Іс - інтегральна масова інтенсивність спрацювання Т ; V - швидкість відносного пересування взаємодіючих поверхнів.

Іс. L, Н.

г/кн мг х і 03. НМ

200 2.0 80

150 1.5 60

100 1.0 40

50 0.5 20

О 25 50 75 100 125 150 175 К

Нал. 2. Порівняльний аналіз закономірнос- •

теи переносу (Ло52 шарів. 1

Нал. 3. Твердомастильний елемент.

1 - мастильний брикет; 2 - центральний жгут; 3 - армуючий каркас; 4 - пружній елемент; й - кутова координата армування; В - кут взаємного переплетіння волокон; г - кут пружнього згибу консольної частини ТМЕ.

абразивного крихкого окислу й агресивного кислотного середовища;

- наявність спеціальних механізмів, забезпечуючих автоматичне

* подання мастильного елементу по мірі його спрацювання 1 стале зусилля притиснення його до поверхі гребеня колеса;

- зручність обслуговування, швидке й легкопосильне розміщення 1 заміна мастильного елементу.

З метою перевірки працездатності основних вузлів створеної мастильної системи устаткуванням було обладнано тепловози, виконуючі вантажну й маневрову роботу на коліях ВО "Луганскуголь" 1 приписного парку депо Кондрашевська-Нова Донецької залізниці Виконані досліди підтвердили ефективність та економічність пристрою.

Висновки

1. Ефективне розв'язання проблеми збільшення стійкості елементів триботехнічної системи (ТС) "гребінь колеса-рейка" можливо за умов змінення характеру їх контактування за рахунок обгрунтованого вибору параметрів режиму роботи ТС на підставі знань закономірностей реальних механізмів руйнування фрикційних зв’язків в залежності від зовнішніх факторів 1. передбачав, як найбільш доцільну міру,

- безпосередній вплив на фрикційні властивості поверхонь.

2. Напружено-деформозаний стан зони контакту триботехнічної системи "гребінь колеса-рейка" зумовлен пластичним відтискуванням матеріалу мікронерівностей поверхні шерехатого шару й характеризується накладенням полів напруження 1 деформації на мікрорівні.

3. Змінення топографічних якостей елементів структури системи робить більш короткими умови формування і руйнації Фрикційних зв’язків за рахунок геометричного фактору 1 передумовлюе необхід- ■ ність корегування Інтегрального крітерію граничного стану матеріалу при втомленні, який визначає масштаб його руйнування.

Аналіз типів порушення фрикційних зв’язків обумовлених напру-

жено-деформованим станом зони контакту пари, показав, що реалізуємо рівень силової взаємодії гребеня колеса 1 реііки перевищує припустимі з точки зору збереження умсв зовнішнього тертя, 1 визначає реальну можливість виходу ТС у зону руйнування й спрацьовування мікрорізанням.

4. Запропонована математична модель трибосистеми "гребінь ко-лєса-рейка". що виявляв зв'язок міх лінійною інтенсивністю спрацю-

о вання 1 параметрами трибосполучення. яка дозволяє здійснити аналі-

. тичне оцінювання темпу спрацювання елементів ТС й прогнозування їх

ресурсу, як в умовах експлуатації, так 1 на стадії проектування.

5. На підставі розгляду видів руйнування Фрикційних зв’язків і використовуючи трибологічні якості.. якими наділений контакт при різному фрикційному стані взаємодіючих поверхнів. визначені відповідні критичні параметри 1 встановлена перспективність застосування твердомастильних матеріалів, забезпечуючих вимоги високої відповідальності конакту.

6. Отримані поліноміальні математичні.моделі, які описують кінетику Формування і працездатність мастильних шарів, а також встановлюють зони ефективного мащення й умови раціонального використовування ТМЕ.

7. Розроблен засіб мащення елементів ТС. передбачаючий керування процесом у відповідності з алгоритмом, забезпечуючим дискретне подання мастильного матеріалу в залехносі від параметрів взаємодії контактуючих поверхнів. Застосування цього засобу до-' цільно в трибосистємах. роботу яких неможливо організувати в закритому обширі. Прикладом такої системи є ТС "гребінь колеса-рейка".

8. Проведено комплекс досліджень, направлених на забезпечення сполучення необхідних пружно-міцнісних властивостей ТМЕ. На підставі аналізу реологічних рівнянь у їх зв’язку з динамічними процесами в зоні контакту гребеня колеса й мастильного елементу вста-

новлено. що можливість регулювання механічних якостей останнього шляхом зміни рецептурного складу композиції обмежена релаксаційними характеристиками, які притаманні полімерним системам.

Зздовільнення вимогам експлуатації було досягнуто за рахунок конструктивного рішення. реаЛізуемого за допомогою секційного оформлення ТСЕ 1 введення додаткових проміжних пружніх елементів, зумовлюючих деформативні властивості, а також нанесання на його поверхню підкріплюючого армуючого шару, забезпечуючого його суцільність та якості міцності.

9. Створено пристрій для мащення гребеня колеса залізничного екіпажу, який реалізує опрацьований засіб мащення 1 визначав при усіх режимах роботи 1 зовнішніх умовах подання настильного матеріалу до взаємодіючих поверхонь та автоматичне утримання властивостей мастильного середовища в потрібних ке-ках. Пристрій захищено .Орським свідоцтвом за заявкою 11° 4936912/11.

Практичне використовування розробленого пристрою дозволить збільшити ресурс мастильного елементу у 10-15 разів по відношенню до базового варіанту.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах.

1. Коняев А.Н.. Осенин Ю.И., Марченко Д.Н. Математическое моделирование износостойкости слоев переноса твердых смазок и кинетики их формирования/Луган. машиностр. ин-т. -Луганск. 1993. -15 с.: ил. - Библиогр. 9 наз. -Рус. -Деп. 'в ГНТБ Украины 16.11.93. -Ук93.

2. Коняев А.Н.. Осенин Ю.И.. Марченко Д.Н. Влияние режима контактирования смазочного элемента на характеристики трения/Лу-ган. машиностр. ин-т. -Луганск. 1992 - 9 с.: ил. -Библиогр. 3 назв. -Рус. -Деп. В УкрИНТЭИ. 15.10.92. № 1609 - УК 92.

3. Коняев А.И.. Осенин О.И.. Марченко Д.Н. Шведчикова И.А. Коэффициент сцеплейия колеса с рельсом при наличии в зоне контакта частиц песка/Луган. машиностр. ин-т. -Луганск, 1993. -15 с.: ил.

-Библиогр. 2 наз. -Рус. -Деп. в ГНТБ Украины 10.06.93. -Ук93.

4. Марченко Д.Н.. Осенин Ю.И.. Малахова Г.И. Разработка эффективного способа смазывания гребня колеса железнодорожного экипажа/проблемы развития локомотивостроения/Тез. докл.IV Международная науч.- техн. конф. с. 34.

5. Осенин Ю.И.. Марченко Д.Н.. Крамарь Н.М. Оценка фрикционного состояния поверхности колеса по температуре скольжения коктак-та/Проблемы развития локомотивостроения/Тез. докл. IV Международная науч. - техн. конф. с. 36.

6. Марченко Д.Н.. Осенин Ю.И. Исследование температурного режима контактирования смазочного элемета с гребнем колеса/Тез. докл. научн.-техн. конф. - Крым, - 1993.

7. Осенин Ю.И.. Марченко Д.Н.. Крамарь Н.М.. Клюев А.С. Снижение энергии неупорядоченного процесса при реализации сцепления колеса с р.ельсом/Проблемы развития локомотивостроения/Тез. докл. IV Международная науч.- техн. конф. с. 39.

8. Фрегер Г.Е.. Чесноков В.В.. Горбунов Н.И.. Осенин • Ю.И..Марченко Д.Н. К расчету твердосмазочного элемента гребнесма-зывателя/Тез. докл. научн.-техн. конф,- Новочеркасск. 1994.

9. Марченко Д.Н.. Осенин Ю.И.. "орбунов Н.И.. -Чесноков В.Н..

Крамарь Н.М.. Тйхонюк Г. П. Повышение эффективности и экономичности системы гребнесмазы^ания локомотива/Тез.докл. научн.-техн.конф. -Новочеркасск, - 1994. .

10. А. с. по заявке № 4936912/Н Способ смазывания гребня колеса железнодорожного экипажа и устройство для его осуществления. Осенин Ю.И..Марченко Д.Н., Коняев А.Н.. Голубенко А.Л..Август В.В.. Михин Н.М. 23.03.92 г.

И. Осенин Ю.И.. Марченко Д.Н.. ихонюк Г.П. Сближение поверхностей колеса и рельса в условиях одновременного нагруг ия нормальной и тангенциальной силами// Проблемы повышения износостойкости газонефтепромыслового оборудования/ Тез. докл. III научн.-техл. конф. - Москва,- 1994. '

12. Коняев А. Н.. Осенин D. И.. Марченко. Д. Н. Влияние температуры поверхности трения на условия изнашивания твердрсмазочного

• элемента/ Луган. машиностроит. ин-т. - Луганск, 1993. - 9 с.-Деп. В ГНТБ Украины 30.03.93. № 715 - УК 93.

13. Осенин Ю.И.. Марченко Д.Н. и др. Методика эксперимсен-тального определения номинальной площади контакта поверхностей колеса и рельса/ Вссточноукр. гос. ун-т. - Луганск, 1995. - 6 с.: -Деп. в ДНТБ Украины. - Ук 95.

Аннотация

Марченко Д.Н. Снижение износа колес локомотивов и рельсов путем улучшения условий их контактирования.

Диссертация на соикание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.07 - подвижной состав железных дорог и тяга поездов. Восточноукраински:! государственный университет. Луганск. 1995.

Защищается диссертационная работа, содержащая теоретические и экспериментальные исследования процесса контактного взаимодействия пары системы "гребень колеса-рельс". Разработана математическая модель системы и предложена методика расчетной оценки интенсивности изнашивания ее элементов. Предложен принципиально новый способ смазывания гребня колеса железнодорожного екипажа и создано устройство. его реализующее, разработана конструкция твердосмазочного элемента. Осуществлено промышленное внедрение полученных решений.

Annotation

Harchenko D. Dlcreas of wear of lokomotlves wheels and reals owing to Improvement of the contacts conditions.

Dissertation for the receiving of the learned degree of the doctor technical science of the speciality 05.22.07 - rolling-stock of the railways and the pull of the trains. East-Ukral-man state University. Lugansk. 1995.

Dissertation work containing theoretical and experimental researches of the interaction process of the "weels comb-rall". Mathematical model of the system Is worked out and calculation method , of иеаг-out intensity of Its elements Is offered. The brand new .■nethod of lubrication of a railway carriage wheels comb is offered, and the devise reallglng this method Is created, the construction of solid lubricant Is worked out. Indastrlal lnculatlon of th& receled solutions is carried out. •

Ключові слова:

локомотив, гребінь колеса, рейка, тертя, спрацювання.