автореферат диссертации по транспорту, 05.22.02, диссертация на тему:Увеличение ресурса бандажей колесных пар трамвайных вагонов

1.1. Экспериментальные данные по износу бандажей колесных пар.

1.2. Влияние динамики движения экипажа на износ бандажей.

1.3. Модели прогнозирования износа материалов пар трения.

1.4. Постановка задачи.

ГЛАВА П. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗНОСА

БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР.

2.1. Вывод уравнения износа для вертикального проката.

2.2. Взвод уравнения износа реборды.

2.3. Уравнение движения экипажа.

ГЛАВА Ш. ИЗНОС БАНДАЖЕЙ ОДИНОЧНОЙ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ

В УСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕ БОКОВЫХ КОЛЕБАНИИ.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Исследование установившегося режима боковых колебаний одиночной колесной пары (случай чистого качения).

3.3. Износ реборды в установившемся режиме.

3.4. Вертикальный прокат в установившемся режиме.

3.5. Влияние конусности на интенсивность износа бандажей колесных пар.

ГЛАВА 1У. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПРОЦЕССОВ ИЗНОСА БАВДАКЕЙ.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Выбор ограничений на конусность исходя из условия плавности хода экипажа.

4.3. Влияние конусности на износ - результаты расчетов для тележки с неподрезиненными бандажами. III

4.4. Численное сравнение параметров установившихся режимов и величины износа для тележки и одиночной колесной пары.

4.5. Результаты расчетов для тележки с подрези-ненными бандажами.

ГЛАВА У. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОЗАЩИТНЫ!

СВОЙСТВ ВАГОНА.

5.1. Методика проведения эксперимента и анализ экспериментальных данных.

5.2. Влияние конусности на виброзащищенность вагона.

5.3. Расчет экономической эффективности.

В ы в о д ы.

Исследование и прогнозирование износа бандажей колесных пар трамвайных вагонов представляет большой интерес. Цри интенсивном износе бандажей уменьшается срок службы колесных пар трамвайных вагонов, простаивают вагоны изкза переточки бандажей. В настоящее время недостаточно изучена проблема износа бандажей колесных пар, хотя экспериментально и были цроведены исследования по данной проблеме.

Целью данной работы является установление связи износа бандажей колесных пар с параметрами экипажа, в частности с конусностью. Для достижения этой цели разработана математическая модель износа бандажей, отдельно для вертикального проката и реборды, в которую входят параметры движения и силы, действующие в точке контакта колеса с рельсом. Эти величины, определяются уравнениями движения экипажа, которые, в свою очередь, зависят от параметров экипажа, конусности. Таким образом, износ бандажей колесных пар связывается с параметрами экипажа.

Первая глава посвящена анализу методов изучения износа бандажей колесных пар, рассматриваются известные модели износа материалов пар трения, для качественного прогнозирования износа бандажей.

Вторая глава посвящена построению математической модели износа бандажей колесных пар трамвайных вагонов, учитывающая связь износа бандажа одного из колес с параметрами движения, действующими на колесо со стороны рельса. В модель входят 2 группы соотношений: дифференциальные уравнения износа бандажей и дифференциальные уравнения движения экипажа. Особенностью системы дифференциальных уравнений является удобная для ЭВМ компактная векторная форма записи при одновременном учете колебаний тележек, кузова, колесных пар, подрезиненных бандажей. Связующим звеном уравнений износа и уравнений движения экипажа являются нормальные к поверхности износа составляющие реакций рельсов в точках контакта и поперечной координата круга катания.

Третья глава посвящена решению задачи прогнозирования износа одиночной колесной пары в установившемся режиме боковых колебаний.

В четвертой главе излагаются результаты численного моделирования процессов износа бандажей колесных пар по уравнениям бокового движения тележки. Исходя из минимизации износа бандажей, конусность необходимо выбирать максимальной (1/20), но с ограничением по плановсти хода экипажа. г-

В пятой главе проведено экспериментальное исследование виброзащитных свойств вагона по критерию комфортабельности.Приведен расчет экономической эффективности, который показал, что только конусность 1/20 удовлетворяет по плавности хода и по минимальному износу. При проведении исследований был разработан комплекс программ, описывающих движение: колесной пары,тележки, тележки с подрезиненными бандажами, экипажа в прямой. Все программы, входящие в состав комплекса, составлены на языке программирования <£ортран-1У.

ВЫВОД ЫХ

1. Разработана динамическая модель износа бандажей трамвайных вагонов, учитывающая параметры экипажа:: и рельсового пути, а также конусности на интенсивность вертикального проката и износа реборды. Эта модель состоит из дифференциальных уравнений износа бандажа и системы дифференциальных уравнений движения экипажа.

2. Уравнения износа бандажа представляют собой пару дифференциальных соотношений, используемых независимо для определения вертикального проката и износа реборда. Существенной особенностью уравнения для вертикального проката является учет поперечных колебаний колеса. Входящие в уравнения износа поперечная координата круга катания и реакции рельса определяются из решения системы уравнений движения экипажа.

3. Достаточным условием существования установившегося режима боковых колебаний колесных пар при движении экипажа в прямой является наличие диссипации при взаимодействии реборды с рельсом. При качении без проскальзывания установившийся режим инвариантен к возмущениям начальных данных и соответствует извилистому движению колесной пары с предельной амплитудой, допускающей колебания без отжатия рельса ребордой. В этом случае износа реборды не происходит.

4. В установившемся режиме боковых колебаний колесных пар при движении экипажа в прямой вертикальный прокат уменьшается с ростом амплитуды и не зависит от частоты колебаний.

5. Установлено, что для минимизации вертикального проката конусность бандажей следует выбирать наибольшей в пределах ограничений, заданных условиями плавности хода экипажа в поперечной горизонтальной плоскости.

6. Предложено аналитическое выражение для выбора оптимальной конусности с учетом существующих ограничений на плавность хода экипажа, а также ходовой скорости движения.

7. Жесткость подрезиненного колеса в поперечном направлении практически не оказывает влияния на износ бандажей в установившемся режиме боковых колебаний.

8. Результаты моделирования на ЦВМ при движении в прямой вагона Т-3 показывают, что интенсивность износа реборда возрастает с увеличением конусности. При этом интенсивность вертикального проката примерно на два порядка превышает интенсивность износа реборда.

9. Экономический эффект от результатов внедрения работы только за счет уменьшения числа проточек бандажей составляет 7,79 руб/год на один вагон.

1. Кислик В.А. Износ углеродистой бандажной стали. Тр./ НИИЖГ, вып. 64. - М.: 1£ансжедцориздат, 1938.

2. Кислик В.А., Карамзин А.И. Износ и повреждение поверхностей катания колес грузовых вагонов. Тр. /РИИЖГ, вып. 23. -М.: Трансжедцориздат, 1958.

3. Т.В.Ларин. Износ и пути продления срока службы бандажей железнодорожных колес. Тр./ ВНИИ&Т, вып. 165. - М.: Транс-желдориздат, 1958.

4. С.В.Алехин. Е.Я.Красовский. К вопросу об исследовании трения качения в условиях реализации касательной нагрузки износа трущихся деталей. Тр. / ЛИИЖТ, вып. 154. - М.: Трансжедцориздат, 1957.

5. Н.А.Ковалев. Свободное движение двухосного экипажа при кулоновом трении мндцу колесом и рельсом. Вестник ВНИИ железнодорожного транспорта, 4, 1957.

6. А.С.Краев. Влияние условий работы на интенсивность и механизм износа бандажей. Волгоград: Нижне-Волжское кн. изд-во, 1964.

7. В. И. ЧащиновИс следование движения и кривых экипажа с изношенными бандажами колесных пар (канд.дисс.). Рос-тов-н/Д, 1972.

8. Д.Мур. Основы и применения трибоники. М.: Мир, 1978.

9. Конференция по трению группы ж.д. техники Ин-та инженеров-механиков. Лондон, 1963.

10. И.В.Крагельский, М.Н.Добычин, В.С.Камбалов. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977.

11. Вибрация в технике (справочник). Колебания машин, конструкций и их элементов. Гл. ХУТ. Колебания ж.д. состава. Т.З. -М.: Машиностроение, 1980.

12. Трение, изнашивание и смазка. Справочник под ред. И.В.Крагельского. М.: Машиностроение, кн. 1,2, 1978.

13. В.Н.Шпинев. Вестник машиностроения, 1978, № 10.

14. Б.С.Ковальский. О применении конических ходовых колес на мостовых кранах. Вестник машиностроения, $ 6, 1978.

15. Н.И.Глаголев. Работа сил трения и износ перекатываемых тел. Труды Ш Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах. Т.Н. Сухое и пограничное трение. Фрикционные материалы. Ин-т машиноведения АН СССР. - М.: Изд. АН СССР, 1960.

16. В. Б. Меде ль. Взаимодействие электровоза и пути. М.: Трансжедцориздат, 1956.

17. В.Б.Медель. Подвижной состав электрических железных дорог. Конструкция и динамика. М.: Транспорт, 1974.

18. С.В.Вертинский, В.й.Данилов, И.ИДелноков. Динамика вагона. М.: Транспорт, 1972.

19. Ю.П.Федюнин. Моделирование боковых колебаний трамвайного вагона РВЗ-7 при скоростном движении. Науч.тр. /АКХ, 1980, вып. 175.

20. С.В.Серенсен, В.П.Когаев, Р.М.Шнейдерович. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1975.

21. Н.Н.Бухгольц. Основной курс теоретической механики 4.1 и П. Изд. "Наука" ФМ, Москва, 1972.

22. В.В.Степанов. Курс дифференциальных уравнений. М.: ОГИЗ, 1945.

23. ИСО 2631-78. Руководство по оценке воздействия общей вибрации на тело человека.

24. Гойхман Л.В. и др. Использование рельсового экипажа в качестве вибростенда для испытания сейсмических приборов. -М.: Изв. АН СССР. Вопросы инженерной сейсмологии, вып. 17, 1975.

25. С.П.Тимошенко. Курс теории упругости. С-Петербург,1914.

26. Н.В.Смирнов, И.В.Дунин-Барковский. "Краткий курс математической статистики для технических приложений" изд. Физ-матгиз, 1959.

27. В.Вейбулл. Усталостные испытания и анализ их результатов. Перевод с англ. под. ред. С.В.Серенсена. М., Машиностроение, 1964.

28. Л.В.Гойхман, В.С.Науменко, С.Л.Элисман. Анализ динаш- : ческих процессов в системе экипаж-путь. Труды АКХ им. К.Д.Памфилова. Выпуск 121. Статистические методы при исследовании динамики транспортных систем. М., Транспорт, 1975.

29. Б.П.Демидович, И.А.Марон. Основы вычислительной математики. М., ФМ, 1963.

30. Н.В.Крагельский. Трение и износ. Изд. Машиностроение, Москва, 1968.

31. Л.Г.Лойцянский и А.И.Лурье. Курс теоретической механики. Т.1. изд. 7, 1958 и Т.2. изд. 5, 1955.

32. В.А.Лазарян, А.А.Длугач, М.Л.Коротенко. Устойчивость движения рельсовых экипажей. Киев, Наукова думка, 1972.

33. Н.В.Гущин. Повышение срока службы колес подвижного состава железных дорог. Автореферат, Ростов, 1972.

34. Д.А.Курасов. Повышение долговечности бандажей колесных пар подвижного состава. Изд. Транспорт, Москва, 1981.

35. А.И.Филоненков. Исследование боковых колебаний локомотива с изношенными бандажами колесных пар. Автореферат, Ростов, 1971.

36. Т.В.Ларин, В.П.Девяткин. О природе выкрашивания поверхности катания железнодорожных колес. 1961.

37. И.В.Царев. Профили рабочих поверхностей колес железнодорожного подвижного состава. НШНормтяжмаш, 1975.

38. Л. Ф. Станиславюк. Исследование устойчивости четырехосных трамвайных вагонов при движении по кривым малого радиуса. Автореферат. Академия коммунального хозяйства, Москва, 1975.

39. Н.А.Ковалев. Боковые колебания подвижного состава. М., Трансжедцориздат, 1957.

40. С.В.Вертинский. Динамика вагона. Технический справочник железнодорожника. Т.6. М., Трансжедцориздат, 1952./«, Ст. I/С. С.1. Хщ,. Яеиг

41. Л. Сг. /З^е^, ¿г. /Г Жа/^ ¿¿Л к/^Шс1. К,izar1. J ¡s. 24, M>. /