Введение к работе
Актуальность темы исследования. Согласно распоряжению Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 №№ 877-р «О Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» среди прочих к грузовым вагонам нового поколения предъявляется требование увеличения наработки вагона на отказ на 30 - 40 %.
Предъявляемое требование касается увеличения надежности функциональных узлов грузовых вагонов. Тормозная система является одним из основных функциональных узлов грузового вагона, обеспечивающим безопасность движения. Под надежностью тормозной системы подразумевается не только обеспечение работоспособности ее агрегатов в течение заявленного срока межремонтного пробега вагона, но и обеспечение условий эффективного и безъюзового торможения.
Проблемность обеспечения безъюзового торможения обусловлена также большой долей (10-12%) отцепок грузовых вагонов в текущий ремонт вследствие образования на поверхностях катания колесных пар ползунов, выщербин и наваров, являющихся, помимо прочего, следствием различного по продолжительности юза колесной пары.
В эксплуатации на трибосистему колодка-колесо-рельс воздействует множество факторов, ухудшающих условия ее нормальной работы и имеющих различную природу происхождения.
Надежность работы тормозной системы является универсальным показателем, позволяющим охватить факторы с различной природой происхождения. Кроме того, это системный показатель, позволяющий учитывать причинно-следственные связи факторов в эксплуатации. Одним из методов системного анализа является метод построения дерева отказов, позволяющий учесть влияние различных сочетаний факторов на работу тормозной системы. Поэтому на основе дерева отказов возможно выполнить системное обоснование параметров тормозной системы грузовых вагонов из условия недопущения юза колесной пары.
Степень разработанности темы исследования. В области совершенствования грузовой тормозной техники можно выделить следующие направления проведения научных исследований:
- разработка тормозного оборудования (И.К. Матросов, В.И. Крылов, В.Г.
Иноземцев, А.В. Казаринов и др.);
- совершенствование процессов управления автотормозами грузовых
поездов (В.Г. Иноземцев, Б.Л. Карвацкий, СВ. Вершинский, Анисимов П.С. и
др);
трибология (Буше Н.А., Чичинадзе А.В., Крагельский И.В. и др.);
ремонт и совершенствование узлов и агрегатов тормозных систем (В.Г. Иноземцев, В.А. Щепетильников, В.Р. Асадченко, В.В. Соломатин, Синицын В.В.идр.)
оптимизация параметров надежности и безотказности работы приборов тормозной системы (Устич П.А., Карпычев В.А.).
Задача обоснования параметров тормозной системы грузовых вагонов является сложной. Сложность обусловлена не только многофакторностью, но и качественным разнообразием факторов, в частности, приводящих к юзу колесной пары. Поэтому за направление исследований принят подход на основе теории надежности, позволяющий систематизировать и унифицировать количественную оценку неблагоприятных факторов.
Цель и задачи. Обоснование параметров тормозной системы грузовых вагонов из условия недопущения юза колесной пары. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ имеющихся наработок в выбранном направлении исследований и
выбор основы для их проведения;
анализ влияния структуры связей элементарных событий в дереве отказов на вероятность реализации вершинного события (юз колесной пары) с последующим ранжированием событий по убыванию влияния;
обоснование выборки элементарных событий, имеющих наибольший приоритет принятия к исследованиям и согласующихся с выбранным направлением исследований;
переход от событий выборки к параметрам тормозной системы (ТС) посредством формализации условий свершения событий на основе известной методики тормозного расчета автотормоза грузовых вагонов;
формирование областей свершения событий выборки из сочетаний допускаемых значений параметров ТС;
обоснование параметров ТС посредством решения задачи о границах событий;
оценка влияния износа колодок и колес на параметры ТС из условия безъюзового торможения вагона.
Объектом исследований является одноцилиндровая симметричная тормозная система грузовых вагонов, оборудованная композиционными колодками.
Предметом исследований является обоснование параметров тормозной системы грузовых вагонов на основе дерева отказов и из условия недопущения юза колесной пары.
Научная новизна работы заключается в использовании одного из методов системного анализа при решении многофакторной задачи обоснования параметров тормозной системы грузовых вагонов из условия недопущения юза колесной пары.
Теоретическая значимость проведенных исследований заключается в том, что:
разработана методика системного обоснования параметров тормозной системы грузовых вагонов с учетом причинно-следственных связей между событиями, приводящими к возникновению юза колесной пары;
выполнен переход от событий к параметрам тормозной системы через формализацию условий наступления этих событий;
введены понятия максимальной вынужденно допускаемой, нештатной (реализуемой) и штатной (расчетной) обезгрузок колесной пары, реализуемых при торможении вагона;
получено уравнение, позволяющее определять запас по сцеплению колеса с рельсом с учетом обезгрузки колесной пары;
- разработана методика оценки влияния износа колес и колодок на
параметры тормозной системы применительно к рычажной передаче грузовой
тележки с односторонним нажатием.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
обоснованы параметры тормозной системы грузовых вагонов, как границы фактической области свершения события, учитывающего появление юза колесной пары вследствие ее обезгрузки, что позволяет сформировать условия наблюдения за событием в эксплуатации и позволило обосновать параметры тормозной системы из условия недопущения юза вследствие обезгрузки колесной пары;
установлены диапазоны и характер изменения тормозных нажатий колодок на колеса, позволяющие судить об устойчивости трибосистемы колодка-колесо-рельс к невозникновению юза колесной пары в процессе эксплуатации.
Методология и методы исследования. В рамках проведенных исследований использованы следующие методы: системного анализа неблагоприятного события на основе построенного дерева отказов; метод типового расчета тормоза грузовых вагонов; метод определения дополнительных вертикальных усилий, действующих на подвижной состав при торможении; метод определения координат точек; метод структурного анализа и синтеза механизмов; уравнения статики; ряд фундаментальных математических положений (тригонометрия, теоремы и пр.).
Положения, выносимые на защиту. Обоснование параметров тормозной системы грузовых вагонов из условия недопущения юза колесной пары с позиций: системного подхода на основе теории надежности; формализации событий, приводящих к юзу, с последующей количественной оценкой параметров тормозной системы, как границ свершения событий; кинетостатического анализа механизма рычажной передачи.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается экспериментальными данными, проверочными расчетами по разработанным программам, а так же хорошей сходимостью результатов расчетов по разработанным программам с результатами расчетов, полученными по известным методикам.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: VIII и X научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов», , научно-техническом совете ОАО «Транспневматика» (2010г.), научно-техническом совете АСТО (2010г.), кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство»(2011, 2012г.г.), кафедре «Машиноведение, проектирование, стандартизация и сертификапия»(2009, 2012, 2013г.г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь работ, в том числе три работы в изданиях, рекомендуемых ВАК России.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем диссертации составляет 171с, в том числе 21 таблица и 68 рисунков.
