автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Улучшение фрикционных характеристик пары трения колесо-рельс за счет воздействия на контакт электрического тока и магнитного поля

На правах рукописи

ВОРОБЬЕВ Дмитрий Владимирович

УЛУЧШЕНИЕ ФРИКЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРЫ ТРЕНИЯ КОЛЕСО-РЕЛЬС ЗА СЧЕТ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНТАКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Специальность 05.22.07-Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и

электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск - 2005

Работа выполнена на кафедрах "Детали машин" и "Локомотивы" Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет"

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Тихомиров Виктор Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Самме Георгий Вальдемарович

кандидат технических наук, доцент Емельянов Юрий Викторович

Ведущая организация - ЗАО УК "Брянский машиностроительный завод"

Защита состоится 1 ноября 2005 г. в 14 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета К212.021.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" по адресу: 241035, г. Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета

Автореферат разослан сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации рассматривается задача, связанная с повышением коэффициента сцепления колеса с рельсом за счет воздействия на контакт электрического тока и магнитного поля.

Актуальность темы. Увеличение объема перевозок грузов на железной дороге и повышение массы грузовых вагонов, бесперебойное выполнение плотного графика движения потребовали поиска путей максимального использования тяговых свойств локомотивов при трогании поездов с места и при их движении на наиболее трудных участках пути. В связи с этим возникает потребность в технически достижимом улучшении коэффициента сцепления колес с рельсами. Классический подход основывается на изучении механической модели контактного взаимодействия при качении твердых тел с гладкими поверхностями. Рассматриваемый подход не учитывает возникновение и существование специфического "третьего тела", износ и диссипацию энергии, влияние жидких и дисперсных сред, находящихся в зоне касания колес с рельсами.

В настоящее время устойчивое сцепление колёс локомотива с рельсами обеспечивается за счет применения песка. Известно, что его использование в качестве среды для повышения сцепления приводит к возрастанию скорости абразивного изнашивания и другим повреждениям рабочих поверхностей колеса и рельса вследствие дробления частиц песка, загрязнения верхнего строения пути, что приводит к снижению общей надёжности элементов подвижного состава.

Одним из возможных путей повышения величины и стабильности коэффициента сцепления колеса с рельсом, является введение в зону фрикционного контакта специальной фрикционной смазки (или модификатора трения), способной при сохранении достаточно высокого значения коэффициента сцепления уменьшить повреждаемость колес и рельсов. Исследования в области контактного взаимодействия, изучение физико-химических и фрикционных характеристик поверхностных слоев системы "колесо-рельс", а также разработка методов повышения величины и стабильности коэффициента сцепления в этой связи представляются актуальными и перспективными. Мало изученными являются вопросы, связанные с влиянием внешних физических полей на триболо-гические характеристики пар трения. Анализ литературных данных показал, что воздействие на колеса и рельсы с целью их очистки с помощью механических, электрических, химических и других методов не всегда приводили к устойчивым положительным и однозначным результатам.

В настоящей работе проведены теоретико-экспериментальные исследования фрикционного поведения пары трения колесо-рельс при воздействии на контакт электрического тока и магнитного поля с учетом наличия промежуточной среды (масла, влаги, песка).

Цель работы. Улучшение фрикционных характеристик пары трения ко-

лесо-рельс за счет воздействия поля.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью необходимо решить ряд следующих взаимосвязанных задач:

1. Разработать методики и установки для изучения эффекта влияния электрического тока и магнитного поля на коэффициент сцепления.

2. Оценить теоретически параметры контактирования (фактическую площадь и, следовательно, фактическую плотность тока) твёрдых тел с учётом влияния шероховатости.

3. Выявить качественные и количественные фрикционные характеристики пары "колесо-рельс" при влиянии электрического тока и магнитного поля с помощью физического эксперимента.

4. Разработать математическую модель зависимости коэффициента сцепления от таких факторов, как уровень контактных напряжений, плотность тока, напряжённость магнитного поля при разных условиях на контакте (без смазочного материала, при наличии масла, пластичного смазочного материала, кварцевого песка и влажности).

5. Провести полную оценку влияния множества разных факторов, используя методы физического и нейрокомпьютерного моделирования.

Методология и методы исследований. Методологической основой работы является системный подход к изучению поведения фрикционного контакта при наличии промежуточной среды и воздействия внешних физических полей. Теоретические исследования базируются на современных представлениях о контактном взаимодействии твердых тел с учетом шероховатости, молеку-лярно-механической теории трения, современных достижениях в области физи-ко-химии поверхностных явлений, а также на широком применении математических методов планирования и обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлен эффект комплексного влияния электрического тока и магнитного поля, позволяющий улучшить фрикционные характеристики три-бологической системы "колесо-рельс" (коэффициент сцепления, момент трения, фрикционные параметры контакта - удельное сдвиговое сопротивление при нулевом контактном давлении и коэффициент упрочнения фрикционных связей).

2. Определены с помощью физического эксперимента на модернизированной установке, выполненной по схеме одношарикового трибометра, молекулярные составляющие коэффициента трения с учетом совместного влияния электрического тока, магнитного поля и наличия в зоне контакта различной промежуточной среды.

3. Разработана методика исследования и выявлены закономерности изменения коэффициента сцепления от давления, силы тока и напряжённости магнитного поля.

4. Дана количественная оценка влияния электрического тока и магнитного поля на коэффициент сцепления.

Практическая ценность работы. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований позволил установить возможность управления состоянием фрикционного контакта трибосистемы "колесо-рельс" за счёт

воздействия электрического тока и магнитного поля. Разработанный алгоритм и программное обеспечение при теоретической оценке процессов контактного взаимодействия твердых тел с учетом шероховатости могут быть использованы при определении параметров контактирования и плотности тока, проходящего через трибоэлементы. Результаты исследований и установки нашли применение в учебном процессе Брянского государственного технического университета при подготовке инженеров по специальности "Локомотивы", при выполнении научно-исследовательских работ по заказам предприятий. На уровне изобретений разработаны установка для исследования молекулярной составляющей коэффициента трения при действии внешних факторов (вибрация, электрический ток, магнитное поле), и устройство для повышения коэффициента сцепления ведущих колёс локомотива с рельсами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод оценки фактической площади контакта шероховатых тел с использованием фрактальных представлений об устройстве поверхности, позволивший оценить фактическую плотность тока, в частности в контакте "колесо - рельс".

2. Методологические принципы проведения физических экспериментов по изучению закономерностей поведения фрикционного контакта при воздействия на него электрического тока и магнитного поля с учетом наличия промежуточной среды.

3. Результаты экспериментальных и теоретических исследований по оценке фрикционных характеристик пары трения "колесо - рельс" при воздействии на контакт электрического тока и магнитного поля и их практическая реализация.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы подтверждается экспериментальными данными и сопоставлением с результатами, полученными другими авторами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили положительную оценку:

- на расширенном заседании кафедры "Детали машин" Брянского государственного технического университета (2005 г.);

- на заседании кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" РГОТУ ПС (Москва, 2005 г.);

- на научно технических конференциях, проводимых в Брянском государственном техническом университете (2002, 2003 и 2004 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ: статей - 5, тезисов докладов - 4.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и основных выводов, списка использованной литера 1у-ры и приложения. Материалы диссертации содержат 131 страницу основного текста, 11 таблиц, 60 рисунков, и 3 приложения на 20 страницах. Список использованной литературы включает 112 наименований. Общий объём работы 153 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение отражает актуальность темы, изложены ее научная новизна и практическая ценность, а также направление выбранных исследований.

Первая глава посвящена анализу современного подхода к проблеме повышения сцепления колеса с рельсом, постановке цели и задач исследования. Отмечается, что решение указанной проблемы требует комплексного и системного подхода. Для изучения состояния контакта необходимо сформулировать и теоретически решить задачу контактного взаимодействия твердых тел с шероховатыми поверхностями, а также изучить физико-химические процессы, протекающие на фрикционном контакте с учетом наличия промежуточной среды.

Настоящее исследование является логическим продолжением работ отечественных и зарубежных учёных по вопросам влияния внешних факторов на трибологические характеристики пары колесо - рельс. Отмечается существенный вклад И. Г. Горячевой, М.Н. Добычина, Ю.Н. Дроздова, Н.Б. Демкина, Ю.В. Емельянова, С.М. Захарова, В.В. Измайлова, И.П. Исаева, А.Ю. Ишлин-ского, И.В. Крагельского, Ю.М. Лужнова, Д.П. Маркова, H.H. Меньшутина, Д.К. Минов, Н.М. Михина, Н.К. Мышкина, Э.В. Рыжова, Г.В. Самме, А.И. Сви-риденка, А.Г. Суслова, A.B. Чичинадзе, а также зарубежных ученых Ф. Боуде-на, Д. Тейбора, Д. Калкера, Дж. Гринвуда, Дж. Вильямсона и др. в создании моделей процессов трения, позволяющих решать ряд задач, в том числе и относящиеся к процессам сцепления, в частности, на основе молекулярно-механической теории трения. И.В. Крагельский, исходя из представлений о дискретной структуре контакта, предложил производить расчёт сил трения путём сложения сил сопротивления, возникающих от молекулярного и механического воздействия. Закономерности и методы улучшения свойств фрикционного контакта колёс с рельсами в физико-химическом и реологическом аспекте изучались многими отечественными и зарубежными исследователями (работы С.И. Косикова, Ю.М. Лужнова, В.А. Попова, Г.В. Самме, М.А. Спицина, М. Финка и др.).

Ценные результаты по влиянию прохождения электрического тока через токопроводящие подвижные контакты на их трибологические характеристики были получены A.C. Ахматовым, Б.В. Дерягиным, Д.Н. Гаркуновым, В.В. Измайловым, A.A. Клыпыниным, Б.И. Костецким, И.В. Крагельским, Н.К. Мыш-киным, С.Н. Постниковым, A.B. Чичинадзе, Р. Хольмом, S. Hayashi, S. Takaha-shi, М. Yamamoto и др.

Проведённый анализ позволяет сделать следующие выводы.

1. Для оценки величины плотности тока, не приводящей к микросвариванию металлических поверхностей или электроэрозии, необходимо знать фактическую площадь контакта. Литературные данные дают следующие оценки от 5 до 1000 А/мм2. При этом не указывается, к какой площади (номинальной или фактической) отнесена сила тока. Существующие методы определения параметров контактирования шероховатых поверхностей твердых тел не позволяют обеспечить достаточную точность вычислений.

2. Отсутствуют данные о влияний смазочных материалов и загрязнений на фрикционные характеристики при воздействии на контакт электрического тока и магнитного поля.

3. Проявление влияния электрического поля рассматривается в основном в виде электропластического эффекта, используемого при обработке металлов. При прохождении электрического тока через металлический контакт отмечено увеличение электрического сопротивления (Ф. Боуден, Д. Тейбор). При росте нагрузки на контакт вследствие пластической деформации окисная пленка разрушается, и площадь трещин соответствует площади металлического контакта, через который проходит перенос электрического заряда (В. В. Измайлов).

4. Воздействие на контакт магнитного поля способствует росту процессов окисления. Исследовался диапазон напряженности от 0 до 8 кА/м (К. J. Chin и др.). Кроме того, при наличии смазочного материала в зоне трения магнитное поле способствует "слипанию" (коагуляции) частиц загрязнений и уменьшению вследствие этого коэффициента трения и повреждаемости поверхностей трения.

5. Приведенные в литературе данные о влиянии электрического тока и магнитного поля на фрикционные характеристики контакта носят частный характер и не могут служить для создания физических и математических моделей трения твердых тел, контакт которых подвержен действию внешних физических полей.

На основе анализа работ отечественных и зарубежных ученых определены цель и задачи исследования.

Во второй главе рассматриваются вопросы математического (компьютерного) моделирования контактного взаимодействия твёрдых тел, основанные на фрактальных представлениях о шероховатой поверхности как о геометрическом объекте с дробной размерностью. В соответствии с представлениями о топографии, когда профиль поверхности моделируется случайным нестационарным процессом, такой параметр, как дисперсия распределения высот профиля зависит от длины статистической выборки. В зависимости от масштаба существенно различаются оценки радиуса закругления вершин неровностей и их наклон. Это означает, что приборы с различной разрешающей способностью дают разные статистические значения параметров, характеризующих одну и ту же поверхность. Задача заключается в том, чтобы описать поверхность с помощью таких параметров, которые бы не зависели от масштаба при сохранении информации о структуре шероховатости на всех уровнях детализации. Шероховатые поверхности обладают уникальным свойством, состоящим в том, что при многократном увеличении рассматриваемого участка шероховатость наблюдается до нанометрических масштабов, в определенной степени повторяя себя. Подобное свойство объектов является предметом изучения контактного взаимодействия твердых тел (A. Majumdar, 1989). Под фракталом понимается геометрическая фигура или естественный предмет, обладающий следующими характеристиками: а) часть имеет ту же структуру или форму, как и целое; б)

форма фрактала весьма неправильная и фрагментированная и остается такой независимо от масштаба.

При разработке модели контактирования сферического тела с шероховатой поверхностью учитывались полученные ранее другими авторами результаты: 1) при малых нагрузках давление для шероховатой поверхности меньше рассчитанного по теории Г.Герца и распределяется по большей площади (Дж. Гринвуд, Дж. Вильямсон); 2) применение широко используемой модели шероховатой поверхности в виде ансамбля тел правильной геометрической формы, вершины высот которых подчиняются определенному закону распределения, приводит к значительным ошибкам при оценке параметров контактирования, особенно при малых нагрузках (Н.Б. Демкин).

Модель контактного взаимодействия потребовала введения параметра, отражающего физические и геометрические особенности шероховатого слоя. Названный нами модуль упругости шероховатого слоя Еф являясь величиной переменной, определяется зависимостью

где Ео — модуль упругости материала, е — относительная деформация неровностей шероховатого слоя, £— константа (С= 1), D— фрактальная размерность профиля шероховатой поверхности \<£Х2.

Действительно, относительное сближение характеризует в определенном смысле распределение материала по высоте шероховатого слоя и, таким образом, эффективный модуль характеризует особенности пористого слоя. При е = 1 этот пористый слой вырождается в сплошной материал со своим модулем упругости.

Полагаем, что число пятен касания пропорционально размерам контурной площади, имеющей радиус ас

N = Ca^/2. (2)

Найдем коэффициент пропорциональности С.

Пусть N — тогда ас=(5'тах/л)"2, где S^ — площадь одного пятна контакта. Откуда

1 = C\S /к] иС= тг/5

V тах/ ) \ / тах)

Подставив полученное значение С в уравнение (2), получим

г/2- (з)

N = L/S )

V / тах J

Полагаем, что кумулятивное распределение пятен контакта с площадью,

большей s, подчиняется следующему закону:

( \Ш

*(s>iHs М . (4)

Ч тах1 J

Дифференциальное (по модулю) распределение числа пятен определяется выражением

ds

2

Выражение (5) позволяет найти фактическую площадь контакта

, SmiSr»f*D(c Ю/2 -D/2, D с Ar= jsn(s)ds= ¡ -j{Smaxr ч ds=JZbS]

max•

(6)

Полученный результат показывает, что фактическая площадь контакта зависит от структуры поверхностного слоя, определяемой фрактальной размерностью и максимальной площадью отдельного пятна касания, расположенного в центре контурной площади. Таким образом, для оценки параметров контактирования необходимо знать деформацию отдельной неровности, а не всего шероховатого слоя. Кумулятивное распределение (4) не зависит от состояния пятен контакта. По аналогии с выражением (4) запишем интегральную функцию распределения площадей пятен контакта в виде

( \Ш F{s) = •

\l max J

Дифференциальная форма записи выражения (7) имеет вид

ТГ \°12 /СО = a [S • (8)

/ V max J

Тогда математическое ожидание площади контакта определяется следующим выражением

, . $тах , . 2

(s}= 1о = —-Smax. (?)

Так как фактическая площадь контакта равна

Ar=N-(s>

и, учитывая выражения (3), (6), (9), запишем

Ш /(2-D)MlS ) -а»'2-max / V / max J

Откуда

а D(2 + D) 1

Считая, что фрактальная размерность профиля шероховатой поверхности (1 < D < 2) является величиной постоянной, можно сделать вывод о том, что радиус контурной площади контакта зависит только от площади отдельной максимально деформированной неровности.

Определим Smax из известного выражения

Smax =а'2кг3тах'

где а — коэффициент, равный 1 для пластического состояния контакта сферического тела с гладким полупространством и а = 0,5 — для упругого, г — радиус закругления вершины неровности, — деформация неровности.

Положим, что радиус круговой (контурной) площади ас определяется модифицированной формулой Г. Герца

Ч^Г- (п)

Тогда, подставив выражение (1) в формулу (11), получим

( N Ч/Ы-г-Д) 1 ае=\ЗРК4Е /[ 1 (12)

Приравняв правые части выражений (10) и (12) и решая полученное равенство относительно деформации максимально нагруженной неровности, запишем

6[2-Р]

D

-у/2аг

¿FR 4 Е

1 \3

•(Rmax)

3(2-D)

О J

2C+6-3D

(13)

Здесь А

D

D(2 + D)~\~2

■ радиус закругления вершины неровности.

D \_2(2~D)

При выводе уравнения (13) учитывалось, что относительная деформация

наиболее нагруженной неровности равна

е = <5 j R тах, тах/

где ömax — наибольшая деформация неровности, Rmax — наибольшая высота профиля.

Для гауссовской поверхности фрактальная размерность профиля £>=1,5 и при £ = 1 выражение (13) имеет вид:

З^ОЩ^К/Е^286^'429^)0'571. (14)

Таким образом, полученные выражения позволяют найти основные параметры контактирования сферического тела с полупространством с учетом шероховатости: сближение, площадь фактической и контурной площадей. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало их удовлетворительное соответствие, что говорит о применимости рассмотренного подхода к оценке параметров физического контакта и сравнения с результатами других исследований, в частности, по плотности тока.

В третьей главе приведена методика экспериментального исследования трибологических характеристик пары колесо - рельс. В данном случае применены лабораторные методы исследований, которые позволили выделить и изучить влияние электрического тока и магнитного поля на процесс сцепления. Величину коэффициента трения между колесом и рельсом при воздействии электрического тока и магнитного поля оценивали с помощью одиошарикового трибометра, выполненного по схеме, предложенной И.В. Крагельским и Н.М.

Михиным. Модернизированная установка представлена на рис. 1.

На основании (рис. 1) установлена изоляционная прокладка. На опорных плитках - нижней и верхней подвижной крепятся направляющие обоймы, в которых устанавливаются испытуемые образцы. Между ними помещается одно-шариковый трибометр (шарик полированный, из стали ШХ15, закреплен в специальную дисковую обойму из немагнитного материала с кольцевым пазом). Испытуемые образцы с помещенным между ними одношариковым трибомет-ром сжимаются под действием вертикальной нагрузки. Для создания магнитного поля на нижней опорной плите установлена электромагнитная катушка, связанная посредством магнитопровода с верхней подвижной плитой. Постоянный ток через токоподводящие контакты, укрепленные на испытуемых образцах, подается от аккумуляторной батареи. В состав измерительной аппаратуры входят стабилизированный источник питания ВИП-010, тензоусилитель ТУП-12, осциллограф НО 715, амперметр типа М 2016, измерительный комплект К505. Плоские прямоугольные образцы, имеющие одинаковую шероховатость, изготавливались из стали, используемой для производства бандажей колес и рельсов.

Рис. 1. Одношариковый трибометр Размеры образцов: длина 80 мм, ширина 20 мм, высота 10 мм. Очистка рабочих поверхностей образцов и шарикового индентора проводилась вначале промывкой четыреххлористым углеродом, затем спиртом. Затем образцы очищались активированным углем.

После выдержки образцов под нагрузкой включался электродвигатель, обеспечивающий равномерное вращение вала редуктора.

При проведении экспериментов по определению влияния электрического тока на величину молекулярной составляющей коэффициента трения используется аккумуляторная батарея. Она подключается через регулируемое сопротивление к токоподводящим контактам испытуемых образцов. При оценке влияния магнитного поля на молекулярную составляющую коэффициента трения к электромагнитной катушке подводится регулируемое переменное напряжение от автотрансформатора Молекулярная составляющая коэффициента трения определяется по величине момента трения, необходимого для вращения индентора.

Для измерения коэффициента трения в условиях, имитирующих взаимодействие колеса с рельсом, с участием автора изготовлена установка, общий вид которой изображен на рис. 2.

Для создания магнитного потока используется электромагнитная катушка, находящаяся на магнитопроводе. Одним концом магнитопровод крепится к вертикальной стойке, а другим касается торца колеса. Подвод электрического тока осуществляется посредством токоподводящих клемм. После проведения экспериментов на установке (рис.1) проводилось профилометрирование поверхности с целью оценки изменений топографии под воздействием внешних физических полей и выявления наличия или отсутствия повреждений в заданных диапазонах изменения давления, силы тока и напряженности магнитного поля.

Рис. 2. Установка по схеме диск - плоскость В четвёртой главе рассматриваются математико-статистические модели, отражающие зависимость момента трения от давления, силы тока и тока в магнитной катушке с учётом наличия или отсутствия на контакте промежуточной среды. В этой связи был проведен полный факторный эксперимент ПФЭ 23 при варьировании трёх параметров на двух уровнях проводился для различного состояния контакта (наличие воды, песка, смазочных материалов — трансформаторного масла и солидола). Модели были представлены в виде полиномиальной зависимости

K = V blX, + + >3*3 + ь 12хIх2 + b13X,X3 + b23X2X3 + Ъ,23ХIх2х3 " Здесь Y - обобщенный показатель (момент трения шарика, находящегося между двумя пластинами); Хь Х2, Х3 — внешние факторы (нагрузка, сила тока и магнитный поток), которые влияют на значение функции Y. Матрица планирования полного факторного эксперимента ПФЭ 23 при отсутствии вводимой в зону контакта промежуточной среды (сухой контакт) имеет следующий вид (табл. 1).

Произведя подсчет коэффициентов модели, получим

У = 8,008 + 1.590Х, + 2,455X, + 0,738X, -0,685X,Х,+

1 2 3 13 (g-v

+1,778X X + 2,195Х X + 1.812Х X X . к '

Анализ уравнения (8) показывает, что для сухого контакта существенное влияние на трение оказывают (в порядке значимости) электрический ток, нагрузка и магнитное поле. Математические модели для других условий на контакте приведены в табл. 2.

Таблица 1. Матрица планирования эксперимента

№ опыта Хо X, X, Хз Хп Х,з Х23 Хт Рабочая матрица Нмм

• Рп, Н 7, А Ф, мА

1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 . 43,6 80 300 6,83

2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 87,2 20 300 6,12

3 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 43,6 20 500 5,62

4 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 87,2 80 500 13,18

5 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 43,6 20 300 4,70

б +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 87,2 80 300 9,77

7 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 43,6 80 500 8,90

8 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 87,2 20 500 6,44

На рис. 3 а - 3 в представлены некоторые графики зависимостей момента трения от силы тока (Хг = I, А) и магнитного потока, выражаемого силой тока в катушке (Х3 = Ф, мА). Зависимости даны в кодированных значениях силы тока и магнитного потока.

Таблица 2. Математические модели

Условия на контакте (промежуточная среда) Математическая модель (момент трения в зависимости от нагрузки, силы тока и магнитного поля) Факторы представлены в кодированной форме

Сухой контакт (стальной шарик - стальные пластины) У = 8,008 +1,590*, + 2,455*2 + 0,738*3 - 0,685*,Х3 + + 1,778Х,Х2 + 2,195*2*3 +1,812*,*2*3.

Песок (кварцевый для песочных часов) У = 15,751 + 4,999Х] + 2,814Х2 + 1,721Х} + + 0,126X^2+0,379X^2 -0,461Х2Х} +0,21 IX;*2*}

Солидол У = 1,221 + 0,364X ^ + 0,31 IX 2 + 0,221 Х3 + + 0,059X^Х2 + 0,059Х]Х3 - 0,039Х 2Х 3 - 0,026Х[Х2Х3

Масло трансформаторное У = 2,895 + 1,236Х1 + 0.445Х2 + 0,305*5 + + 0,144X^2 + 0,185Х]Х3 - 0,0035Х2Х3 - 0,024Х}Х2Х3

Вода У = 3,719 + 1,451Х1 + 0.824Х 2 + 0,331Х} + + 0,181Х1Х2 +0,024Х1Х3 +0,056Х2Х} - 0.086Х;*2*}

Приведенные графики зависимостей при, различных условиях межконтактной среды относятся к случаю, когда нагрузка на шарик в заданном диапазоне взята максимальной (X, = +1 или в натуральном измерении Рп = 87,2 Н).

Обращает на себя внимание тот факт, чтй для сухого контакта с ростом силы тока трение увеличивается (рис. 3 а). Прй наличии солидола смазанный контакт, подверженный действию электрического тока и магнитного поля, имеет трибологические характеристики, сложным образом отражающие изменения, происходящие на контакте (рис. 3 в). Степень влияния факторов (в кодирован-

ных значениях и рассматриваемых диапазонах изменения) на трение и экстремумы момента трения приведены в табл. 3.

а) л б)

Рис. 3. Влияние электрического тока и магнитного поля на момент трения при различных условиях межконтактной промежуточной среды: а - сухой контакт; б - кварцевый песок; в - солидол;

в)

Таблица 3. Влияние факторов на трение и экстремумы момента трения

Условия на контакте (промежуточная среда) Функция момента трения (степень меньшего влияния факторов слева направо в строке состояния) Максимум функции момента трения (при постоянной нагрузке) Минимум функции момента трения

Песок Х,(Рп)-Х2(1)-Х3(Ф) Х2<+1\Хз<+" Х2(-"1Х3(-,)

Солидол Х1(Рп)-Х2(1)-Х3(Ф) Х2м\Хз,+,) Х2(-",Хз<-'>

Масло трансформаторное Х,(Рп)-Х2(1)-Хэ(Ф) Х2(+",Хз(+|) Х2(-",Хз('"

Вода Х,(Рп)-Х2(1)-Х3(Ф) Х2(+1',Хз(+|) Х^Л''"

Анализ приведенных в табл. 2, 3 данных показывает, что наибольшее влияние на увеличение трения оказывает электрический ток (для сухого контакта), в остальных случаях -нагрузка и в меньшей степени магнитное поле. Действительно для сухого контакта действие электрического тока проявляется в форме электропластического эффекта, приводящего к увеличению трения. Воздействие магнитного поля сказывается на дислокационной структуре приповерхностного слоя, замедляя движение дислокаций.

В итоге трение растет, и это наблюдается в пределах исследуемого диапазона изменения электрического тока, проходящего через контактную зону, и в

пределах рассматриваемого тока, подаваемого в катушку и генерирующего магнитный поток.

В соответствии с современными представлениями теории трения сдвиговое сопротивление на контакте определяется зависимостью

тп=т0+/)рг,

где То и Р - фрикционные параметры; То - условное сдвиговое сопротивление фрикционных связей при отсутствии давления на контакте; Р - коэффициент, учитывающий упрочнение фрикционных связей; рг ~ фактическое давление на контакте.

Величина т0 характеризует сдвиговое сопротивление при давлении р = О, определяя тем самым молекулярное взаимодействие пятен контакта сопряженных поверхностей с учетом наличия промежуточной среды (смазочного материала) или ее отсутствия. С помощью одношарикового трибометра находят сдвиговое сопротивление Т) и Тг при разных давлениях р/ и р^.

Продолжив прямую, проходящую через точки т, и Хг, до пересечения с осью ординат, определяют величину то- Тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс численно равен коэффициенту упрочнения фрикционных связей р. Момент трения при вращении шарика определяется зависимостью

Т = 2я

-рлр

(9)

Интегрируя выражение (9), запишем

2 я

-г» +-

я

Р-Ро

Г = а3 „

3 " 8

Полученное выражение используем для нахождения параметров и р для

разных условий нагружения и состояния промежуточной среды. Моменты трения определены ранее экспериментально и получены соответствующие математические модели, приведенные в табл. 2. Параметры контактного взаимодействия при разных уровнях нагрузки приведены в табл. 4.

Таблица 4. Параметры контактного взаимодействия

Нагрузка ^ Давление р0, МПа Радиус площадки контакта а, мм

р}'1^ - нижний уровень 526 0,199

- верхний уровень 663 0,250

- среднее значение 602 0,228

В табл. 5. приведены фрикционные параметры т^и /? для пары трения -

стальные шар и пластина (плоскость) без вводимой промежуточной среды. Обращает на себя внимание отрицательное значение коэффициента р. Можно предположить, что совместное влияние электрического тока и магнитного поля при определенных условиях приводит к разупрочнению фрикционных связей.

Таблица 5. Параметры г0и р

Давление ро, МПа Ток ДА Ток в катушке Ф, мА Момент трения Г, Нмм Сопротивление сдвигу т, МПа Величина то, МПа Коэффициент упрочнения фрикционных связей (5

526 20 500 5,29 160 200 -0,13

663 20 500 9,77 149

526 80 500 8,90 270 270 0

663 80 500 17,89 270

На рис. 4-5 приведены графики зависимости сдвигового сопротивления от давления при наличии различных промежуточных сред и воздействии на контакт электрического тока и магнитного поля.

Давление Р0, МПа Давление Р0, МПа

а) б)

Рис. 4. ипределение фрикционных параметров для контакта при наличии а) воды, б) песка (здесь I - сила тока в А, Ф - ток в магнитной катушке в мА)

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований по выявлению влияния электрического тока и магнитного поля на коэффициент трения. Методика проведения исследований предполагала производить оценку коэффициента трения при дискретном изменении силы тока, проходящего через изолированный контакт, а также при воздействии магнитного поля. Стендовые триботехнические испытания проводились по схеме диск - плоскость, имитирующей взаимодействие колейа с рельсом (рис. 2). При этом учитывалось состояние промежуточной среды ("сухой" контакт и наличие воды в зоне касания). Давление было принято во всех опытах постоянным и равным 250 МПа, сила тока изменялась от 100 до 250 А, сила тока в магнитной катушке, имеющей 560 витков, равнялась 10,15,20 А.

Давление Ро, МПа Давление Ро, МПа

а) , б)

Рис. 5. Определение фрикционных параметров для контакта при наличии: а -воды, б- песка (здесь I - сила тока в А, Ф - ток в магнитной катушке в мА) На рис. 6 показаны типичные осциллограммы, характеризующие изменение

Рис. 6. Копия осциллограмм изменения силы трения: нагрузка на контакт 250 Н, а -сила тока 200 А, б -сила тока в магнитной катушке 20 А (образцы сухие)

В табл. 6 приведены средние (по пяти опытам) значения коэффициента трения (сцепления) с током и при воздействии магнитного поля.

Таблица 6. Значения коэффициента трения (сцепления) для "сухого" кон-

Коэффициент трения без тока 0,15...0,17 0,15...0,17 0,15...0,17 0,15...0,17

Сила тока 1, А 100 150 200 250

Плотность тока.1, А/мм2 68 102 136 176

Коэффициент трения с током 0,325 0,371 0,452 0,512

Сила тока в магнитной катушке Ф, А 10 15 20 -

Напряженность магнитного поля, кА/м 0,6 2,8 7,4

Коэффициент трения (сцепления) 0,176 0,186 0,220 -

При наличии воды в зоне контакта среднее значение коэффициента трения без тока оказалось равным Г =0,165. Пропускание тока (сила тока 1=200 А) через нагруженный контакт с учетом наличия воды привело к росту коэффициента трения до величины 5= 0,371, т.е. увеличение коэффициента трения составило более, чем в два раза. При отсутствии воды для "сухого" контакта коэффициент трения (сцепления) при той же силе тока равнялся Г = 0,452 (табл. 6). Как показали испытания прохождение электрического тока через площадь контакта, и воздействие магнитного поля оказывают достаточно серьезное влияние на фрикционные характеристики узла трения. Это влияние сказывается и на изменении структуры контакта, в частности изменения касаются параметров шероховатости. Наличие воды в зоне контакта (имитация трогания с места состава в дождь) приводит к следующим изменениям шероховатости: среднее арифметическое отклонение профиля с Яа=0,92 мкм (через контакт пропущен ток 1=20 А, ток в магнитной катушке Ф= 500 мА) уменьшилось до Яа=0,76 мкм (пропущен ток 1=80 А, ток в магнитной катушке Ф= 500 мА). Профилограммы показывают, что серьезных повреждений при воздействии электрического тока и магнитного поля (в рассматриваемых диапазонах изменения) на поверхности трения не обнаружено.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа работ отечественных и зарубежных ученых, исследований и разработок автора решена актуальная задача повышения коэффициента сцепления в паре трения "колесо-рельс" путем воздействия на контакт электрического тока и магнитного поля.

2. Произведена теоретическая оценка параметров контактного взаимодействия твердых тел с шероховатыми поверхностями. Отличительной особенностью расчета по сравнению с существующими методами является представление шероховатого слоя в виде покрытия (фрактального объекта) с переменным эффективным модулем упругости и использование для определения фактической площади касания степенного закона распределения пятен контакта.

3. Разработаны оригинальные установки (одношариковый трибометр и стенд по схеме диск — плоскость) и методики проведения испытаний, предназначенные для оценки фрикционных показателей при воздействии на контакт электрического тока и магнитного поля.

4. Получены математические регрессионные модели контактного взаимо-f действия при воздействии внешних физических полей и наличии загрязнений

I (промежуточной среды) на поверхностях трибоэлементов.

I 5. Определены для разных условий фрикционного взаимодействия фрикци-

1 онные параметры: удельное сопротивление сдвигу при нулевом давлении и

' пьезокоэффициент упрочнения фрикционных связей. Установлено, что при

• воздействии электромагнитного поля, в зависимости от уровня напряженности

и состояние промежуточной среды, может происходить как упрочнение фрик-А ционных связей, так и их разупрочнение.

р 6. Установлено, что с увеличением плотности тока с 68 до 176 А/мм2 коэф-

1 фициент трения диска по плоскости для "сухого" контакта по эксперименталь-

I ным данным увеличивается с 0,325 до 0,512. При увеличении напряженности

i магнитного поля с 0,6 до 7,4 кА/м коэффициент трения растет от 0,176 до 0,220.

} Рост коэффициента трения наблюдался при включении тока до момента трога-

i ния или позже во время предварительного смещения. Среднее значение коэф-

( фициента трения без внешних физических полей при тех же условиях испыта-

ний равнялось 0,16.

[ 7. Воздействие электрического тока и магнитного поля, в отличие от тради-

ционного способа повышения сцепления путем применения песка, не приводит к повреждению колес и рельсов, о чем свидетельствуют профилограммы, сня-I тые с поверхностей трения. Наблюдается некоторое улучшение поверхности, в

I частности снижение шероховатости.

' 8. Эксперименты показали, что после выключения электрического тока ко-

I эффициент трения несколько (примерно на 5...10 %) снижается, а при выклю-

чении магнитного поля снижение коэффициента трения не наблюдалось 1 Результаты выполненных исследований позволили совместно с ФГУП "192

t Центральный завод железнодорожной техники" разработать устройство для по-

| вышения сцепления колес тепловоза с рельсом и подать заявку на патент.

' Акты о возможности использования некоторых результатов исследований при-

I ведены в приложении диссертационной работы.

I Основные положения диссертаций опубликованы в работах:

I 1. Тихомиров, В.П. Приближенная оценка параметров контактирования шара с

шероховатой поверхностью/В.П. Тихомиров, Д.В. Воробьев; Справочник. Ин-I женерный журнал, 2005.-№1.-С.32-35.

i2. Воробьев, Д.В. О влиянии электрических и магнитных воздействий на трибо-логические характеристики пары колесо-рельс /Д.В. Воробьев// Вестник БГТУ, 2004.-№2.-С. 52-57.

1 3. Пыриков, ИЛ., Установка для исследования трибосопряжения "колесо-

* рельс"/И.Л. Пыриков, В.П. Тихомиров, Д.В. Воробьёв.- Тезисы докладов 56-й

| научной конференции профессорско-преподавательского состава./ Под общ.

ред. д.т.н. O.A. Горленко, к.т.н. доц. И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ. 2002. - С. 121-122.

4. Воробьёв, Д.В. Анализ способов повышения сцепления колеса с рельсом * подвижного состава железных дорог/Д.В. Воробьев, В.П. Тихомиров, Н.И. Чу-

вилин.— Тезисы докладов 56-й научной конференции профессорско-

,421 7 1 92

преподавательского состава/Под общ. ред. д.т.н. O.A. Горленко, к.т.н. доц. И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ. 2002.-С. 122-123.

5. Ивахнн, А.И. К вопросу повышения сцепления системы колесо-рельс в тяговом приводе локомотивов с асинхронными двигателями/А.И. Ивахин, В.И. Травиничев, Д.В. Воробьев, В.И. Воробьев - Тезисы докладов 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава./ Под общ. ред. д.т.н. O.A. Горленко, к.т.н. доц. И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ. 2002. - С. 123-125.

6. Воробьёв, Д.В. Приближенная оценка параметров контактирования шара с шероховатой поверхносгью/Д.В. Воробьев// Вестник БГТУ, 2004. - №4. - С. 48-53.

7. Воробьёв, Д.В. Моделирование сцепления колеса с рельсом при помощи одношарикового нового трибометраУ Д.В. Воробьёв, В.Д. Шаров// Научный информационный сборник ВИНИТИ, РАН. Транспорт: Наука, техника управления. 2004. - №12. - С. 29-32.

8. Воробьев Д.В. Трибологические характеристики металлических пар при воздействии на контакт электрического и магнитного пол ей./Д.В. Воробьев, В.П. Тихомиров, А.И. Ивахин// Вестник БГТУ, 2005. - №2. - С. 33-36.

9. Воробьёв, Д.В. Влияние тока и магнитного потока на молекулярную составляющую коэффициента трения системы "колесо-рельс" / Д.В. Воробьёв, А.И. Ивахин, В.П. Тихомиров, В.И. Воробьёв. - Тезисы докладов 57-й научной конференции профессорско-преподавательского состава. / Под общ. ред. С.П. Сазонова, И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ, 2005. - Ч.1.- 236 с.

УЛУЧШЕНИЕ ФРИКЦИОННЫХ ХАР 1 40^9

КОЛЕСО-РЕЛЬС ЗА СЧЕТ ВОЗД 14 У ^

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И.

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 19. 09.2005г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Печ. л. 1. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 502. Бесплатно.

Издательство Брянского государственного технического университета 241035,г. Брянск; БГТУ, бульвар 50-летия Октября, 7. Тел. 55-90-49. Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.

ВОРОБЬЕВ ДМИТРИЙ В

РНБ Русский фонд

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ФРИКЦИОННЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРЫ КОЛЕСО - РЕЛЬС.

1.1. Контактное взаимодействие твердых тел с учетом шероховатости.

1.2. Влияние электрического тока и магнитного поля на фрикционные характеристики.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

2.1. Трибосистема и её характеристики.

2.2. Контактирование сферы с шероховатой поверхностью

2.3. ' Динамика трибосистем.:.:.:.

Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ФРИКЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРЫ ТРЕНИЯ

КОЛЕСО-РЕЛЬС.

3 .1. Обоснование стендовых установок.

3.2. Методика проведения эксперимента.

3 .3. Последовательность выполнения эксперимента.

3.4. Аппаратура и точность измерения рассматриваемых факторов и выходного параметра.

Выводы.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТНОГО

ПОЛЯ НА КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ.

Выбор модели

4.2. Проверка адекватности модели.

4.3. Определение параметров сдвиговой прочности молекулярных связей, полученных на одношариковом трибометре.

4.4. Оценка фрикционных параметров с учетом влияния электромагнитных полей и наличия промежуточной среды.

4.5. Оценка зависимостей коэффициента трения от нагрузки, электрического тока и магнитного поля для разных условий состояния контакта.

Выводы.

ГЛАВА 5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С РЕЛЬСОМ ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНТАКТ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТНОГО ПО ЛЯ.

5.1. Влияние температурных полей на трибологические показатели.

5.2. Экспериментальные исследования.

5.3. Анализ результатов экспериментальных исследований.

5.4. Изменение шероховатости при прохождении через площадь касания электрического тока и воздействии магнитного поля

Выводы.

Проблемы, возникающие при эксплуатации подвижного состава железных дорог, всегда вызывали и вызывают интерес у трибологов и способствовали развитию науки о трении, износе и смазочном действии. Одной, из таких проблем является проблема сцепления колеса с рельсом. Практика показывает, что коэффициент сцепления колес подвижного состава с рельсами изменяется от 0,1 до 0,5. Это приводит к недоиспользованию установленной мощности подвижного состава и пути, к срывам сцепления, боксованию колес и повышенному износу колес и рельсов. Опыт эксплуатации подвижного состава железных дорог показывает, что реальные коэффициенты сцепления отличаются от расчетных (полученных на основе эмпирических зависимостей) на 30 - 40%. Недостаточная изученность процессов фрикционного взаимодействия трибо-системы .колесо — рельс и связанное с этим отсутствие надежных методов повышения сцепления приводят к тому, что расчет критической массы локомотива производится по усредненным эмпирическим зависимостям, не учитывающим многообразие условий нагружения и состояние контакта колеса и рельса. Поэтому изучение физических основ сцепления и выявление закономерностей, определяющих трибологические характеристики системы колесо -рельс, представляет актуальную для железнодорожного транспорта проблему.

Решение задач, связанных с повышением коэффициента сцепления, имеет важное значение для науки о трении и смазочном действии. Проблема сцепления колес локомотива с рельсами является комплексной, решение которой должно основываться на достижениях в области контактного взаимодействия твердых тел с учетом особенностей состояния поверхности (наличие влаги, пятен смазочного материала на поверхности, абразивных частиц и т.п.), а также в области физики и химии поверхностных явлений. Известны многочисленные системы активного воздействия на трибологические свойства зоны касания колёса с рельсом. Среди них отметим механический, плазменный, гидро- и пневмо способы очистки рабочих поверхностей рельсов, тепловые воздействия за счет электроискровых разрядов и устройств сверхвысокой частоты (СВЧ). Изучение подобных воздействий на рельс носит в основном экспериментальный характер без серьезных теоретических обоснований. Наиболее эффективным и распространенным способом повышения сцепления по-прежнему остается подача песка в зону контакта колеса с рельсом. Исследования по этой проблеме ведется по двум направлениям; изучение механики взаимодействия колеса с рельсом с учетом наличия песка, влаги и других загрязнений и совершенствование системы подачи песка в зону трения. Другие исследования направлены на поиски и разработку модификаторов, способствующих увеличению коэффициента трения. Влияние песка отрицательно сказывается на долговечности рельсов и колес вследствие его абразивного действия. Известны также исследования влияния электрического тока, проходящего через контакт, на трибологические свойства этого контакта. Однако, эти исследования не .носят системного характера и не могут в настоящее время служить основой для разработки систем управления состоянием контакта и для прогнозирования поведением трибоузла. Мало изучено влияние электрического тока и магнитного поля на сцепление металлических поверхностей, что делает задачу исследования актуальной и требует проведения специальных экспериментов для установления закономерностей трения твердых тел в подобных условиях.

Коэффициент сцепления локомотива (по Д.К. Минову) может быть представлен в виде произведения основного коэффициента сцепления, отражающего влияние, фрикционных свойств поверхностей трения колес и рельсов, на коэффициент использования сцепного веса (его статическая и динамическая составляющие). Основной коэффициент сцепления зависит от процессов фрикционного взаимодействия колес с рельсами, оцениваемого коэффициентом трения покоя. Настоящее исследование закономерностей коэффициента трения с учетом воздействия внешних физических полей и состава промежуточной среды базируется на современных представлениях теории трения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа работ отечественных и зарубежных ученых, исследований и разработок автора решена актуальная задача повышения коэффициента сцепления в паре трения "колесо-рельс" путем воздействия на контакт электрического тока и магнитного поля.

2. Произведена теоретическая оценка параметров контактного взаимодействия твердых тел с шероховатыми поверхностями. Отличительной особенностью расчета по сравнению с существующими методами является представление шероховатого слоя в виде покрытия (фрактального объекта) с переменным эффективным модулем упругости и использование для определения фактической площади касания степенного закона распределения пятен контакта.

3. Разработаны оригинальные установки (одношариковый трибометр и стенд по схеме диск - плоскость) и методики проведения испытаний, предназначенных для оценки фрикционных показателей при воздействии на контакт электрического тока и магнитного поля и методика проведения эксперимента.

4. Получены математические регрессионные модели контактного взаимодействия при воздействии внешних физических полей и наличии загрязнений (промежуточной среды) на поверхностях трибоэлементов.

5. Определены для разных условий фрикционного взаимодействия фрикционные параметры: удельное сопротивление сдвигу при нулевом давлении и пьезокоэффициент упрочнения фрикционных связей. Установлено, что воздействие электромагнитного поля в зависимости от уровня напряженности и состояние промежуточной среды может происходить как упрочнение фрикционных связей, так и их разупрочнение.

6. Установлено, что с увеличением плотности тока с 68 до 176 А/мм2 коэффициент трения диска по плоскости для "сухого" контакта по экспериментальным данным увеличивается с 0,325 до 0,512. При увеличении напряженности магнитного поля с 0,6 до 7,40 кА/м коэффициент трения растет от 0,176 до 0,220. Рост коэффициента трения наблюдался при включении тока до момента трогания или позже во время предварительного смещения. Среднее значение коэффициента трения без внешних физических полей при тех же условиях испытаний равнялось 0,16.

7. . Воздействие электрического тока и магнитного поля в отличие от традиционного способа повышения сцепления путем применения песка не приводит к повреждению колес и рельсов, о чем свидетельствуют профилограммы,. снятые с поверхностей трения. Наблюдается некоторое улучшение поверхности, в частности снижение шероховатости.

8. Эксперименты показали, что после выключения электрического тока коэффициент трения несколько (примерно на 5.10 %) снижается , а при выключении магнитного поля снижение коэффициента трения не наблюдалось

Результаты выполненных исследований позволили совместно с ФГУП "192 Центральный завод железнодорожной техника" разработать устройство для повышения сцепления колес тепловоза с рельсом и подать заявку на патент.

1. Андреев, А.В. Передача трением / А.В. Андреев. М.: Машиностроение, 1978.- 176 с.

2. Ахматов, А.С. Молекулярная физика граничного трения/А.С. Ахматов. -М.:Физматгиз, 1963.-С.427.

3. Баранов, Ю.В. Механизмы влияния электростатического поля на пласти-ф ческое деформирование металлических материалов/Ю.В. Баранов, И.Л. Батаров, A.M. Рощупкин // Проблемы машиностроения и надежности машин, 1993. -№6. С.60-70.

4. Беклемишев, Н.Н. Влияние импульсного электромагнитного поля, на характеристики конструкционной прочности металлических материалов/Н.Н. Беклемишев, А.Н. Васютин, Ю. Л. Доронин // Проблемы машиностроения и надежности машин, 1990. №2. - С.73-77.

5. Балабеков, М.Т. Статистические электрические явления при трении ме-таллов/М.Т. Балабеков, Р. Джаббанов // Теория трения, износа и смазки.ф Ташкент, 1975. - Ч.З. - 121 с.

6. Барский, М.Р. Экспериментальное исследование процессов боксования и юза тепловозов / М.Р. Барский, И.Н. Серединова // Проблемы повышения эффективности работы транспорта. М.: АН СССР, 1953. - вып. 1. - С.130-180.

7. Бобровский, В.А. Влияние термоэлектрических токов на износ инструмента при резании металлов/ В.А. Бобровский // Электрические явления при резании и трении металлов. М, 1969. - С.7-26.

8. Бобровский, В.А. Электродиффузионный износ инструмента/ В.А. Бобровский. Машиностроение, 1970. - 160 с.

9. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел/Ф.П. Боуден, Д. Тейбор. М, 1968. -Ч.П.- 542 с.

10. Васильев, С.В. ЭДС при контактном взаимодействии тел в условиях ре-зания/С.В. Васильев // Трение и износ, 1983. Т.4. - №4. - С.715-719.

11. Верховский, А.В. Явление предварительных смещений при трогании с места катка/ А.В. Верховский, В.М. Аврамов // Изв. Томского ин-та им. Кирова, 1947.-Т.61,-вып. 1. С.53—54.

12. Воробьёв, Д.В. О влиянии электрических и магнитных полей на трибо-логические характеристики пары колесо-рельс // Вестник БГТУ, 2004. №2.-С. 52-57.

13. Воробьёв, Д.В. Приближённая оценка параметров контактирования шара с шероховатой поверхностью // Вестник БГТУ, 2004. №4. - С. 48-53.

14. Воробьёв, Д.В. Тихомиров В.П. Ивахин А.И. Трибологические характеристики металлических пар при воздействии на контакт электрического и магнитного полей // Вестник БГТУ, 2005. -№2,- С. 33-36

15. Воробьёв, Д.В. Моделирование сцепления колеса с рельсом при помощи одношарикового нового трибометра./ Д.В. Воробьёв, В.Д. Шаров// научный информационный сборник ВИНИТИ, РАН. Транспорт: Наука, техника управления. 2004. №12.- С. 29-32.

16. Галей, М.Т. Экспериментально-теоретические работы по изучению некоторых явлений при резании и трении/М.Т. Галей // Электрические явления при трении и резании металлов М, 1985. - 424 с.

17. Гаркунов, Д.Н. Триботехника/Д.Н. Гаркунов. М.: Машиностроение.— 1985.-424 с.

18. Голубенко, А.Л. Результаты экспериментальных исследований опытных образцов подрезиненного колеса/ А.Л. Голубенко, В.П. Ткаченко, В.П. Турчин // Ворошиловгр.: машиностр. Ин-т, Ворошиловград, 1988. 201 с.

19. Голубенко, А.Л. Оптимизация параметров сопряжения кузова локомотива с тележками: тез. докл. Всесоюз. семинара-совещания по проблемам автоматизации в машиностроении/ А.Л. Голубенко, Андреев А.А. Харьков, 1982.-272 с.

20. Голубенко, А.Л. Сцепление колеса с рельсом / А.Л. Голубенко. — Луганск: Изд-во В УГУ , 1999. 476 с.

21. Горбунов, Н.И. Повышение тяговых качеств тепловозов за счёт совершенствования упругих связей тележек: АвтОреф. дис. . канд. техн. наук. Днепропетровск, 1978.- 19 с.

22. Горденко, Н. Я. О влиянии электрического тока на износ при трении металлических тел/Н.Я. Горденко, С.Я. Горденко // Вестник машиностроения, 1952.-№7. 38 с.

23. Горячева, И.Г. Механика фрикционного взаимодействия/И.Г. Горячева. -М.: Наука, 2001.- 238 с.

24. Григорьев, Е.Т. Использование сцепного веса электровозов с наклонными тягами/ Е.Т. Григорьев, А.И. Кравченко // вести. Всесоюзн. н.-и. ин-та ж.-д. транспорта, 1958. №8. - С.23-27.

25. Гринвуд, Д.А. Упругий контакт шероховатых сфер/Д.А. Гринвуд, Д.Х. Трипп // Прикладная механика, 1967. Т.34. - № 4. - С.7-13.

26. Демкин, Н.Б. Расчет характеристик контакта при малых нагрузках/ Фрикционный контакт при малых нагрузках/Н.Б. Демкин. Калинин.: Калининский политехи, ин-т, 1989.-С.4-7.

27. Демкин, Н.Б. Исследование фрикционных характеристик металлокера-мических электрощеток при малых скоростях скольжения/Н.Б. Демкин, В.В. Измайлов, Т.И. Узикова// Трение и износ, 1980. -Т.1. -№3. С.410-416.

28. Демкин, Н.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин/Н.Б. Демкин, Э.В. Рыжов. М.: Машиностроение, 1981. - С.244.

29. Дерягин, Б.В. Молекулярная теория скольжения / Б.В. Дерягин // Журнал физ. химии, 1934.-Т.5.-С.И65-1176.

30. Дерягин, Б.В. Адгезия твердых тел/Б.В. Дерягин, Н.А. Кротова, В.П. Смилга. М. - 1973. - С.280.

31. Дерягин, Б.В. Электроадгезионные явления при трении/Б.В. Дерягин, Ю.П. Топоров. TRIBOTEHNICА' 87 th 5а CONFERENCE OF FRICTION, LUBRICATION AND WEAR BUCURESTI, 24-26 Sept. 1987. C.l 1-12.

32. Дубинин, А. Д. Энергетика трения и износа деталей машин/А.Д. Дубинин.-М. Киев, 1963.-С: 136.

33. Дубров, Ю. С. Электрический износ режущих инструментов и влияние электрических явлений на чистоту обработки поверхности/Ю.С. Дубров, Г.С. Николаева // Электрические явления при трении и резании металлов. М, 1969.-С.56-69.

34. Евстратов, А.С. Выбор тележек новых тепловозов / А.С. Евстратов // Динамика современных отечественных локомотивов. М.: ЦИНТИАМ, 1964. - С.5-27.

35. Елбаев, Е.П. Пневмоподвешивание. эффективное средство повышения ходовых и тяговых качеств / Е.П. Елбаев // Создание и техническое обслуживание локомотивов большой мощности: тез. докл. Всесоюзн. науч. тех. конф., Ворошиловград, май 1985. - С.94.

36. Иванов, Н.В. Повышение коэффициента использования сцепного веса тепловозов / В.Н. Иванов, А.И. Беляев // Вестн. Всесоюзн. н.-и. ин-та ж.-д. транспорта, 1979. №7. - С. 13-17.

37. Ивахин, А.И. Патент 2231209 РФ, М1ТК 7/42. Частотно-управляемый асинхронный электропривод/А.И. Ивахин, М.В. Загорский, А.В. Бичиков, Д.В. Воробьев. Опубл. 20.06.04. -Бюлл. №17.

38. Измайлов, В.В: Трибологические аспекты применения жидкометалли-ческой контактной среды в электрических контактах/В.В. Измайлов, А.А. Ми-тюрев//Трение и износ, 1995.-Т16, №6.~С. 1133-1142.

39. Исаев, И.П. Проблемы сцепления колёс локомотивов с рельсами / И.П. Исаев, Ю.М. Лужнов, М.:, Машиностроение, 1985. - С.238.

40. Карасик, И.И. Оценка режима трения при несовершенной; смазке по статическим характеристикам электропроводности/И.И; Карасик, Н.П. Кукол // Трение и износ, 1981. Т. 2. - №3. - С.451-458.

41. Кирилов, Ю.Г. Катковым стенд для исследования натурных образцов ходовых частей локомотивов / Ю.Г. Кирилов, В,А. Слащев // Инф. Листок № 81-17. Ворошиловград: ЦНТИ, 1981.-4 с.

42. Кишкин, G.T. Эффекты электрического и магнитного взаимодействия на ползучесть металлов и сплавов/С.Т. Кишкин, А.А. Клыпин. Доклады АН СССР, 1373. Т.211. -№2. - С.-325-327.

43. Клыпин, А.А. О пластической деформации металлов при наличии электрического воздействия/А. А. Клыпин // Проблемы прочности, 1975. №7. -С.20-25.

44. Кончиц, В. В., Мешков В. В., Мьппкин Н. К. Триботехника электрических контактов/ В. В. Кончиц, В. В. Мешков, Н. К. Мышкин М., 1986. -256 с.

45. Коробов, Ю.М. Влияние термоэлектрических явлений, возникающих при резании и износе инструмента/Ю.М. Коробов//Сталки и инструмент, 1968.- №3. С. 16-20.

46. Коробов, Ю.М. Электрический эффект при трении и резании металлов/ Ю.М. Коробов, Г.А. Прейс // Проблемы трения и изнашивания. Киев, 1975.- Вып. 7. С.3-6.

47. Коршунов, Л.М., Влияние электролизации и малых постоянных токов на износ металлов при трении и скольжении/ Л.М. Коршунов, P.M. Минц // ФХММ, 1976.67. -Т.З. №4. - С.17-20.

48. Косиков, С.И. Фрикционные свойства железнодорожных рельсов/ С.И.Косиков. М.: Наука, 1967. - 112 с.

49. Костецкий, Б.И. Электросопротивление поверхностных слоев металлов и механизм схватывания/ Б.И. Костецкий, О.Г. Шульга // Доклад АН СССР, 1969. Т. 188. -№1. - С.80-82.

50. Кравченко, В.Я. Воздействие направленного потока электронов на движущиеся дислокации/ В.Я. Кравченко, // ЖЭТФ, 1966. — Т.51. Вып. - 6. с.

51. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ/И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов- М., 1977. 526 с.

52. Крагельский, И.В. Узлы трения машин: Справочник/ И.В. Крагельский, Н.М. Михин М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

53. Крагельский, И.В. Электрические явления при трении металлов в режиме избирательного переноса/ И.В. Крагельский, Н. К. Мышкин, Д. В. Орлов // Проблемы трения и изнашивания. Киев, 1976. - Т.9. - с.46-51.

54. Кузнецов, В.Д. Физика твёрдого тела / В.Д. Кузнецов. Томск: Красное знамя. 1947. - Т.4 — 39 с.

55. Лазарев, Г.Е. Особенности трения и изнашивания материалов в агрессивных средах/ Г.Е. Лазарев, Т.Л. Харламова, В.И. Верейкин // Трение и износ, 1981. Т. 11. - №1. — С.43-52.

56. Лебедев, Л.А. Об одном механизме электрического возбуждения твердых тел в условиях трения/Л.А. Лебедев // Электрические явления при трении резании и смазки твердых тел. М., 1973. — с.42 — 169.

57. Левина, З.М. Контактная жесткость машин/ З.М. Левина, Д.Н. Реше-тов.-М.: Машиностроение, 1971.-264 с.

58. Литвинов, В.Н., Михин Н.М., Мышкин Н. К. Физико-химическая механика избирательного переноса при трении/ В.Н. Литвинов, Н.М. Михин, Н. К. Мышкин- М., 1979. 188 с.

59. Лубягов, A.M. Модельная оптимизация тяговых характеристик локомотивов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2002. -24 с.

60. Лужнов, Ю.М. Сцепления колёс с рельсами (природа и закономерности Ю.М. Лужнов.-М.:Интекст, 2003.-144 с.

61. Маркосян, Р.Г. Исследование влияния термоэлектрических и термомагнитных явлений на стойкость резцов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Тбилиси, 1974.-21 с.

62. Марков, Д.П. Триботехническая характеристика элементов пары трения колесо-рельс /Д.П. Марков // Трение и износ, 1995.—Т.16, №1-С. 138-156.

63. Маслиев, В.Г. Моделирование процесса боксования колёс тепловоза на стенде/ В.Г.Маслиев, В.П. Писарев, И.П. Карпов // Локомотивостроение: Вести. Харьков. Политех, ин-та. Харьков, 1972. - вып. 65. - С.46-49.

64. Мешков, В.В. Формирование пленок переноса в скользящем электрическом контакте/. В.В. Мешков, В.Г. Савкин. // Трение и износ, 1980. Т.1. -№5. - С.884 - 890.

65. Минов, Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей/ Д.К. Минов. -М.: Транспорт, 1965. -267 с.

66. Мышкин, Н.К. Граничная смазка электрических контактов/ Н.К. Мыш-кин, В.В. Кончиц // Трение и износ, 1980. Т. 1. - №3. - С.483 - 494.

67. Опиц, X. Об износе режущего инструмента/Х. Опиц // Новые работы по трению и смазке. М., 1959. 85 с.

68. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для технических вузов. 2-е изд. переработ, и доп./ А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, Н.А. Буше и др. -М.: Машиностроение, 2001. 664 с.

69. Островский, B.C. Система адаптивного поосного управления силой тяги электровоза однофазно-постоянного тока: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва, 1997.-24 с.

70. Петров, П.Ю. Быстродействующие системы управления тяговым электроприводом для улучшения сцепных свойств электроподвижного состава с асинхронным тяговым двигателем: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва, 1998. -23 с.

71. Пинчук, В. Г. Изменение структуры при трении в режиме электропластического эффекта/ В. Г. Пинчук, Б.Д. Хархасов, В.В. Тороп // Проблемы трения и изнашивания. Киев, 1981. - Вып. 19. - С.31-33.

72. Пинчук, JI.C. О некоторых возможностях поляризации пар трения/ JI.C. Пинчук, А.С. Неверов, В.А. Гольдаде //. Трение и износ, 1980. Т.1. - №6. -С. 1089-1092.

73. Портер, А.И. Влияние электрохимических процессов на субмикроструктуру поверхностей трения/ А.И. Портер, Г.А, Прейс, Н.А. Сологуб// Проблемы трения и изнашивания. Киев, 1975. - Вып. 7. - С.59-65.

74. Постников, С.Н. Электрические явления при трении и резании/С.Н. Постников. -Горький, 1975. -280 с.

75. Попов, В.А. Влияние фрикционных процессов на реализацию сцепления колёс локомотивов с рельсами: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва, 1985.-24 с.

76. Прейс Г. А. Электрохимические явления при трении металлов/ Г. А. Прейс, А. Г. Дзюб // Трение и износ, 1980. Т.1. - №2. - с.217-235.

77. Рыжкин, А. А. Влияние электрического тока на износ при резании/А.А. Рыжкин // Электрические явления при трении и резании металлов. М., 1969. с. 70 82.

78. Самме, Г.В. Проблемы сцепления локомотива/Г.В. Самме//Вопросы теории сцепления / Г.В. Самме // Вестник ВНИИЖТ, 1997.-№7-С.43-48.

79. Самме, Г.В. Фрикционное взаимодействие колёсных пар локомотива с рельсами: Монография.- М.: Маршрут, 2005. 80 с.

80. Свириденок, А.И. Акустические и электрические методы в триботехнике / Под ред. В.А. Белого/ А.И. Свириденок, Н.К. Мышкин, Т.Ф. Калмыкова, О.В. Холодилов. — Мн.: Наука и техника, 1987. 280 с.

81. Спицын, М.А. Физическая природа сцепления колёс с рельсами и способы повышения коэффициента сцепления / М.А. Спицин // науч. труды Все-союз. заоч. Ин-та инж. ж.-д. транспота. -М., 1961. вып. 212. -34 с.

82. Суслов, А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей/А.Г. Суслов. -М.: Машиностроение, 1987. -208 с.

83. Тихомиров, В.П. Приближенная оценка параметров контактирования шара с шероховатой поверхностью/ В.П. Тихомиров, Д.В. Воробьёв; Справочник. Инженерный журнал, 2005.- №1.- С.32-35.

84. Тихомиров, В.П. Методы моделирования процессов в триботехниче-ских системах/ В.П. Тихомиров, О.А. Горленко, В.В. Порошин.- Учеб. пособие.- М.: МГИУ, 2004. 292 с.

85. Ткаченко, В.П. Тяговые свойства локомотива с подрезиненными колёсными парами: Автореф. дис. . канд. техн. наук Днепропетровск, 1983. - 16с.

86. Ткаченко, В.П. Кинематическое сопротивление движению рельсовых экипажей/ В.И. Ткаченко. Луганск.: ВГУ, 1996. - 200с.

87. Троицкий, О.А. Электропластический эффект в металлах/О.А. Троицкий, А.Г. Розно. // ФТТ, 1970. Т.12. - Вып. 1. - С.203-210.

88. Френкель, Я.И. Теория электрических контактов между металлами/Я.И. Френкель // ЖЭТФ, 1946. Т. 16. - Вып.4. - 216 с.

89. Хольм, Р. Электрические контакты/Р. Хольм. -М, 1961. 464 с.

90. Чёрный, B.C. Повышение величины и стабильности тягового усилия локомотивов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1998. -21 с.

91. Чопра, К. Л. Электрические явления в тонких пленках/К.Л. Чопра. -М.: Мир, 1972.- 150с.

92. Шор, Г.И. О появлении электрического поля в процессе применения смазочных масел/ Г.И. Шор, В.П. Лапин // Электрические явления при трении и резании металлов. -М., 1969. С.108-114.

93. Axer, Н. Temperaturfeld und electrochemisher Verschleiss am Drehmeissel // In.: 6 Aachener Werkzeugmaschinen Kolloquium, Essen, 1953. 28 s.

94. Bowden F. P., Tabor D. The Friction and Lubrication of Solids/ F. P. Bow-den, D. Tabor. Part II // Oxford, Clarendon Press, 1964. 620 p.

95. Charting the limits of wheel on rail // Railway Car. Int. 1976. - V.192. -Tlc.8. -P.301-302.

96. Chin, K. J. Tribological behavior and surface analysis of magnetized sliding contact XC48 steel/XC48 steel/ K. J. Chin, H Zaidi, M. T. Nguyen, P. 0. Renault,, Wear 250(2001) 470-476.

97. Finlc, M. Physilcalisch-chemiche Vorgange Zwishen Rad und Sheine/ M.Fink// ZEV Glasses Annalen, 1951. - V.76. -H.9. - S.207-209.

98. Greenwood, J.A. Contact of nominally flat surfaces/ J.A. Greenwood, J.B.P. Williamson //Proc. Roy. Soc. (London), 1966. A295. -P.300-319.

99. Hughes, B.D. Analytic approximation for the elastic contact of a rough sphere/ B.D. Hughes, L.R. White // Trans of the ASME. S. of Appl, Mech. 1980. - V.47. -№5. -P.194-196.

100. Hayashi, S. / S. Hayashi, S. Takahashi, M. Yamamoto// J. Phys, Soc. Japan, 30,2,381,(1971)

101. Salomon, T. Harmful effect of electrostatic charges on machinary and lubrication oils/T. Salomon // Inst. Petrol, 1959. V.45. - N 423. - 47 p.

102. Shnurmann, R. The electrostatic component of the force of sliding friction/ R. Shnurmann, //Brit. J. Appl. Phys. Suppl., 1951. -N 1. 62 p.

103. Spector, A.A. Rolling / Sliding of a vibrating Elastic body on Elastic / Journal of Tribology, 1996. Vol. 118. - P. 147 - 154.