автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Улучшение фрикционных характеристик демпферов подвижного состава

$ * - т 93:

РОСТОВСКИЙ -НА-ДОНУ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи УДК 621.839:621.891:621.1И.6

ШАБАНОВ Алексей Викторович

УЛУЧШЕНИЕ ФРИКЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕМПФЕРОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

05.02.04 - Трвниа и износ в машинах

А в ! о р в $ в 'р а I

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 1991 -

Работа выполнена в Ростовском-нЯ-Дону ордена Трудового Краевого Знамени институте инженеров келезнодорокного транспорта* •

Научны^ руководитель - доктор технцчесгах наук, про- . фероор Шаповалов В.В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Авдеев Д,Т.

- кандидат технических наук Кохановский В.А.

Ведущее предприятие - ЦовочеркасскиЙ Всрсовзный научно-исследовательский, проектно-корстру^тррск^й до технологический институт электровозостроения (ВЭлНИЙ).

Защита состригся^^АО^РЯ 1991 г» в 10.00 часов »а заседании рпедрлиэироващфгр совета Д.063.27*03 в Ростовском-на-Дону ордена Трудового Красного знамени институте сельскохозяйственного машиностроения: 3^4708, г.Ростов-на-Дону> ГСП-8, пл.Гагарина, I. РИСХ11, ауд. 252.

С диссертацией ыонно ознакомиться в библиотеке Ростовского-на-Дону ордена Трудового. Красного Знчмбнц института сельскохозяйственного машиностроения.

Отзыв ? 2-х экз. заверенный печатью, просим выслать р специализированный совет по указанному рресу.

Автореферат разорлан "М» октября 1991 года.

Ученый секретарь специализнррванногр ровета, ДИ j ¡ ¡yC'*

к.т.н.', доцент /t^V " В.С.ДМИТРИЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

-".-';' т Актуальность. В постановлениях Кабинета Министров СССР последнего времени неоднократно отмечалась задача повышения провозкой способности железных дорог, что в условиях бурного роста скоростей движения поездов неразрывно связано с созданием принципиально новых рельсовых экипажей с хорошими динамическими характеристиками, обеспечивающих'как безопасность движения поездов и высокую плавность хода, так и оптимальное силовое воздействие на все элементы пути.

На динамические качества локомотивов и вагонов существенное влияние оказывают характеристики используемых в рессорном подвешивании демпферов. Анализ работы на подвижном составе серийных фрикционных и гидравлических демпферов показывает, что они не удовлетворяют требованиям по параметрам надежности работы, стабильности характеристик в различных климатических условиях, эффективности функционирования в условиях широкого диапазона случайных динамических воздействий. Б связи с этим наиболее актуальной задачей в настоящее время яваяа*ся создание принципиально нового класса управляемых фракционных демпферов, отвечающих современным требованиям, предъявляемым к надежности работы и эффективности демпфирования подвижного состава. „.

Важнейшее значение в процессе эксплуатация фрикционных демпферов имеет стабильность коэффициента трения. Изменение значения коэффициента трения при изменении нагрузки и скорости снижает надежность работы узла трения. Поэтому при разработке новой конструкции управляемого фрикционного Демпфера необходимо обеспечивать высокую стабильность коэффициента трения, как параметра в значительной степени определяющего динамику движущейся машины.

Для обеспечения оптимального износа фрикционной пары трения и стабильного значения коэффициента трения исследуемой фрикционной механической системы (ФМС) необходим учет взаимной связи динамических процессов, протекающих на фрикционном контакте и в механической системе. Так как ФМС являются нелинейными и имеют переменную структуру, исследование и их оптимизация традиционными методами является сложной, а в некоторых случаях практически не-решаемой задачей. Наиболее перспективным в этом случае является применение модельного эксперимента.

Цель работ. Повышение уровня демпфирования ходовой част подвижного состава путей улучшения фрикционных характеристик демпферов.

Научная новизна. На базе положений теории подобия и моделирования динамики фрикционных механических систем, отдельные части которых совершают плооко-колебательные движения в поле сил тяготения, теории оптимизации и идентификации нелинейных систем разработан расчетно-экспериментальный метод оптимизации ФМС управляемых демпферов. При разработке этого метода были поставлены и решены следующие задачи:

а) разработана методика комплексного физического моделирования, учитывающая взаимосвязь динамики процессов, протекающих на фрикционном контакте и в механической системе управляемого фрикционного демпфера;

б) на основе методов идентификация упругих связей и сил трения и использования комплексного физического моделирования разработан метод определения оптимальных параметров механической системы и трибоспектральных характеристик с учетом взаимосвязи параметров механической системы с динамическими процессами, протекающий на фрикционной контакте (положительное решение Госком-изобретений СССР о выдаче а.с. по заявке )й 4756801)4

в) разработана методика построения физических полелей ФЙС, обеспечивающая реальное расположение осей колебаний масс системы в координатном пространстве и сил фрикционного взаимодействия;

г) экспериментально оценено влияние демпфирующего воздействия электромагнитного поля на величину й стабильность коэффициента трения;

д) проведен анализ и выявлены закономерности формирования собственных трибоспектральных и триботехнических параметров фрикционной пары трения о учетом процессов объемного передеформирования контактирующих микронеровностей;

е) установлено, что при моделировании динамики ФМС необходимость обеспечения равенства удельных нагрузок, материалов пары трения натуры и модели, а также учета проведения испытаний в обычных земных условиях приводит к противоречию выбора кднетамы подобия массы. Для разрешения данного противоречия разработало методика приведения ФМС, совершающей вертикальные колебания к ФМС,'.совершающей крутильные колебания, основанная на рзззнмткз потенциальной и кинетической энергия системы до* и после прииедз-

ния;

ж) для осуществления метода трибоспектральной оптимизации ФМС. разработана установка "УСТХ", позволяющая получить собственные триботехнические и трибоспектральные характеристики пары трения и механической системы управляемого демпфера, путем исключения влияния механической системы привода установки на выходные параметры (положительное решение Госкомизобретений СССР о выдаче а.с. по заявке № 4814928),

Практическая ценность. На основании проведенных исследований создана инженерная методика исследования и оптимизации фрикционных механических систем, позволяющая значительно сократить срок от выполнения проектных работ и доводочных испытаний до внедрения в эксплуатацию высокоэффективных конструкций управляемых фрикционных демпферов и других механических систем с узлами трения.

Создан принципиально новый класс управляемых фрикционных демпферов (а.с, СССР (6 , положительное решение Госком-

изобретений СССР о выдаче а.с. по заявке № 4816130), отличающийся от существующих серийных демпферов наличием оптимальной функциональной зависимости демпфирующего усилия о?^параметров вертикальной и горизонтальной динамики подвижного состава, а также стабильностью характеристик в любых климатических условиях. Введение в буксовую ступень электровозов ВЛ-80К. управляемых фрикционных демпферов позволяет повысить надежность элементов трансмиссии в 1,86 раза путем снижения'коэффициента о ЛЬ^ = 1,82 до = 1,48.

Реализация работы1.''Разработанная ".Методика прогнозирования и диагностики технического состояния фрикционных систем на базе методов физического подобия и моделирования" внедрена на Тихорецком заводе тяжелых путевых машин им. В.В.Воровского и Специализированном конструкторском бюро ЦКБпутьмаш. Долевое участив РИИЖТав народнохозяйственном эффекте от внедрения методики 119,6 тыс.рублей.

Разработанная конструкция управляемого фрикционного демпфера одностороннего действия для буксовой ступени электровоза ВЛ-80 К с пружинным подвешиванием принята к внедрению Новочеркасскии Всесоюзным научно-исследовательским институтом электровозои'рое-ния. Долевое участие РИИЖТа от внедрения данной конструкции 48,5 тыс.рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на следующих научно-технических конференциях: Всесоюзная научно-техническая конференция "Обеспечение надежности узлов трения машин", Ворошиловград, 1988 г.; Выездная сессия межведомственного научного совета по трибологии при АН СССР, ГКНТ СССР и Союзе НИО СССР "Повышение износостойкости транспортных и сельскохозяйственных машин", Ростов-на-Дону, 1988 г.; Всесоюзный научно-технический семинар "Методы исследования и обеспечения надежности сложных технических систем", Ростов-на-Дону, 1989 г.; 1-я Региональная научно-техническая конференция "Повышение надежности и долговечности узлов трения в строительстве транспорта и путевых машин", Таганрог, 1989 г.; 3-я Всесоюзная научно-техническая конференция "Проблемы развития локо-мотивостроения", Луганск, 1990 г.; научно-техническая конференция "Структурная самоорганизация и оптимизация триботехнических характеристик конструкционных и инструментальных материалов", Киев, 1990 г.; научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава РИИЖТа (Ростов-на-Дону, 1988,.1989, .1990, 1991 г.г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 10 работ, получено I авторское свидетельство и три положительных решения на выдачу авторского свидетельства. Список указанных работ приведен в конце автореферата.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка использованных источников, включающего 122 работы отечественных и зарубежных авторов, изложена на 226 страницах, иллюстрирована 48 рисунками, содержит 8 таблиц и приложения на 27 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении показана актуальность темы, изложена цель, основные' положения работы, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору выполненных работ по проблемам создания и совершенствования демпферов подвижного состава. Приводится классификация, анализ характеристик, надежности работы и технические требования к демпферам подвижного состава. Указаны их ооновные недостатки, приводящие к ухудшению динамически;: ;<л~ рактеристик локомотивов и вагонов.

Отмечено, что наиболее перспективным является создание управ-

лкеиого фрикционного демпфера, позволяющего использовать влектро-

гнтаное управление фрикционного контакта для получения оптимального демпфирующего усилия от параметров вертикальной и горизонтальной динамики.

Динамика пар трения при относительном скольжении представляет сложную и малоизученную область науки о трении и изнашивании. Исследования частотного диапазона колебаний составляющих сил контактного взаимодейсгил показывает на совпадение его с частотным диапазоном собственных колобаний реальных механических систем, что увеличивает возможность их резонанса на высокочастотном энергетическом уровне. Рассмотрены современные представления и результаты исследований динамики процесоа трения и изнашивания, разработанные отечественными учеными В.А.Белым, ВЛ.Вейцем, Н.Л.Голего, Ю.А.Евдокимовым, В.В.Запорожцем, В.Л.Эаковоротным, В.А.Куликовым, А.В.Чичинадзе, В.В.Шаповаловым, а также зарубежными учеными Ароновым, Брокли, Д'Суза, Калпакяном, Ко, Шариф и др.

Сделан вывод, что помимо разработки новой конструкции управляемого фрикционного демпфера, необходимы дополнительные исследования динамики формирования сил трения при электромагнитном нагружвнии и оценки влияния на нее параметровмеханической системы.

Регистрация и анализ спектрального состава колебательных процессов силы трения и нормального давления могу® использоваться не только для получения дополнительной информации о природе процессов трения, но и для практических целей при проектировании, модельном эксперименте и оптимизации ФМС. В разделе представлен аналитический обзор существующих методов оптимизации при решении геотехнических задач.

В связи с вышеизложенным в настоящей работе поставлены основные задачи;

1. Учитывая взаимовлияние динамических процессов, протекающих на фрикционном контакте и в механической системе, разработать способ оптимизации ФМС, основанный на метода комплексного физи -ческого моделирования, при обеспечении идентичности динамических характеристик механической системы и фрикционного контакта в натуре и модели.

2. Для решения задач оптимизации ФМС разработать исследовательскую установку, позволяющую получать собственные триботехни-ческие и трибоспектральние характеристики пары трения реальной

- б -

ФМС путем исключения влияния механической части привода установки на выходные параметры.

3. Разработать перспективную конструкцию управляемого фрикционного демпфера одностороннего'действия, имеющего силу сопротивления, зависящую от параметров вертикальной и горизонтальной динамики подвижного состава.

Определить собственные триботехнические и трибоспек^раль-ные характеристики пар трения и влияния на них параметров механической системы управляемого фрикционного демпфера.

5. Разработать методы стабилизации коэффициента трения электромагнитной пары сцепления для повышения эффективности работы управляемого фрикционного демпфера с эффектом самоусиления.

Во второй главе представлен разработанный теоретико-экспериментальный мотод построения динамичзских моделей транспортных трибосистем, совершающих возвратно-поступательные движения в поле сил тяготения, и их оптимизации, включающий последующее решение следующих вопросов:

1. Корректное построение физической модели реальной ФМС требует определения расположения осей колебаний масс системы в координатном пространстве и реального расположения составляющих сил фрикционного взаимодействия, а также учета угловых коэффициентов между вышеназванными составляющими.

Если к массе приложена сила трения заданная своими угловыми коэффициентами СО$С(/г^ \ СОБСХ/г-хг 5 =

• ИНД0КСЫ обозначают направление осей, между которыми рассматривается угол, то ориентация оси ^ в пространстве X/, /X? I задается коэффициентами/72/^ ; Л?/}^ ; '

2. Для исследования существенно нелинейных процессов трения создана методика комплексного физического моделирования, включающая механические, тепловые, нелинейные свойства материаловсреды, а также инерционные, жесткостные и демпфирующие, параметры механической системы, приведенной к узлу трения. На основе метода анализа размерностей о ограничениями моделируются процессы трения, при этом для учета влияния механической системы её приведенная жесткость вводитоя в число базисных параметров, а врой;; ч давление в краевые условия.

3. При использовании традиционных методов моделиро^ь"»: .":>.-■■"-• кики ФМС, отдельные части которых совершают ююско-колебад.

с с*с г

'С,

-т'^-е

>3

'Тчкения з поло сил тяготения возникает ряд противоречий. Необходимость осшспечьния равенства удельных нагрузок (Сф = I), материалов {Су = I) пары трения натуры и модели, а также учета проведения'испытаний в реальных земных условиях {Со = I) приводит к противоречию выбора константы подобия м^ссы Ъ/и :

Так как С^ = Ср/С^ , то Ср*С^

& "¿/»/¿У . 10 Ср"Сс Се у

С^УСс/Сп * / ,*оСе*С77 7 J

С^Ст/С'е-1 , то С^-СуС/ — Ст'Се3 С9=1,Ср=СтС9, СР-Суп,ноСр*Се— С„'С/

Для разрешения данного' противоречия разработана методика приведения механической системы, совершающей плоско-колебательные движения к механической системе, совершающей крутильно-коле-бательные движения, исключая при этом массу как меру инертности. Ускорение свободного падения становится но определяющим фактором и его можно не учитывать и не вводить в число моделируемых параметров. Данная методика основана на равенства потенциальной и кинетической энергии системы до и после приведения.

Для проведения модельного эксперимента, на основании изложенных методик, была разработана и изготовлена установка "УСТХ" (положительное решение Госкомизобретений СССР о выдача а.с. по заявке № 4814928).

На основании экспериментальных данных, учитывая эффективную ширину плотности спектра сил фрикционного взаимодействия, а также угловые коэффициенты'/Яр^ ; может быть построена /7 -массная модель исследуемой 'ФМС. Для идентифицированных таким образом моделей, на базе метода трибоспектральной идентификации разработан метод оптимизации ФМС (положительное решение Госкомизобретений СССР о выдаче а.с. по заявке № 4756801).

В третьей главе приведено описание разработанной конструкции управляемого фрикционного демпфера (а.с, СССР № сис-

тема его управления (положительное решение Госкомизобретений СССР о выдаче а.с. по заявке № 4814928), расчет силовых соотношений механизма включения с встроенным усилительным звеном'(рис.1).

Работа осуществляется следующим образом. При возникновении колебаний подрессоренной массы (корпуса I) относительно неподрео-соренной массы (штока 2) на обмотку электромагнита 13 подается

Рис.1. Управляемый фрикционный демпфер

начальное напряжение, ведущая пластина 12 притягивается к штоку 2 и начинает вместе о ним двигаться, сжимая пружину 17. В процесое движения ведущей пластины она взаимодействует наклонными поверхностями 'через тела ::ачения с ответными наклонными поверхностями ведомой пластины II, в результате чего возникает нормальное давление, заставляющее сжиматься пружины 15, которые совместно о пружиной 17 обеспечивают силу сопротивления демпфера согласно заданным характеристикам подобранных' пружин 15 и 17. Ускорения колебаний неподрессоренной части подвижного состава фиксируютоя акселирометром, интегрируются в интеграторе, построенного на базе; стандартного решающего усилителя и усиленные подаются на обмотку электромагнита, в результате чего меняются напряжение на обмьтке пропорционально скорости колебаний и сила нормального давления.

Конструкция управляемого фрикционного демпфера имеет встроен-ное^ звено.» Коэффициент усиления определяется соотношением

ж /тч

где ^ - коэффициент трения электромагнитн'"й пары сцепления; •

-*- коэффициент трения тела качения по нагружающей дорожке;

утю л наклона нагружающей дорожки.

Из формулы1 СБ) видно, что коэффициент усиления находится в прямой зависимом1 от величины и стабильности коэффициента трения электром&йШйЬго* сцепления механизма включения демпфера.

Для выбрайНЬРо диапазона давлений = 0,10...1,2 МПа) и скоростей скольжения ( Ус/с = 0,05...0,85 м/с) проведены сравнительные исследования величины и стабильности коэффициента трения при механическом.и электромагнитном нагружении. Результаты исследований убедительно доказывают демпфирующее воздействие магнитного поля, определяющее как повышенную стабильность, так и величину коэффициента трения при электромагнитном нагружении. Математическая обработка получанных результатов позволила для выбранного диапазона скоростей скольжения получить расчетную зависимость

4 0+0,46Ус«),

Л 10 1ет

ЗЛ • "зл ~ сила электромагнитного нагружения соответственно в динамике и в статике.

В четвертой главе реализован расчетно-*эксперименталышй метод оптимизации ФМС. Согласно разработанной методике после получения структурной схемы механической системы,, приведенной к зоне трения, расчета зон устойчивого равновесия м фрикционных автоколебаний, строится корректная физическая модель. На первом этапе метода оптимизации ФМС были определены собственные триботехни -ческие и трибоспектральные характеристики шары прения на уста -. новке, позволяющей исключить влияние механической части привода на выходные параметры.

Понятие о собственных трибоспектралышх и триботехнических характеристиках, базируется на современных представлениях, определяющих регистрируемый спектр собственных колебаний при трении, как деформацию микровыступов шероховатостей контактирующих поверхностей, зависящую от их геометрических размеров, физико-механических и.реологических свойств поверхностных слоев. Изменение параметров трения ведет к изменению количества одновременно контактирующих ыикровыступов. Пятна контакта постоянно перераспределяются по поверхности, при этом в процессе нарастания пути трения вступают в контакт новые выступы до тазе пор, пока не установится какая-то постоянная шероховатость, характерная для данных режимов трения. Пр^ этом определенная беспорядочность микроимпульсов приобретает устойчивый характер и поддерживает незатухающие квазипериодические колебания с относительно устойчивым спектром.

В процессе исследования в варьируемом нагрузочном диапазоне давлений и скоростей скольжения был реддизова!! случайно-стационарный режим трения. График спектральной плотности виброускорения, в атот момент, имеет четко выраженный максимум, характеристики которого (характерная частота и величина амплитуды) выбраны в качестве параметров трибоспектра наиболее коррелируемых о три-ботехническиыи характеристиками. В реализованном нагрузочном диапазоне Р1/ выявлены два основных вида изнашивания: усталостное и абразивное. Между идентифицированными спектральным? характеристиками отмеченные видов изнашивания существует значительная разницу, что облегчает их распознание.

Для любой пары трения (при условии их совместимости) существует оптимальное сочетание нагрузочных параметров, определяющих

опзимальноэ сочетание триботехнических характеристик (интенсив-чгать изнашиваний, стабильность и величина коэффициента трения, шероховатость и вид изнашивания), при этом трибоспектральныв характеристики» соответствующие данному состоянию фрикционного контакта, можно определить как оптимальные. Для реализации методам'оптимизации ФМС проведены.исследования по оценке влияния (динамических параметров механической системы на состояние триботехнических и трибоспектральных характеристик пары трения. Пред-'отэвленные на рис.2 результаты убедительно доказывают, что при уменьшении жесткости ФМС в исследуемом нагрузочном диапазоне шачинает проходить не только режим стационарного (график I, соответствующий определению собственных триботехнических характеристик), но и режимы нелинейного и переходного трения (график 4), при этом происходит сужение диапазона давлений, при ко.торых реализуется фежим стационарного трения.

Для сходственных режимов трения уменьшение жесткости ФМС способствует росту коэффициента трения, однако практически пропорционально возрастает значение пик-фактора, что указывает на падение стабильности коэффициента трения. При уменьшении жесткости от С1 до (см.рис.2) величина характерной частоты для сходственных режимов трения остается практически величиной постоянной, что позволяет сравнением амплитудного значения спектральных плотностей виброускорения идентифицировать режим трения и уровень его стабильности.

Окончательная оптимизация ФМС производится настройкой жест-костных параметров механической-системы из диапазона динамических параметров, обеспечивающих устойчивое равновесие системы до резонанса одной из составляющих собственных колебаний механической системы с характерной частотой спектра контактного взаимодействия, которая выбирается соответствующей максимальной износостойкости и стабильности коэффициента трения. На рис.3 представлены соответственно трибоспектральная характеристика (зависимость спектральной плотности виброускорения оу от характерной частоты и) ) и триботехническая характеристика (зависимость интенсивности изнашивания / , стабильности V и величины ^¡р коэффициента трения от контактного давления р ) ФМС до настройки по характерной частоте спектра, соотвегствующей максимальной износостойкости и стабильности коэффициент трения, и после настройки яэ ьдсл/п - ИБО Гц.

Рио.2. Зависимость силы трения, от нормального давления при электромагнитном; нагрукении' для различных значений параметра леоткосги механической системы: I -Со «0; г - С( = 662 Н'М/рад; 3 - Сц = ЗУ1 н.м/рад; * - С3 = 120 Н'М/рад

0,024

от ощ 0,012 0,008 от

1 «о á /1

1

1

J j

L

iu&nm2 3 4 5 6иГ*Ю*,Гц

Г 2,0

15

1.0

fmp

0,5 ■ 0,2 0}

fnp -4 Д

Û—

I _

—Û-

V

1-ю

5 2 У

-3

0,2 0¿ 0,6 0,8 р,МПа

Рис.3. Трибоспзкгральная оптимизация фрячсцяонной

шзхчййческой систэма:—С--до одздаязации;

--после оптимизации

В пятой глаче да г» пуакгкчеокая реализации результатов ис-сдодоианий. Проверку рсюояоопооабносги управляемого фрикционного демпфера ооущеотьлецд на эксцентриковом стспде ВЭлНИй (г.Новочеркасск по снимаемой рабочей диаграмме. Результаты стендовых испытаний показали преимущества разработанного управляемого фрикционного демпфера перед серийными фрикционными демпферами. Управляемый фрикционный демпфер имеет функциональную зависимость демпфирующего усилия от скорости перемещения штока (её амплитудной составляющей), повышенную стабильность силы трения (разброс демпфирующего усилия в пределах 32...50 Н при среднем квадратичном отклонении сР = 15...25 Н. Односторонность процесса демпфирования обеспечивает отсутствие дополнительных динамических нагрузок на подвижной состав по ходу нагружения ресоорного комплекта. Возможность фрикционного контакта в управляемом демпфере находиться в разгруженном состоянии устраняет возникновение -на нем релаксационных явлений.

Споооб оценки эффективности демпфера по рабочей диаграмме весьма удобен в производственных условиях, однако является приближенным, так как зависимость силы сопротивления демпфера от скорости перемещения штока не всегда бывает чисто, линейной. Точное определение работоспособности демпфера может быть произведено лишь по его характеристике, т.е. кривой зависимости усилия демпфера Р от скорооти перемещения шюка V . Данная характеристика для управляемого фрикционного демпфера" получена в локомотивном депо Ростов (рис.4). Анализ результатов стендовых испытаний показал, что управляемый фрикционный демпфер имеет также ' преимущество и перед гидравлическими демпферами за счет более плавной силовой характеристики.

Для проведения эксплуатационных испытаний одна из тележек электровоза ВЛ80К № 017 была оборудована двумя конструкциями управляемых фрикционных демпферов. Электровоз эксплуатировался на участке Батайск-Лихая. Оценка регистрируемых параметров осуществлялась по анализу осциллограммы записи амплитуд колебаний. Анализ осциллограммы записи амплитуд колебаний до введения демпфера и после его установки показал значительное улучшение динамических характеристик электровоза за счет снижения коэффициента динамичности соответственно о А^ = 1,82 до Аф* = 1,48.

55 и.

0,1 0.2 0.3 0,4 05 0.6 0.7 0.8 л*/с 1,0

1Г—-

Рис.Кривые силовых характеристик демпферов подвижного состава: I - фрикционного серийного; 2 - гидравлического; 3 - управляемого фрикционного

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ'

1. В результате проведенных исследований доказано, что частотный состав переменных составляющих сил фрикционного взаимодействия реальных пар трения управляемого фрикционного демпфера охватывает основные частоты собственных колебаний его механической системы. Поэтому при исследовании, расчете и оптимизации ФМС демпферов подвижного состава следует учитывать взаимовлияние динамических процессов, протекающих на фрикционном контакте и в механической системе.

2. При исследовании динамически нагругкикнх фрикционных демпферов в лабораторных условиях теоретически обоснована .необходимость посгч>еш;я Физической «одели л пространства на основе оного моделирозанвя йа^пхуч »:з;шеской сисга-

т и входящего в нее фрикционного контакта.

3. На базе разработанной методики комшгакешкг, моделирования спроектирована и изготовлена аксперямошгшшшя установка, позволяющая производить корректный анализ и синтез ФМС путем исключения влияния механической чаоти её привода, на выходные параметры (положительное решение Гоококизобретений СССР от 10.04,1991 г. о выдаче а.с. по заявке К» 4814928/28).

4. Установлено, что при моделировании динамики ФМС необходимое» обеспечения равенства удельных нагрузок, материалов пары ¿рения натуры и модели, а также учета проведения испытаний в обычных земных условиях приводит к противоречию выбора константы подобия массы. Для разрешения данного противоречия разработана методика приведения ФМС, совершающей вертикальные колебания

в ФМС, совершающей крутильные колебания, основанная на равенстве потенциальной и кинетической энергии системы до и после приведения.

5. Разработан способ определения оптиыальных параметров узла трения механической системы (положительное решение Госкомизобре-тений от 17.09.1990 г. о выдаче а.о. по заявке № 4756801/28), основанный на исследовании отдельно локального фрикционного контакта и исходной механичеокой системы, построения физической подели ФМС и комплексного её .исследования, корректировки полученных оптимальных параметров ФМС.

6. Анализ полученных результатов исследуемых пар трения по, с&бсти&мия тршЗодехничесшш и трибоопектралышм характеристикам подтвердил высокую «нфо$*заивносгь трибослектральншс. трактерис-тик (амплитуды и частоты спектральной плотности виброускорения), а также параметров, описывающих устойчивость системы и динамику формирования объемно-напряженного слоя контактирующих поверхностей трения (топографическая оценка поверхности, вид и интенсивность изнашивания).

7. Определено влияние электромагнитного поля на величину и стабильность коэффициента трения, установлена их зависимость от параметров механической системы. Анализ зависимости позволил определить диапазон жесткостных характеристик, обеспечивающих оптимальное значение величины и стабильности коэффициента трения и нахождение системы в зоне устойчивого равновесия в раСб^еи дняпа-зоне давлений и скоростей скольжения, характерном для разравоген-ной конструкции управляемого фрикционного демпфера (а.с.&

положительное решение Госкомизобрехений СССР от 21.03.1991 г. о выдаче а.с. по заявке № '4816130/28).

8. Предложенная методика исследования и оптимизации Фрикцч^ онных механических систем на базе методов физического подобия и моделирования внедрена и используется на Тихорецком машиностроительном заводе им. В.В.Воровского и Специализированном конструкторском бюро ЦКБпугьмаш с реальным экономическим эффектом 119,6 тыс.рублей.

9. Разработанная конструкция управляемого фрикционного демпфера одностороннего действия для буксовой ступени электровоза ВЛ80К с пружинным подвешиванием принята к внедрению Новочеркасским Всесоюзным электровозным научно-исследовательским институтом. Долевое участие РИИЖТа от внедрения данной конструкции составляет 48,5 тыс.рублей. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шаповалов В.В., Щербак П.Н., Шабанов A.B. Оптимизация механических сисгем//Тезисы докл. Всесоюзн. конф. "Обеспечение надежности узлов трения машин" - Ворошиловград, 1988, - о.62... 63.

2. Шаповалов В.В., Шабанов A.B., Вишневецкий Г.И., Киселев И.В. К вопросу оптимизации и прогнозирования триботехнических характеристик фрикционных механических систем//Тезисы докл. Регионал. конф. "Повышение надежности и долговечности узлов трения в строительстве транспорта и путевых машинах" - Ростов-на-Дону, 1989, - с. НО...III.

3. Шаповалов В.В., Шабанов A.B. Моделирование эксплуатационных условий при испытаниях фрикционного гаситейя колебаний. Деп. В ЦНИИТЭИ МПС, 1990, » 5049, - 13 с.

4. Шаповалов В.В., Шабанов A.B. Оптимизация процесса трения и изнашивания в фрикционных гасителях колебаний на физических моделях/Дезисы докл. Всесоюзн. конф. "Проблемы развития ло-комотивостроения" - Луганск, 1990, - с. 83.

5. Шаповалов В.В., Новыйдарсков В.А., Шабанов A.B. Метод исследования взаимосвязи динамических процессов в механических системах с процессами трения и износа фрикционных пар трения// Тезисы докл. Всесоюзн. конф. "Проблемы развития локомотиво -строонда" - Луганск, 1990, - с. 95. о,>95..

6. Иаползлоэ В.В,, Новыйдарсков В.А., ипбааоз Д.В., Чередниченко С.П. Созреыенные методы исследолямия процессов на фрикцион-

нон контакте во взаимосвязи о процессами в механической сие-1вие//Тезисы докл. Всесовзн. конф. "Структурная самоорганизация и оптимизация триботехничеоких характеристик конструкционных и инструментальных материалов" - Киев, 1990, - с. 20.

7. Шабанов A.B. Стенд для исследования и оптимизации вертикальной динамики фрикционных механических систем /В кн. Надежность, динамика, диагностика и оптимизация строительных и путевых машин, Ростов-на-Дону, Межвуз, сб. РШЖТа, 1989, -

о. 50...52,

8. Шабанов А.В, Управляемый фрикционный демпфер. Деп. в ЦНИИТЭИ ШЮ, 1989, К 4862, - 13 о.

9. Шабанов А.В,, Оглы Д.В., Саянова Г.Л. Влияние диссипативных связей на надежность и эффективность подвижного состава / В кн. Надежность и технология восстановления деталей отроительт ных и транспортных машин. Росюв-на-Дону, Межвуз, сб. РИЩТа, 1990, - 0.34..,36.

10. Шабанов A.B.,•Оглы Д.В», Коновалов С.В. Идентификация основных динамических характеристик фрикционных механических сис-тем//Тезиоы докл. Регионал, конф, "Триботехнология - производству" - Таганрог, 1991, - о,21.,,22.

11. AiO. № ( СССР. Шаповалов В.В., Шабанов А,В., Кодин-цев И.Ф* Фрикционный гаоитель колебаний, заявка № 4772285 от 24.II.1989 г., орубл. 1991 г., бюл. te

12. Шаповалов В.В., .Заковоротный В.Л,, Новыйдарсков В,Д., Шабанов А,В., Чередниченко С,П.Способ исследования трйботехничео-ких характеристик узла трения, Положительное решение Госком-изобретений от 17.09.1990 г, о выдаче а.с. по заявке № 4776801/28. '

13. Шаповалов В.В., Шабанов A.B., Оотроухов Б.и. Фрикционный гаситель колебаний. Положительное решение ГоскомизобретещШ от 14.02,1991 г, о выдаче а.с. по заявке № 4816130/28,

14. Шаповалов В.В., Шабанов A.B., Новыйдарсков В.А, Установка для проведения наносных испытаний. Положительное решение Гоо-коыизобрегений от 10,04,1991 г. о выдаче а.с. по заявке К; 4814928/28.