автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении рельсового стыка

На правах рукописи

ИВАНОВ Вячеслав ЪлаА,хМирович

СНИЖЕНИЕ УДАРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОЛЕСО ГРУЗОВОГО ВАГОНА ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ РЕЛЬСОВОГО СТЫКА

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ИЮН 2011

ОМСК 2011

4849192

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ БОРОДИН Анатолий Васильевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор НИКОЛАЕВ Виктор Александрович;

кандидат технических наук, доцент МАСЯГИН Василий Борисович.

Ведущая организация:

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ДВГУПС»),

Защита диссертации состоится «17» июня 2011 г. в 900 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)») по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения. „

D

Автореферат разослан «16» мая 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44, e-mail: nauka@omgups.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор ^ О. А. Сидоров.

© Омский гос. университет путей сообщения, 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г., утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 № 877-р, планируемые целевые параметры грузовых вагонов предполагают осевые нагрузки 27 - 30 тс и скорость до 140 км/ч, а также увеличение наработки грузовых вагонов на отказ на 30 - 40 %. В настоящее время снижение количества отказов грузовых вагонов, в частности, ходовых частей, достигается путем увеличения протяженности бесстыкового пути и перевода подвижного состава на колеса повышенной твердости.

В России доля стыкового пути составляет около 57 % от всей протяженности железных дорог России. Однако бесстыковой путь требует разрядки температурных напряжений, поэтому между бесстыковыми плетями укладывают три - четыре уравнительных пролета из рельсов длиной 25 м. В связи с этим при укладке бесстыкового пути по-прежнему широко применяются стыковые соединения рельсов, поэтому требования к их эксплуатационным характеристикам возрастают.

Большая необрессоренная масса и несовершенство рессорного подвешивания и поверхности катания колесной пары тележки модели 18-100 приводят к возникновению и развитию дефектов рельсов и особенно рельсового стыка.

При движении по стыковому пути в результате ударного взаимодействия колеса и рельсового стыка происходит разрушение поверхностей катания головок рельсов вблизи стыка, образование смятий и выкрашиваний, переходящих на торцовые поверхности стыкуемых рельсов, что приводит к увеличению стыкового зазора и возрастанию ударного воздействия на колесо грузового вагона.

Сталь с повышенным содержанием углерода, применяемая для изготовления колес повышенной твердости, имеет твердость 320 - 360 НВ и ударную вязкость KCU 16 Дж/см2. Это приводит к снижению прочности колеса под воздействием ударной нагрузки, особенно при прохождении рельсовых стыков с дефектами, где сила удара достигает 40 тс. При этом в области контакта колеса и рельсового стыка возникают значительные механические напряжения, величина которых превышает предел текучести колесной стали.

В связи с этим необходимость снижения ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении рельсового стыка является актуальной.

Основанием для выполнения диссертационной работы послужил план НИР ОмГУПСа - госбюджетная тема ГБ 154, номер государственной регист-

рации 01.95.0 000749 «Повышение несущей способности и ресурса механических устройств железнодорожного транспорта». Работа соответствует приоритетным направлениям исследований раздела «Повышение надежности работы и увеличение эксплуатационного ресурса технических средств» Стратегических направлений научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.

Цель работы — снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении рельсового стыка путем разработки и предложения научно обоснованных технических решений.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1) провести анализ отечественного и зарубежного опыта исследования ударного взаимодействия колес грузовых вагонов и рельсовых стыков;

2) разработать математическую модель ударного воздействия на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка, учитывающую изменение геометрических параметров стыковых поверхностей рельсов в эксплуатации и колебаний необрессоренных частей грузового вагона, вызванных импульсным воздействием со стороны рельсового стыка;

3) выполнить моделирование напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона, обусловленного воздействием ударной силы со стороны рельсового стыка и оценить влияние выщербины на поверхности катания колеса;

4) разработать методику расчета ресурса колеса грузового вагона, учитывающую спектр амплитуд эксплуатационной нагрузки;

5) разработать конструктивные решения стыкового соединения, снижающие ударное воздействие на колесо грузового вагона;

6) уточнить методику расчета силы ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении модернизированных рельсовых стыков;

7) провести сравнительную оценю,' работоспособности модернизированных рельсовых стыков и выполнить оценку их технико-экономической эффективности.

Объектом исследования является колесо грузового вагона при его взаимодействии с поверхностями стыкового соединения рельсов.

Методы исследования. Теоретическая часть работы представляет собой исследование наиболее неблагоприятных динамических воздействий на колесо грузового вагона, основанное на принципах аналитической механики. Расчет ударной силы, возникающей в процессе взаимодействия колеса грузового вагона и рельсового стыка, выполнен на основании уточненной математической

модели, учитывающей возникающие в эксплуатации дефекты поверхности катания в стыках. Оценка прочности колеса грузового вагона и элементов модернизированных рельсовых стыков выполнена путем моделирования напряженно-деформированного состояния с применением метода конечных элементов и основных положений теории упругости.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1) сформирована математическая модель ударного воздействия на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка с учетом изменения геометрических параметров стыковых поверхностей рельсов в эксплуатации, а также колебаний необрессоренных частей грузового вагона, вызванных импульсным воздействием со стороны рельсового стыка;

2) предложена методика моделирования с использованием метода конечных элементов напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона под воздействием ударной силы со стороны рельсового стыка;

3) предложена методика расчета ресурса колеса грузового вагона, основанная на корректированной гипотезе суммирования повреждений;

4) уточнена математическая модель ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении рельсовых стыков с конструктивными изменениями, защищенными патентами на полезные модели и изобретение;

5) создана методика расчета силы сопротивления упругому прогибу в рельсовом стыке при соединении рельсов внахлестку.

Достоверность научных положений п результатов диссертации обоснована применением корректных математических и конечно-элементных моделей. Данные, полученные при математическом моделировании, имеют качественную и количественную сходимость с экспериментальными данными, полученными другими авторами (Н. Н. Кудрявцев, П. С. Анисимов). На технические решения получены патенты на полезные модели и изобретение.

Значение результатов работы для теории и практики. Математическая модель ударного взаимодействия колеса грузового вагона и рельсового стыка позволяет учитывать контактную жесткость колеса и рельса, геометрические параметры дефектов рельсового стыка, толщину обода колеса. Моделирование напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона под воздействием ударной силы с применением метода конечных элементов позволяет учесть реальную геометрию профиля катания, толщину и прочность обода колеса грузового вагона, а также оценить возникающие ме-

ханические напряжения в любой точке обода и диска. Предложенные варианты модернизации стыкового соединения рельсов обеспечивают снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона на 20 - 50 % в условиях роста скоростей движения и увеличения нагрузок на ось.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований обсуждались на П1 международной конференции «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, 2006), всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука, Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2006), V международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2008), научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2008), 63-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук» (Омск, 2009), международной научно-практической конференции «Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности» (Омск, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них три статьи - в изданиях Перечня, определенного ВАК Минобрнауки России, и четыре патента на полезные модели и изобретение.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка из 131 наименований, пяти приложений и содержит 170 с. основного текста, 61 рисунок и 27 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика неисправностей колес повышенной твердости грузовых вагонов, приведена статистика отказов и распределения трещин в элементах колеса, определены цель научного исследования и задачи, которые необходимо решить для достижения указанной цели, выбраны методы их решения.

В первом разделе для формулировки цели и задач диссертации, выбора методов и направления исследований выполнен анализ работ в области взаимодействия колес грузовых вагонов и пути в зоне рельсового стыка.

Исследованию взаимодействия вагона и рельсового пути, а также динамических процессов в системе «колесо - рельс» и, в частности, в зоне рельсового стыка посвятили свои труды отечественные и зарубежные ученые: А. Ю. Абдуралштов,

П. С. Анисимов, И. В. Бирюков, Е. П. Блохин, Ю. П. Бороненко, Г. П. Бурчак, М. Ф. Вериго, С. В. Вершинский, И. И. Галисв, А. М. Годыцкий-Цвирко, В. Н. Данилов, Н. Е. Жуковский, А. А. Камаев, В. А. Камаев, А. Я. Коган, В. И. Колесников, В. Н. Котуранов, Н. Н. Кудрявцев, В. А. Лазарян, В. Ф. Лапшин, В. С. Лысюк, В. Б. Медель, В. Б. Мещеряков, В. А. Нехаев, В. А. Николаев, Л. Н. Никольский,

A. М. Орлова, И. В. Полешук, Ю. Л. Пейч, Г. П. Петров, М. П. Пахомов, Ю. С. Ромен, Т. А. Тибилов, В. Ф. Ушкалов, В. Д. Хусидов, Г. М Шахунянц,

B. Ф. Яковлев, Дж. Калкер, X. Катуока, С). Картер, У. Харрис и другие ведущие специалисты научно-исследовательских учреждений и железнодорожных вузов.

Исследованию напряженно-деформированного состояния элементов вагонов посвящены труды ученых Е. П. Блохина, И. Г. Горячевой, Е. Н. Никольского, В. В. Кобшцанова, В. П. Лозбинева, В. Н. Филиппова, Л. А. Шадура, В. Партона, Д. Броека, К. Хеллана, напряженно - деформировашюе состояние колеса грузового вагона исследовали А. В. Бородин, В. Ю. Влазнев, А. И. Козырев, В. Г. Кривоногов.

На основании анализа объективных факторов, влияющих на взаимодействие колеса грузового вагона и рельсового стыка, установлено, что конструкция современного стыкового соединения имеет существенные недостатки, которые в условиях перехода подвижного состава на колеса повышенной твердости, увеличения скоростей движения и нагрузки на ось приводят к образованию стыковых дефектов и снижению ресурса колес грузовых вагонов. Следовательно, остается актуальной необходимость поиска технического решения, снижающего ударное воздействие на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка.

Анализ известных математических моделей, позволяющих рассчитывать величины ударного импульса и силы, показал, что моделирование выполнялось с учетом геометрической величины стыкового зазора, контактной жесткости, жесткости пути и поступательной скорости движения грузового вагона. При этом не учитывалось изменение геометрических параметров рельсового стыка, связанных с образованием стыковых дефектов (смятие и выкрашивание головок на отдающем и принимающем концах рельсов в стыке) в процессе эксплуатации рельсового пути, не учитывались также длина стыковых накладок и их механические свойства, влияющие на угол упругого прогиба стыка под нагрузкой. Таким образом, результаты расчета силы ударного взаимодействия колеса повышенной твердости грузового вагона и рельсового стыка по известным моделям не являются объективными, т. е. не отражают реальную картину напря-

женно-деформированного состояния колеса грузового вагона как объекта исследования в условиях эксплуатации и нуждаются в уточнении.

Второй раздел посвящен математическому моделированию процесса прохождения колесом грузового вагона рельсового стыка с дефектами.

. Для уточненного моделирования процесса прохождения колесом грузового вагона рельсового стыка проанализированы параметры, влияющие, на ударное взаимодействие. В результате анализа установлено, что параметрами, существенно увеличивающими ударное воздействие на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка, являются величина стыкового зазора (lm м), геометрические параметры дефектов на принимающем (1Р2, м) и отдающем (1рь м) концах рельсового стыка, угол упругого прогиба рельсового стыка под нагрузкой (©стз, рад), поступательная скорость движения грузового вагона (v, м/с) и вертикальная нагрузка на колесо (Р, Н) (рис. 1).

Для определения угла упругого прогиба стыка от воздействия колеса грузового вагона ©ст3 автором выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния рельсового стыка, учитывающее реальную геометрию и механические свойства материала стыковых накладок. Моделирование выполнено для двух вариантов стыков, содержащих металлические четырех- и шестидыр-ные накладки, отличающиеся длиной. В результате моделирования были получены значения упругих прогибов и углов стыка под нагрузкой.

Рис. 1. Расчетная схема прохождения колесом грузового вагона рельсового стыка с дефектами

При установке шестидырных накладок прогибы и углы увеличиваются, что приводит к возрастанию сил ударного взаимодействия колеса и рельсового стыка при прочих равных условиях по сравнению со стыком, содержащим че-тырехдырные накладки.

Следующим этапом математического моделирования было формирование математической модели с учетом введения параметров стыковых дефектов.

В расчетной схеме кроме указанных выше приняты следующие обозначения: vi и v2 - скорость колеса на отдающем и принимающем концах рельса, м/с;

vB - вертикальная скорость колеса, возникающая в результате прохождения рельсового стыка, м/с; ©„i - угол, обусловленный наличием стыкового зазора, рад; ©„г - угол, обусловленный наличием дефектов в рельсовом стыке, рад; ©с- - центральный стыковой угол, вычисляемый как сумма 0^, ©ст2 и 0стз, рад; api и Эр2 - точки касания колеса и рельса на отдающем и принимающем концах рельсового стыка; г — радиус колеса, м.

Величина разрыва поверхности катания зависит от центрального угла 0СТ, образованного точками касания на отдающем (api) и на принимающем (Эрг) концах рельсов и центром колеса О.

Математическая модель системы описывается системой дифференциальных уравнений:

(1)

m0d^ + c0zn_frz0;(zi_zn) = 0) dt

где М - необрессоренная масса тележки грузового вагона, Н; то - приведенная масса пути, участвующая во взаимодействии в виде некоторой сосредоточенной в точке контакта колеса и рельса массы, Н; Zi - вертикальное упругое перемещение центра тяжести колеса и присоединенной к нему необрессоренной массы М, м; z„ - перемещение приведенной массы пути т°, м;

z" — вертикальное перемещение колеса по отношению к центру тяжести приведенной массы пути, м; f(2^) - контактная жесткость металла в точке контакта колеса и рельса, Н/м; г| - вертикальное перемещение центра колеса на неровности, м; жесткость пути, Н/м.

Решение системы дифференциальных уравнений (1) позволило получить аналитические конечные выражения для определения мгновенного ударного импульса (2) и ударной силы (3).

Величина мгновенного ударного импульса с учетом стыкового зазора и величин стыковых дефектов, кг-м/с;

[ill ^

1l+t"+T"+0ct3J' (2)

где v - поступательная скорость движения грузового вагона, м/с.

Величина ударной силы, возникающей в контакте колеса и рельса, Н,

Руд = ^ + Р(0), (3)

где t - время прохождения стыка колесом, с.

Расчеты, проведенные с использованием уточненной математической модели, позволили оценить влияние стыковых дефектов на величину ударного импульса и сил, возникающих при прохождении колесом рельсового стыка с дефектами. Зависимости ударной силы от поступательной скорости для трех эксплуатационных состояний рельсового стыка представлены на рис. 2.

Расчеты, выполненные по уточненной математической модели для осевой нагрузки 27 тс, позволяют получить количественную оценку силы ударного воздействия на колесо грузового вагона и установить, что ударная сила, возникающая при прохождении максимально изношенного рельсового стыка с дефектами, может достигать значения 68 тс. Учет дополнительного воздействия от стыковых дефектов повышает достоверность расчета силы ударного воздействия на колесо грузового вагона.

Сформирована математическая модель, позволяющая определять амплитудно-частотные характеристики дополнительного динамического воздействия колеса грузового вагона на поверхность катания головки рельса с учетом колебаний кузова и упруго диссипативных параметров рессорного подвешивания.

Третий раздел посвящен моделированию напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона под воздействием ударной силы, возникающей в процессе прохождения рельсового стыка с дефектами. Моделирование проводилось для трех вариантов толщины обода: 70 мм - толщина у нового

Поступательная скорость вагона-

Рис. 2. Зависимость величины ударной силы воздействия на колесо грузового вагона от рельсового стыка с дефектами: 1 - новый рельсовый стык (1ст = 20 мм); 2 - среднеизно-шенный рельсовый стык (1СТ = 20 мм, lpi = 8, 1р2 = 15); 2 - максимально изношенный рельсовый стык = 20 мм, 1р1 = 12,1р2 = 20).

колеса; 45 и 24 мм - средняя и минимальная толщина соответственно; предел прочности 0В колеса повышенной твердости менялся в зависимости от толщины колеса: при 70 мм - 1188 МПа (360 НВ); при 45 - 1073 (325); при 24 - 1016 (308). Сила ударного воздействия варьировалось в зависимости от степени из; носа рельсового стыка.

Моделирование напряженно-деформированного состояния колеса осуществлялось с применением метода конечных элементов для наиболее неблагоприятного эксплуатационного состояния - колесо с минимальной толщиной обода (24 мм) с выщербиной добраковочного размера, ударная нагрузка - от максимально изношенного рельсового стыка. В результате моделирования получены значения механических напряжений, превышающих предел текучести колесной стали. Распределение механических напряжений в колесе представлено на рис. 3. Максимальное эквивалентное механическое напряжение по Мизе-су составило 1577 МПа, предел прочности ав и текучести ат - соответственно 1016 и 762 МПа.

О 131

Эквивалентное механическое напряжение по Мизесу, МПа

Рис. 3. Распределение механических напряжений в объемной модели колеса повышенной твердости с толщиной обода 24 мм

Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния колеса повышенной твердости приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчета максимальных напряжений в ободе колеса

Толщина обода колеса грузового вагона, мм Значения максимальных механических напряжений в ободе колеса повышенной твердости от удара со стороны рельсового стыка с дефектами, МПа

новый стык (ударная сила -27 тс) среднеизношен-ный стык (ударная сила-42 тс) максимально изношенный стык (ударная сила -62 тс)

70 (новое колесо: ов-1188; от-890 МПа) 761 890 1328

45 (среднеизношенное колесо: ов- 1073; от -804 МПа.) 838 965 1383

24 (минимальный допустимый размер: сгв - 1016; от - 762 МПа.) 894 1020 1577

С целью расчета ресурса колеса грузового вагона предлагается методика, основанная на линейной корректированной гипотезе накопления повреждений. Аналитическое выражение, позволяющее определить наиболее вероятный ресурс колеса в секундах до образования трещины в максимально нагруженной зоне, имеет вид:

Ti =

2*N„

\m

15k

|ю2Фс(со)с1© jl — exp

m+1 f 2 a

2si

(4)

da

где N0 - базовое число циклов нагружения; ю - частота действия случайного процесса; Фс(со) - функция плотности распределения амплитуд спектра эксплуатационной нагрузки; предел выносливости гладких лабораторных образцов, изготовленных из того же материала; sc- среднее квадратическое отклонение напряжений; а - механическое напряжение рассматриваемого уровня.

В качестве спектра распределения амплитуд эксплуатационной нагрузки принимался нормально логарифмический закон распределения. Методика расчета ресурса колеса грузового вагона позволяет учитывать механические свойства материала колеса, перспективное увеличение скоростей движения и нагрузки на ось грузового вагона.

В четвертом разделе на основании уточненной математической модели прохождения колесом грузового вагона рельсового стыка с дефектами обосно-

ваны необходимость и возможность снижения ударного воздействия на колесо грузового вагона путем модернизации рельсового стыка.

Первое направление заключается в создании силы сопротивления упругому прогибу и в уменьшении стыкового зазора. Второе направление состоит во введении третьего тела в стыковое соединение, перекрывающее стык и таким образом снижающее ударное воздействие на колесо грузового вагона. Третье направление - в установке в накладке дополнительной балки, упругой в радиальном и подвижной в продольном направлениях, для опоры гребню колеса. В рамках данной работы более подробно исследованы первое и второе направления модернизации стыкового соединения.

В рамках первого направления разработано техническое решение профильного стыкования рельсов внахлестку (рис. 4). Благодаря использованию упругой криволинейной накладки (пат. 2318945) или упругой проставки 2, размещенной в пазухе между шейками рельсов и накладкой, в зоне контакта продольных уступов возникают силы трения:, которые создают сопротивление упругому прогибу стыка под нагрузкой.

А-А-О

Рис. 4. Модернизированный рельсовый стык внахлестку с упругими элементами: а - фронтальный вид с местным вырывом; б - поперечное сечение по оси стыка, 1 - стыковое соединение внахлестку; 2 - упругий элемент

Методика расчета силы сопротивления упругому прогибу рельсового стыка позволяет оценить влияние геометрических и механических параметров новой стыковой накладки на величину этой силы, Н:

^сопр ~ P-iMhok "

4[ct]Wj

гор

(5)

здесь jxi - коэффициент, учитывающий распределение усилия затяжки болта в горизонтальном и вертикальном направлениях в стыковом соединении; |in0K -коэффициент трения покоя; Wr0p - максимальный момент сопротивления сечения накладки изгибу в горизонтальной плоскости, Па; Lb - расстояние между 1 осями крайних стыковых болтов (для четырехдырных накладок Lb = 0,642 м, для шестидырных - 0,902 м); [а] - допускаемое нормальное напряжение, возника- ^ ющее в накладке от изгиба в горизонтальной плоскости, Па;.

Снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона достигается путем уменьшения угла упругого прогиба и исключения образования дефектов | выкрашивания и смятия на поверхностях катания головок рельсов. Модерниза- j ция существующей конструкции стыкового соединения профильным стыкованием рельсов отражается в уточненной математической модели путем изменения параметров, т. е. в формуле (2) уменьшаются значения углов ©ст3 и 0СТ2- Разрабо- ' танная методика расчета рельсового стыка внахлестку позволяет рассчитать силу сопротивления упругому прогибу стыка в зависимости от силы затяжки стыковых болтов и материала упругой криволинейной накладки (пат. 77874). I

В рамках второго направления, основанного на введении третьего тела в стыковое соединение, разработаны два технических решения: первое предполагает установку в стыковое соединение «Т»-образной вставки (пат. 78807) (рис. 5), второе техническое решение - размещение балки, площадь и форму сечения которой можно изменять (пат. 76025).

Рис. 5. Схема модернизированного рельсового стыка с «Т»-образной вставкой: а - фронтальный вид с местным вырывом; б - поперечное сечение по оси стыка; 1 - «Т»-образная вставка; 2 - упругий элемент Вариант модернизации с «Т»-образной вставкой разработан с целью ресурсосбережения рельсов, когда возникает необходимость их замены при пре-

вышении геометрических размеров дефектов над максимально допустимыми. Снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона достигается за счет уменьшения стыкового зазора 1СТ минимум в два раза и уменьшения образования дефектов (сколов, смятий и выкрашиваний) в рельсовом стыке. Предлагаемое техническое решение вносит изменение в параметры стыкового соединения, которые учитываются в математической модели через параметры 0ст1 и ©стз в формулах (2) и (3). При этом формула расчета силы ударного воздействия на колесо грузового вагона приобретает вид:

mvfe+e^) (6)

~ t

Каждое техническое решение, предлагаемое для модернизации стыкового соединения рельсов, снижает силу ударного воздействия на колесо грузового вагона (табл. 2). Эта сила рассчитана путем введения параметров предложенных технических решений (величин стыковых зазоров и углов упругих прогибов под нагрузкой) в уточненную математическую модель, сформированную во втором разделе. Полученные значения силы ударного воздействия были использованы при моделировании напряженно-деформированного состояния колеса при прохождении модернизированных рельсовых стыков. Результаты моделирования приведены в табл. 3.

Таблица 2

Результаты расчета силы ударного воздействия на колесо грузового вагона

Скорость движения грузового вагона, м/с Сила ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении модернизированного рельсового стыка, кН

«Т»-образная вставка рельсовый стык внахлестку

15 47.56 37.92

20 59.47 49.73

25 65.54 52.55

30 75.54 65.49

35 85.54 78.43

Значения максимальных напряжений, возникающих в колесе повышенной твердости при прохождении модернизированных стыковых соединений рельсов, не превышают предела текучести колесной стали.

Таблица 3

Максимальные механические напряжения в ободе колеса повышенной твердости при различных уровнях модернизации рельсового стыка, МПа

Толщина обода, мм Техническое решение модернизации рельсового стыка

«Т»-образная вставка рельсовый стык внахлестку

70 (новое колесо: ств - 1188; ст — 890 МПа.) 662 630

45 (средиеизношенное колесо: ав - 1073; ат-804 МПа.) 693 657

24 (минимально допустимый размер: ств - 1016; <тт- 762 МПа.) 705 672

Пятый раздел посвящен технико-экономическому обоснованию повышения ресурса колеса грузового вагона в расчете на одно вагоноремонтное депо.

В результате технико-экономического обоснования внедрения предлагаемых технических решений предполагается ежегодное сокращение затрат на ремонт колесных пар с заменой элементов до 26 % при среднегодовом объеме ремонта 300 колесных пар, а также ежегодное сокращение затрат на ремонт рельсовых стыков в размере 285 768 р. в расчете на одно структурное подразделение вагонного и путевого хозяйств соответственно. Предполагаемый срок окупаемости инвестиционного проекта - 1 г. 5 мес.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа статистических данных эксплуатации вагонных колес подтверждено значительное влияние эксплуатационных факторов на формирование несовершенства поверхности катания колес и рельсов, угрожающего безопасности движения поездов и снижающего их ресурс. Кроме того, вследствие выявленных недостатков существующего стыкового соединения рельсов установлено, что при образовании дефектов (сколов, выщербин, смятий и т. п.) на поверхности катания головок рельсов в стыке происходит увеличение силы удара на колесо грузового вагона.

2. Разработана математическая модель ударного воздействия на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка, учитывающая изменение геометрических параметров стыковых поверхностей рельсов в эксплуатации и колебаний необрессоренных частей грузового вагона, вызванных импульсным воздействием со стороны рельсового стыка. Модель позволяет исследовать влияние силы ударного воздействия на колесо грузового вагона от рельсового стыка с дефектами в условиях роста осевых нагрузок и скоростей движения подвижного состава.

3. Выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона под воздействием ударной силы со стороны рельсового стыка. Установлено, что от воздействия ударной силы со стороны среднеизно-шенного стыка в колесе грузового вагона возникают механические напряжения, превышающие на 15 —20 % предел текучести колесной стали марки «Т».

4. Разработанная математическая модель оценки ресурса колеса грузового вагона, основанная на теории случайных стационарных процессов и корректированной линейной гипотезе суммирования повреждений, позволяет оценивать и прогнозировать ресурс колеса грузового вагона в зависимости от частоты действия случайного процесса и спектра эксплуатационной нагрузки. В результате вычислений установлено, что ударное воздействие на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка с дефектами в условиях роста скоростей движения и нагрузок на ось снижает ресурс колеса грузового вагона в два раза по сравнению с назначенным ресурсом колеса.

5. Предложены технические решения, которые обеспечивают снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона путем управления параметрами стыкового соединения рельсов: уменьшением стыкового зазора и угла упругого прогиба рельсового стыка.

6. Уточнена методика расчета силы ударного воздействия на колесо грузового вагона, при прохождении модернизированных рельсовых стыков; в результате модернизации рельсовых стыков происходит снижение ударного воздействие на колесо грузового вагона на 20 - 50 %.

7. Предложена методика расчета модернизированного рельсового стыка внахлестку, позволяющая осуществить подбор момента затяжки стыковых болтов, геометрических и механических параметров деталей стыкового соединения с целью обеспечения работоспособности модернизированного рельсового стыка, и выполнено технико-экономическое обоснование повышение ресурса колеса грузового вагона.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1.Бородин А. В. Влияние дефектов в стыковой неровности пути на напряженно-деформированное состояние колеса грузового вагона / А. В. Бородин, В. В. Иванов //Транспорт Урала. 2009. № 2. С. 39 - 41.

2. Бородин А. В. Как уменьшить удары колес в стыках / А. В. Бородин, В. В. Иванов //Путь и путевое хозяйство. 2008. № 6. С. 13.

3.Бородин А. В. Теоретическое исследование напряженно - деформированного состояния колеса грузового вагона при прохождении рельсового стыка/А. В. Бородин, В. В. Иванов //Омский научный вестник. 2009. №2 (82). С. 141-143.

4. Бородин А. В. О снижении динамических воздействий на высокона-груженные узлы локомотивов при прохождении стыковых соединений рельсов / А. В. Бородин, В. В. Иванов, Д. В. Тарута // Проблемы механики современных машин: Материалы, конф. / Восточно-Сибирский гос. техн. ун-т. Улан-Удэ, 2006. Т. 2. С. 24 - 26.

5. Иванов В. В. Стыковые соединения рельсов и пути их совершенствования / В. В. Иванов // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. Вып. 6. С. 68 - 74.

6. Иванов В. В. Особенности численного моделирования звеньевого (стыкового) и бесстыкового пути / В. В. Иванов // Наука. Технологии. Инновации: Материалы всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Новосибирский гос. техн. ун-т. Новосибирск, 2006. Ч. 1. С. 99,100.

7. Иванов В. В. Особенности воздействия импульсной нагрузки на не-обрессоренные узлы грузового вагона / В. В. Иванов // Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук: Межвуз. сб. тр. молодых ученых, аспирантов и студентов / Сибирская гос. автомобильно-дорожная акад. Омск, 2007. Вып. 4 Ч. 1. С. 103 - 108.

8. Бородин А. В. Снижение ударного воздействия в стыке рельсового соединения / А. В. Бородин, В. В. Иванов // Перспективы развития транспорта в XXI веке: Материалы I науч. межвуз. интернет-конф. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2007. С. 28 - 30.

9. Иванов В. В. Влияние дефектов в стыковом соединении рельсов на развитие ударного импульса в системе «колесо - рельс» / В. В. Иванов // Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук: Межвуз. сб. тр. молодых ученых, аспирантов и студентов / Сибирская гос. автомобильно-дорожная акад. Омск, 2008. Вып. 5. Ч. 1. С. 117 - 120.

Ю.Бородин А. В. Развитие ударного импульса в стыковом соединении /А. В. Бородин, В. В. Иванов //Trans-mech-art-chem: Труды V междунар. науч.-практ. конф. /МИИТ. М., 2008. С. 84, 85.

11. Иванов В. В. Прочность колеса при прохождении стыковых соединений рельсов / В. В. Иванов // Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук: Межвуз. сб. тр. молодых ученых, аспирантов и студентов / Сибирская гос. автомобильно-дорожная акад. Омск, 2009. Вып. 6. Кн. 3. С. 15-17.

12. Иванов В. В. Изменение напряженно-деформированного состояния колеса повышенной твердости в процессе эксплуатации / В. В. Иванов // Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности: Межвуз. сб. тр. 64-й науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов / Сибирская гос. автомобильно-дорожная акад. Омск, 2010, Кн. 1. С. 363 -365.

13. Пат. 2318945 Российская Федерация, МПК Е 01 В 11/04. Накладка к рельсам для соединения их в стыке / Бородин А. В., Иванов В. В.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2006122688/11; заявл. 26.06.2006; опубл. 10.03.2008, Бюл. № 7. -2 е.: ил.

14. Пат. 76025 Российская Федерация, МПК Е 01 В 11/32. Стыковое соединение рельсов/Бор один А. В., Иванов В. В.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008114943/22; заявл. 16.04.2008; опубл. 10.09.2008. Бюл. № 25. - 2 е.: ил.

■ 15. Пат. 77874 Российская Федерация, МПК Е01В 11/32. Стыковое соединение рельсов внахлестку / А. В. Бородин, В. В. Иванов, Е. В. Глушкова; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. — № 2008127817/22; заявл. 08.07.2008; опубл. 10.11.2008. Бюл. № 31. -2 е.: ил.

16. Пат. 78807 Российская Федерация, МПК Е 01 В 11/32. Стыковое соединение рельсов с «Т»-образной вставкой / А. В. Бородин, В. В. Иванов; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. — № 2008120943/22; заявл. 26.05.2008; опубл. 10.12.2008. Бюл. № 34. - 2 е.: ил.

Типография ОмГУПС а, 2011. Тираж 100 экз. Заказ 299. 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35.

Введение.

1. Анализ ударного взаимодействия колеса грузового вагона и рельсового стыка.

1.1. Эксплуатационные характеристики колес грузовых вагонов и рельсовых стыков;.

1.1.1. Колеса грузовых вагонов: конструкция, материал, прочностные свойства, условия работы.

1.2. Расчет напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона и экспериментальная оценка его прочности.

1.3. Рельсы и рельсовые стыки при стыковом и бесстыковом пути.

1.3.1. Конструкция рельсовых стыков на отечественных и зарубежных железных дорогах.

1.3.2. Дефекты рельсовых стыков.

1.4. Причины возникновения ударного взаимодействия колеса грузового вагона и стыкового соединения рельсов.

1.5. Силы, действующие в стыковом соединении рельсов.

1.6. Оценка сил инерции необрессоренных масс подвижного состава при прохождении изолированных неровностей.

1.7. Выводы.

2. Математическое моделирование ударного взаимодействия колеса грузового вагона и рельсового стыка с дефектами.

2.1. Численное моделирование процесса квазистатического нагружения рельсового стыка с типовыми накладками.

2.2. Математическое моделирование прохождения колесом грузового вагона рельсового стыка с дефектами.

2.3. Математическое моделирование колебаний необрессоренных узлов грузового вагона при прохождении зоны стыка.

2.4. Колебания необрессоренных узлов грузового вагона при прохождении зоны стыка, заданной геометрической неровностью.

2.5. Колебания обрессоренных узлов грузового вагона при прохождении зоны стыка, заданной геометрической неровностью.

2.6. Выводке.

3. Моделирование напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона при. прохождении рельсового стыка с дефектами1.

3 .1. Обоснование выбора МКЭ для моделирования НДС колеса грузового вагона.84'

3.2. Моделирование НДС колеса повышенной твердости под воздействием! ударной силы.90'

3.3. Оценка ресурса колеса грузового вагона.

3.4. Выводы.

4. Конструктивные решения для снижения ударного воздействия на колесо грузового.вагона.111?

4.1. Принципиальные схемы модернизации рельсовых стыков.

4.1.1. Модернизация рельсовых стыков введением дополнительного > опорного элемента.

4.1.2. Модернизация рельсовых стыков профильным стыкованием рельсов.116 ■

4.2. Математическое моделирование прохождения колесом, грузового вагона модернизированных рельсовых стыков.

4.3. Моделирование напряженно-деформированного состояния деталей модернизированных рельсовых стыков.

4.3.1. Обоснование выбора материала для деталей модернизированных рельсовых стыков.

4.3.2. Обоснование внешних нагрузок, кинематических ограничений перемещений, результаты моделирования.

4.4. Методика расчета модернизированного рельсового стыка внахлестку

4.5. Выводы.

5. Технико-экономическое обоснование внедрения предлагаемых технических решений.

Колесо грузового вагона является одним из наиболее ответственных узлов подвижного состава, от состояния которого напрямую зависит безопасность движения. Согласно Стратегическим направлениям научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г., утвержденным президентом ОАО «РЖД» 30.08.2007 г., предполагается увеличение нагрузки на ось до 25-27 тс и повышение скорости движения поездов до 120 км/ч [ 1]. В процессе эксплуатации колесо грузового вагона подвергается воздействию множества неблагоприятных факторов, таких как интенсивное фрикционное и ударное воздействие. Многочисленные обточкам с целью восстановления рабочего профиля уменьшают толщину обода колеса - это существенно влияют на его работоспособность. В 2001 г. руководством компании ОАО «РЖД» было принято решение о переводе всех грузовых вагонов на колеса повышенной твердости.

Из анализа передового опыта тяжеловесного движения [ 2] можно выявить основные причины образования трещин в элементах колеса.

1. Нарушение технологии изготовления и ремонта колеса, при котором образуются внутренние дефекты в виде нарушения сплошности материала.

2. Ударные явления, возникающие в процессе эксплуатации колеса, которые вызывают образование усталостных трещин, сколов, изломов в элементах колеса.

Усталостные трещины, образовавшиеся в результате влияния указанных причин, могут привести к лавинообразному возникновению повреждений и полному отказу колеса грузового вагона, при этом неизбежно произойдет сход последнего с рельсов. Кроме того, появление и развитие усталостных трещин в колесах может быть обосновано возникновением определенных эксплуатационных дефектов колес. Дефекты термомеханического и усталостного происхождения более свойственны колесам повышенной твердости. Как правило, именно они являются источником возникновения и развития усталостных трещин. Развитие трещин в колесе интенсифицируется с ростом нагрузок (особенно ударного характера).

По данным Дирекции по ремонту грузовых вагонов ЗападноСибирской железной дороги из всех элементов колеса грузового вагона повышенной твердости, в которых выявляются трещины, основными являются обод (56 %) и приободная зона (27 %) (рис. 1), что подтверждает актуальность разработки технических решений направленных на снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона.

Рис. 1. Распределение трещин, обнаруженных в элементах колес грузовых вагонов в 2009 г.

Так как условия взаимодействия колеса и рельса изменились из-за указанных выше обстоятельств, необходимо провести научные исследования с целью качественной и количественной оценки параметров взаимодействия элементов системы «колесо — рельс».

Актуальность работы обоснована необходимостью снижения ударного воздействия на колесо грузового вагона повышенной твердости при прохождении рельсового стыка с дефектами в условиях перспективного повышения нагрузки на ось до 27 тс и скорости движения до 120 км/ч.

Цель работы - снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении рельсового стыка путем разработки и предложения научно обоснованных технических решений.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи.

1) провести анализ отечественного и зарубежного опыта исследования ударного взаимодействия колес грузовых вагонов и рельсовых стыков;

2) разработать математическую модель ударного воздействия на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка, учитывающую изменение геометрических параметров'стыковых поверхностей рельсов в эксплуатации* и колебаний необрессоренных частей грузового вагона, вызванных импульсным воздействием со стороны рельсового стыка;

3) выполнить моделирование напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона; обусловленного воздействием ударной силы со стороны рельсового стыка и оценить влияние выщербины на поверхности катания колеса;

4) разработать методику расчета ресурса колеса грузового вагона, учитывающую. спектр амплитуд эксплуатационной нагрузки;

5) разработать конструктивные решения стыкового соединения, снижающие ударное воздействие на колесо грузового вагона;

6) уточнить методику расчета силы ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении модернизированных рельсовых стыков;

7) провести сравнительную, оценку работоспособности модернизированных рельсовых стыков и выполнить оценку их технико-экономической эффективности.

Объектом исследования является колесо грузового вагона при его взаимодействии с поверхностями стыкового соединения рельсов.

Методы исследования. Теоретическая часть работьь представляет собой исследование наиболее неблагоприятных динамических воздействий на колесо грузового вагона, основанное на принципах аналитической механики. Расчет ударной силы, возникающей в процессе взаимодействия колеса грузового вагона и рельсового стыка, выполнен на основании уточненной математической модели, учитывающей возникающие в эксплуатации дефекты, поверхности катания в стыках. Оценка прочности колеса грузового вагона и элементов модернизированных рельсовых стыков выполнена путем моделирования напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов с использованием основных положений теории упругости.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1) сформирована математическая модель ударного воздействия на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыках учетом изменения геометрических параметров стыковых поверхностей рельсов в эксплуатации, а также колебаний1 необрессоренных частей грузового вагона, вызванных импульсным! воздействием со стороны рельсового стыка;

2) предложена методика моделирования с использованием метода конечных элементов напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона под воздействием ударной силы со стороны рельсового стыка;

3) предложена методика расчета ресурса колеса грузового вагона; основанная на корректированной гипотезе суммирования повреждений;

4) уточнена математическая модель ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении рельсовых стыков с конструктивными изменениями, защищенными патентами на полезные модели и изобретение;

5) создана методика расчета силы сопротивления упругому прогибу в рельсовом стыке при соединении рельсов внахлестку.

Достоверность научных положений и результатов диссертации обоснована применением корректных математических и конечно-элементных моделей. Данные; полученные при математическом моделировании, имеют качественную и количественную сходимость с экспериментальными данными, полученными другими авторами (Н. Н. Кудрявцев, П. С. Анисимов). На технические решения получены патенты на полезные модели и изобретение.

Значение результатов работы для теории и практики. Математическая модель ударного взаимодействия колеса грузового вагона и рельсового стыка позволяет учитывать контактную жесткость колеса и рельса, геометрические параметры дефектов рельсового стыка, толщину обода колеса. Моделирование напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона под воздействием ударной силы с применением метода конечных элементов позволяет учесть реальную геометрию профиля катания, толщину и прочность обода колеса грузового вагона, а также оценить возникающие механические напряжения в любой точке обода и диска. Предложенные варианты модернизации стыкового соединения рельсов обеспечивают снижение ударного воздействия на колесо грузового вагона на 20 — 50 % в условиях роста скоростей движения и увеличения нагрузок на ось.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований обсуждались на Щ международной, конференции «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ, 2006), всероссийской научной конференции студентов, аспирантов ^ молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации.» (Новосибирск, 2006), V международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2008), научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2008), 63-й научно-технической конференции ГОУ ВПО «Сибирская автомобильно-дорожная академия» (Омск, 2009), на международном юбилейном конгрессе «Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности» (Омск, 2010), на заседании постоянно действующего научно-технического семинара «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них три статьи в изданиях- Перечня, определенного ВАК Минобрнауки России, пять патентов на полезные модели и изобретение, пять статей в материалах международных и всероссийских конференций, четыре статьи в сборниках научных трудов.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 131 наименования и 5> приложений. Общий объем диссертации составляет 170 е., текст работы содержит 61 рисунок, 27 таблиц и 5 приложений.

Основные результаты и выводы

1. На основе анализа статистических данных эксплуатации вагонных колес подтверждено значительное влияние эксплуатационных факторов на формирование несовершенства поверхности катания колес и рельсов, угрожающего безопасности движения поездов и снижающего их ресурс. Кроме того, вследствие выявленных недостатков существующего стыкового соединения рельсов установлено, что при образовании дефектов (сколов, выщербин, смятий и т. п.) на поверхности катания головок рельсов в стыке происходит увеличение силы удара на колесо грузового вагона.

2. Разработана математическая модель ударного воздействия на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка, учитывающая изменение геометрических параметров стыковых поверхностей рельсов в эксплуатации и колебаний необрессоренных частей грузового вагона, вызванных импульсным воздействием со стороны рельсового стыка. Модель позволяет исследовать "влияние силы ударного воздействия на колесо грузового вагона от рельсового стыка с дефектами в условиях роста осевых нагрузок и скоростей движения подвижного состава.

3. Выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния колеса грузового вагона под воздействием ударной силы со стороны рельсового стыка. Установлено, что от воздействия ударной силы со стороны среднеизно-шенного стыка в колесе грузового вагона возникают механические напряжения, превышающие на 15 - 20 % предел текучести колесной стали марки «Т».

4. Разработанная математическая модель оценки ресурса колеса грузового вагона, основанная на теории случайных стационарных процессов и корректированной линейной гипотезе суммирования повреждений, позволяет оценивать и прогнозировать ресурс колеса грузового вагона в зависимости от частоты действия случайного процесса и спектра эксплуатационной нагрузки. В результате вычислений установлено, что ударное воздействие на колесо грузового вагона со стороны рельсового стыка с дефектами в условиях роста скоростей движения и нагрузок на ось снижает ресурс колеса грузового вагона в два раза по сравнению с назначенным ресурсом колеса.

5. Предложены технические решения, которые обеспечивают снижение ударного воздействия' на колесо грузового вагона путем управления параметрами стыкового соединения рельсов: уменьшением стыкового зазора и утла упругого прогиба рельсового стыка.

6. Уточнена методика расчета силы ударного воздействия на колесо грузового вагона при прохождении модернизированных рельсовых стыков; в результате модернизации рельсовых стыков происходит снижение ударного воздействие на колесо грузового вагона на 20 — 50 %.

7. Предложена методика расчета модернизированного рельсового стыка внахлестку, позволяющая осуществить подбор момента затяжки стыковых болтов, геометрических и механических параметров деталей стыкового соединения с целью обеспечения работоспособности модернизированного рельсового стыка.

8. В результате технико-экономического обоснования внедрения предлагаемых технических решений предполагается ежегодное сокращение затрат на ремонт колесных пар с заменой элементов на 26 % и ежегодное сокращение затрат на ремонт рельсовых стыков на 285 768 р. в расчете на одно структурное подразделение вагонного и путевого хозяйств соответственно. Предполагаемый срок окупаемости инвестиционного проекта - 1 г. 5 мес.

1. Шевченко В.Я. Виброзащита локоматива от случайного ударного воздействия комбинированным подвешиванием с использованием пневматических рессор: Дисс. канд. техн. наук. Омск, 1987. - 164 с.

2. Обобщение передового опыта тяжеловестного движения: вопросы взаимодействия колса и рельса. / Пер. с англ. У. Дж. Харрис, С. М. Захаров, Дж. Ландгрен, X. Турне, В. Эберсен. М.: Интекст. 2002. 408 с.

3. Кудрявцев Н. Н. Исследование динамики необрессоренных масс вагонов, / Труды всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, Вып. 287. М.: "Транспорт", 1965 г.

4. Оптимизация триботехнических характеристик гребней колес подвижного состава В. Н. Богданов, Д. П. Марков, Г. И. Пенькова / Вестник ВНИИЖТ №4, 1998, М.: Интекст с. 3 9.

5. Жаров, И. А. Температуры на пятнах контакта системы "колодка-колесо-рельс" при торможении экипажа / И. А. Жаров // Вестник ВНИИЖТ. -2008. -№3. С. 34-39.

6. Жаров И. А., Воронин И.Н., Курцев С.Б. Приближенный расчет поверхностных температур системы "колодка-колесо-рельс" /Трение и износ. 24 (2003). №2. С. 144-152.

7. Жаров, И. А. Методика расчета приповерхностных температур системы "колодка колесо" в режиме экстренного торможения / И. А. Жаров // Трение и износ. - (24) 2003. - №4. - С. 43 - 48.

8. Моделирование процессов контактирования, изнашивания и накопления повреждений, Трение и износ. -1996. — №1.

9. Жаров, И. А. Расчет температур на пятне контакта колеса с рельсом при юзе и боксовании / И. А. Жаров // Трение и износ. (24) 2003. - №3. - С. 248-259.

10. Обрывалин, А. В. Обеспечение работоспособности цельнокатаных колес повышенной твердости, поступающих в ремонт с термомеханическими повреждениями Текст. : дис. канд. техн. наук : 05.22.07 / А. В. Обрывалин; Омск: ОмГУПС, 2010.- 145 л.

11. Богданов, В. М. Современные проблемы системы "колесо-рельс" Текст. / В. М. Богданов, С. М. Захаров / Железные дороги мира №1, 2004 г.

12. Галиев, И. И. Исследование динамических качеств локомотивов с двухярусным подвешиванием при воздействии импульсной нагрузки Текст.: дис. канд. техн. наук: 05.22.07. 173 л. - Омск, 1971.

13. Николаев, В. А. Синтез системы виброизоляции машиниста локомотива, основанной на принципе компенсации возмущений: Дис. . канд. техн. наук: 05.22.07 / В. А. Николаев. Омск, 1985. 190 с.

14. Шур Е. А. К вопросу об оптимальном«соотношении твердости колес и рельсов. Вестник ВНИИЖТ №3,2006, из-во "Интекст".

15. ГОСТ 10791-2004 Межгосударственный стандарт. Колеса цельнокатанные. Техническиеусловия. Принят 25.05.2004 Изд-во стандартов 17 с.

16. Технические условия налроизводство колес повышенной твердости ТУ 0943-157-01124328-2003, М:: Из-во стандаротов, 2003 г.

17. Совершенствование технологии восстановления колесных пар повышенной твердости. Дисс. канд. техн. наук. Воробьев А. А., Санкт-Петербург, 2005 г. 180 с.

18. Петракова, А. Г. Повышение эксплуатационного ресурса цельнокатанных колес грузовых вагонов путем выбора рационального интервала их твердости Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.22.07. 197 л. -Омск, 2008.

19. Результаты полигонных испытаний локомотивных бандажей повышенной твердости. БрюнчуковГ. И: / Вестник ВНИИЖТ №2, 2007, М.: из-во Интекст с. 23 26.

20. Исследование опытных локомотивных бандажей повышенной твердости. Кушнарев А. В., Брюнчуков Г. И., Марков Д. П., Сухов А. В. / Вестник ВНИИЖТ №2, 2007 М.:, из-во Интекст.

21. Справочник по триботехнике: В 3-х т. Текст. / Под общ. ред. М. Хебды, А. В'. Чичинадзе: Mí: Машиностроение, 1989. - Т.1. Теоретические основы. 400 е.: ил.

22. Шелофаст, В. В. Основы проектирования машин. М.: Изд-во АПМ.472 с.

23. Марков Д. П. Трибология и ее применение на железнодорожном транспорте / Тр. ВНИИЖТ. М.: Интекст, 2007. 408 с.

24. Дувалян С. В. Аналитическое определение напряжений в диске цельнокатаного колеса. «Вестник ЦНИИ МПС», 1960, № 3, с. 36-40.27. «Trans. ASME», 1968, v. 1390, №1, p. 187-196.

25. Йонссон С. Расчет колес железнодорожного подвижного состава на цифровых вычислительных машинах.—«Ежемесячный бюллетень Международной ассоциации ж.-д. конгрессов». 1967, № 5, с. 72-81.

26. Ивенсен Д., Каплан А. Некоторые проблемы взаимодействия колеса и рельса при высокоскоростном движения. — «Ежемесячный бюллетень Международной ассоциации ж.-д. конгрессов», 1970. № 5, с. 42-66.

27. Никольская Э. Н., Гречищев Е. С., Герасимова А. К. Исследование температурного и напряженного состояний; цельнокатаного тепловозного колеса; Труды ВНИТЩ Вып. 34; Коломна; .1970; с. 184-197.

28. Литовченко Е. П. Температурные деформации цельнокатаных колес при торможении; колодочными^ тормозамш — «Вестник ЦНИИ МПС», 1969, № 4, с. 35-40. .

29. Вагоны. Изд. 2-е, перераб. и доп. Иод ред. Л; А. Шадура. М1, «Транспорт», 1973 г., 440 с.

30. Рейдемейстер Т. В! Допускаемые1 нагрузки вагонных колес по условиям? усталостной прочности Текст. Г. В. Рейдемейстер, В; В: Соборницкая, В. К. Стельмах., Вопросы совершенствоания конструкций и технического содержания вагонов, ДИИТ 1991 .

31. Есаулов В: 17. Определение напряженного состояния вагонных колес при помощи МКЭ / Межвуз. сб: науч. трудов ДИИТ: Вопросы совершентсования конструкций и технического содержания вагонов, 1991, 79 стр. .

32. Есаулов В. П., Сладковский А. В. Применение полуаналитического МКЭ к расчету тел вращения под действием неосесимметричной нагрузки / Днепропетровский металлургический интститут. Днепропетровск, 1989, 18 с. Деп. в;УкрНИИНТИ 02Ю1.89, №14г.

33. Алижан А., Влияние динамических процессов в системе "колесо-рельс" на образование на образование волнообразных неровностей на поверхности катания рельсов;/ Автореф; дис. . канд. техн. .наук; М!, ,2010; -24 с.

34. Меланин В. М. Удар колеса о рельс: нагрузки и деформиции // Мира транспорта №3, 2010 М. с. 20 - 25.

35. Шахунянц Г.М. Железнодорожный* путь: Учебник для? вузов ж.-д. трансп. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1969. - 536 с.

36. Ресурсосберегающие технологии восстановления железнодорожной техники; сваркой, наплавкош и напылением: Сб. науч.тр. / Под ред. Лозинского.-М.гИнтекст, 1998:- 271'с.

37. Альбрехт, В. Г. Бесстыковой путь / В- Г. Альбрехт, Н. П. Виноградов; Н; Б; Зверев., и др. / Под ред. В. Г. Альбрехта, А. Я. Когана. М.: Транспорт, 2000. - 408 с.

38. Лысюк, В. С., Сазонов В1Н1, Башкатова, Л: В. Прочный и надежный железнодорожный путь. М1: ИКЦ5"Академкнига", 2003; - 589 е.: ил.

39. Ангелейкр В.И. О влиянии горизонтальных поперекчных сил на напряжения в рельсах. Труды ХИИТа. Вып. 26. М., Трансжелдориздат, 1956.

40. Ангелейко В. И; О влиянии поперечных горизонтальных сил на напряжения в рельсах. Труды ХИИТа. Вып. 26. М.: Трансжелдориздат, 1956 г.

41. Еодыцкийт-Цвирко А.М: Изгибающий; момент в рельсовом ; стыка: Труды ЛИИЖТа, вып. 137 Взаимодействие пути подвижного состава: Трансжелдориздат, М., 1948 г.

42. Гасители колебаний! вагонов / И; Ш Челноков; Б; И*. Вишняков; В. М: Гарбузов и др. М.: Трансжелдориздат, 1963 . -176 с.

43. Кувалдиш И Об? учете влияния: стыков! при« проектировании^ вагонов // Сб. науч т./ Сибирский лесотехн. ин-т. Красноярск, 1948. С6. Y, вып. 3 С. 7-12.

44. Фришман М.А. Как работает путь под поездами. Изд-во "Транспорт"; Mi, 1969;

45. Вериго М.Ф; Вертикальные силы; действующие на» путь при* прохождении подвижного состава. Труды IЩИИ МПС, вып. 97, 155:

46. Бромберг Е.М., Вериго М.Ф., Данилов В:М., Фришман A.M. Взаимодействие пути и подвижного состава. Трансжелдориздат, М.: 1956.

47. Алексеев- МШ*, Вериго- М:Ф; Ершков«0:П!, Крепкогородский; С.С. Оценка, воздействия? на: путь современных; электровозов^ и тепловозов. Трансжелдориздат, М.: 1961.

48. Вериго М.Ф., Крепкогородский С.С. Основные тербования к подвижному составу по воздействию на путь. Труды ЦНИИ МПС, вып. 248, ч. 11, 1962.

49. М.Ф. Вериго, Основные принципиальные: положения! разработки; правил расчета: железнодорожного- пути на прочность, с использованием? ЭАВМ. Труды 1ЩИИ МПС, вып. 347. Изд-во "Транспорт". М.: 1967 г.

50. Челноков И.И. Установление параметров гасителей колебаний грузовых. Дисс.докт.техн.наук., 05.22.07, Л., 1954.

51. Челноков И.И., Вишняков Б .И., Гарбузов В.М., Эстлинг A.A. Гасители колебаний вагонов: Трансжелдориздат, М.: 1963 г.

52. Челноков И.И., Варава В.И., К выбору жесткости рельсового пути. Сб. трудов ЛИИЖТа, вып. 298. Из-во "Транспорт", Л., 1969.

53. Медель В;Б. Взаимодействие электровоза и пути. Трансжелдориздат, М.: 1956.

54. Попов A.A. Теория плоских колебаний вагонов: Трансжелдориздат, М.: 1940.66: Грачева JI.O. Взаимодействие вагонов и железнодорожного пути. Труды ЦНИИ мПС, вып 355, Изд-во "Транспорт", М.: 1968.

55. Волошко Ю.Д. Исследование свободных колебаний колеса ирельса при переменной жесткости пути. Труды ДИИТа, вып. 57. Изд-во "Транспорт", М.: 1965.

56. Railway Gazette. 1969. - т. 125. - № 16. - С.616-619.

57. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Об устрйчивости движения колеса по рельсу // Вестник ВНИИЖТ, 1965, №4. с.3-8.

58. Годыцкий-Цвирко A.M. Взаимодействие пути подвижного состава. М.: Гострансиздат, 1931. - 215 с.

59. Коган А.Я., Пейч Ю.Л. Расчет нестационарного напряженно-деформированного состояния рельсового стыка, Ml: Вестник ВНИИЖТ, 2002, №2.

60. Коган А.Я:, Никитин Д.А., Полещук И.В., Колебания пути при высоких скоростях движения экипажей и ударном взаимодействии колеса и рельса. М.: Интекст, 2007. - 168 с.77. http://www.css-rzd:ru/vestnik-vniizlit/v2002-2/v2- ll.htm.

61. Коган А. Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. Mí: Транспорт, 1997. 326 с.

62. Кривоногов, В.Г. Статическое и динамическое нагружение железнодорожных колес с прямым диском ГОСТ 9036-88 Текст. / В. Г. Кривоногов, В. Ю. Влазнев, С. В. Потапов Вестник ВНИИЖТ.

63. Козырев^ А. И. Динамические процессы в системе колесо-рельс тележечных экипажей:/ Хабаровск А. И. Козырев, А. Алижан // "Подвижной состав XXI века": Материалы Международной науч.-практ. конф., ДвГУПС, Хабаровск, 13-14 ноября 2008 г. Вып. 5, С. 145-146.

64. Вериго, М. Ф. Динамика вагонов/Конпект лекций; М.: 1971 175 с;

65. Иванов П. С. Анализ дефектов рельсов Текст. / Железнодорожный транспорт № 10,2010 г. с. 58 60 .

66. Кривоногов; В: Г. Численное моделирование процесса квазистатического нагружения электроизолирующего рельсового стыка с полимерными накладками. / В. Г. Кривоногов, С. А. Анатаносов / Вестник ВНИИЖТ, М.: №7,2000. С. 20-24.

67. Katuoka, H Динамический анализ напряжений и оценка срока службы рельсов звеньевого пути / Н. Katuoka Железные дороги мира №10 2007.

68. Тимошенко, С. П. Теория упругости. / С. П. Тимошенко, Дж. Гудьер / М.: Наука, 1979. 560 с.

69. Przemieniecki, J. S. Theory of Matrix Structural Analisis. New York: Mc. Graw-Hill. 1968.

70. Лебедев, А. В. Экспериментальное определение сопротивления промежуточных скреплений повороту рельсов относительно шпал / А. В. Лебедев / М.: Вестник ВНИИЖТ. 2006. №6. С. 42 45.

71. Klotzinger, Erwin Der Oberbauschotter Teil 1: Anforderungen und Beanspruchung / Erwin Klotzinger / Eisenbahntechnische rundschau № 1+2. 2008.

72. Крылов А. H. О некоторых дифференциальных уравнениях матеаматической физики. М.-Л., 1950. - 286 с.

73. Шмит К. М. Влияние массы пути на деформацию его при ударе колеса с неподрессоренным грузом. Сб. НИИ пути и путевого хозяйства. М.: Трансжелдориздат, 1941. С. 87 109.

74. Вериго М. Ф. Метод определения массы пути и сил трения в его основании, взаимодействующих с движущемся по рельсу колесом. Техника ж. д., 1951, №6. С. 17-18.

75. Гасанов А. И. О приведенной массе пути. Вестник ВНИИЖТ, 1968, №6, с. 52 - 53.

76. Алямовский, A. A. SolidWorks/COSMOS Works 2006-2007. Инженерный анализ методом конечных элементов Текст. / А. А. Алямовский. М.: ДМК, 2007. - 784 е., ил.

77. Постнов В.А., Хархурим И.Я., Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. Л.:, Судостроение, 1974.

78. Энциклопедия, Машиностроение. / Ред. совет: К. В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. Динамика и прочность машин. Теория механизмов и машин. Т. 1-3. В 2-х кн. Кн. 1 / К. С. Колесников, Д. А. Александров; В. К. Асташев и др.

79. Зенкевич Дж. Метод конечных элементов в технике М.: Мир, 1975.- 541 с.

80. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. Текст. / Р. Галлагер. М.: Мир, 1984. - 428 е.: ил.

81. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов. Справочник / Под ред.В.И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989. 520 с.

82. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANS YS в руках инженера. Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2004. 272 с.

83. Алямовский, A. A Solid Works 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике Текст. / A.A. Алямовский, А. А. Собачкин, Е. В. Одинцов, А. И. Харитонович, Б. Н. Пономарев СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 1040 е., ил.

84. Радченко Н. А., Криволинейное движение рельсовых транспортных средств. Киев: Нукова думка, 1988. С.15.

85. Лазарян В. А-., Радченко» Н. Н., Зинченко В. И. О станционарных режимах и устойчивости движениярельсовых экипажей в кпуговых кривых // Тр. ДИИТа. 1976. Вып. 182/22. С. 3-Г4.

86. Соколов Mi М:, Хусидов В! Д;, Минкин Ю. Г., Динамическая нагруженность вагона. М.: Транспорт, 1981, 207 с.

87. Нехаев В: А. Оптимизация1 режимов« ведения поезда, с учетом критериев безопасности движения*(методы.и алгоритмы). Дисс. докт. техн. наук. Омск, Омский гос. ун-т путей сообщения*, 2000. 353 с.

88. ГОСТ 9036-88 Колеса цельнокатанные. Конструкция и размеры. Текст. Введ. 1980-12-21. - Mi Изд-во стандартов, 1988. - 11 с.

89. ГОСТ 10791-2004 Колеса цельнокатанные. Технические условия. Текст. Введ. 2005-07-01. - М. Изд-во стандартов, 2004. - 37 с.

90. ГОСТ Р 51685-2000 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. Текст. Введ. 2001-07-01 . - М. Изд-во стандартов, 2000. - 26 с.

91. Стрек, Я. М. Технология формирования многоуровневого микрорельефа поверхностей и исследование их триботехнических свойств. Дисс. канд. техн. наук., Омск. Омский гос. техн. ун-т. 2006. 160 с.

92. Болотин, В. В. Статистические методы в строительной механике. М. Госстройиздат, 1965.

93. Болотин, В. В Элементы теории усталости. В справочнике "Прочность, устойчивость, колебания". Т. 1, М. "Машиностроение", 1968.

94. Инженерные методы исследования ударных процессов, Батуев Г. С., Голубков Ю. В., Ефремов А. К., Федосов А. А. / "Машиностроение", 1969, 251 с.

95. Когаев, В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1993. 364 с.

96. Большегрузные восьмиосные вагоны. Под ред. Л. А. Шадура, М., "Транспорт", 1968, стр. 201 -204.

97. Пат. 76025 Российская Федерация, МПК Е01В 11/32. Стыковое соединение рельсов Текст. / А. В.Бородин, В. В. Иванов; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. — № 2008114943/22; заявл. 16.04.2008; опубл. 10.09.2008. Бюл. № 25.

98. Пат. 78807 Российская Федерация, МПК Е01В 11/32. Стыковое соединение рельсов с «Т»-образной вставкой Текст. / А. В.Бородин, В: В. Иванов; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. — № 2008120943/22; заявл. 26.05.2008.

99. Пат. 77874 Российская Федерация, МПК Е01В 11/32. Стыковое соединение рельсов внахлестку Текст. / А. В.Бородин, В. В. Иванов, Е. В. Глушкова; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2008127817/22; заявл. 08.07.2008.

100. Зенкевич, Дж. Метод конечных элементов в технике Текст. / Дж. Зенкевич. М.: Мир, 1975. - 541 е.: ил.

101. Дударева, Н. Ю. Самоучитель SolidWorks 2008 Текст. / Н. Ю. Дударева, С. А. Загайко. СПб.: БХВ - Петербург, 2008. - 384 е.: ил. + CD-. ROM.

102. Алямовский, A.A Solid Works. Компьютерное моделирование в инженерной практике Текст. / A.A. Алямовский, А. А. Собачкин, Е. В. Одинцов.- СПб. :БХВ-Петербург, 2006. 800 е., ил.

103. Механические свойства сталей и сплавом при пластическом деформировании. Карманный справочник. А. В. Третьяков, Г. К. Трофимов, М. К. Гурьянова/М.: Машиностроение, 1971 г. 65 с. ил.

104. Марочник сталей и сплавов. Справочник. М. М. Шишков, Издание 3-е дополненное, Донецк, Юго-восток, 2002 г. 456 с. ил.123: Моделирование прочности судовых конструкций. JL: Изд-во "Судосторение". 1969.221 с. ил.

105. Петинов, С. В. Экспериментальные методы сопротивления материалов. Учебное пособие. Д.: Изд-во ЛЕИ. 1984. 48 с. ил.

106. Локшин, А. 3. Введение в нелиненую теорию упругости. Конспект лекций. Л.: ЛКИ. 1977. 54 с.

107. Тимошенко, С. П. Теория упругости. Текст. / Изд-во Главная редакция технико-теоретической литературы. Л.: 1937. 453 с.

108. Методические рекомендации по оценке инвестиционных проектов. Утв. Министерством экономики РФ, Министерством финансов , РФ, Гос. комитетом РФ по строит., архитектурн. и жилищной политике. №ВК-477 от 21.06.1999 г.

109. Справочник нормировщика машиностроителя. В 4-х т. Т. 4 / Под ред. Е. И. Стружестраха. Т. 2. - М.: Машгиз, 1961. - 892 е., ил.

110. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 е., ил.

111. Оглоблин, А. И. Справочник фрезеровщика / А. И. Оглоблин. — М.-Л.: Машгиз, 1962. 448 е., ил.

112. Пикус, М. Ю. Справочник фрезеровщика / М. Ю. Пикус, И. М. Пикус. Минск: Вышейш. школа, 1975. — 304 е., ил.