Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы по теме исследования 10
Глава 2. Исследование развития ползуна на поверхности катания колеса при скоростях, меньших критической 25
2.1. Дифференциальные уравнения движения колеса с ползуном 25
2.2. Определение скорости, при которой происходит отрыв колеса от рельса (критическая скорость) 42
2.3. Прогнозирование развития площади контакта и высоты смятия поверхности катания колеса вследствие удара 46
2.3.1. Развитие площади контакта и высоты смятия поверхности ка- тания колеса вследствие удара 46
2.3.2. Оценка влияния температуры на деформирование 57
2.3.3. Анализ результатов расчетов и выводы 60
2.3.4. Оценка достоверности полученных результатов 62
Глава 3. Исследование развития ползуна на поверхности катания колеса при скоростях, больших критической 64
3.1. Исследование движения колеса после отрыва от рельса 64
3.2. Прогнозирование развития площади контакта и высоты смятия поверхности катания колеса вследствие удара 78
3.3. Анализ результатов расчетов и выводы 86
Глава 4. Исследование влияния ползуна на динамику колеса 89
4.1. Динамика колеса при 89
4.2. Динамика колеса при скоростях, меньших критической 90
4.2.1. Динамика колеса при 90
4.2.2. Динамика колеса при 99
4.2.3. Исследование вертикальных колебаний кузова вагона 103
4.2.4. Определение момента инерции колеса со смещенным центром масс 109
4.3. Динамика колеса при скоростях, больших критической 114
4.4. Влияние скорости движения вагона на величину контактной силы в момент удара 117
4.5. Оценка вклада ползуна в разгрузку колеса 122
Глава 5. Технико-экономическая эффективность от внедрения разработки 125
5.1. Дополнения к Правилам технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации в части движения колеса с ползуном 125
5.2. Экономическая эффективность дополнений к Правилам технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации в части движения колеса с ползуном 130
Заключение 133
Список литературы 136
Приложения 152
- Определение скорости, при которой происходит отрыв колеса от рельса (критическая скорость)
- Развитие площади контакта и высоты смятия поверхности ка- тания колеса вследствие удара
- Прогнозирование развития площади контакта и высоты смятия поверхности катания колеса вследствие удара
- Динамика колеса при скоростях, меньших критической
Введение к работе
Актуальность темы
Наиболее распространенным дефектом на поверхности катания колеса является ползун, возникающий при скольжении колесной пары, заклиненной тормозной колодкой. У специалистов железнодорожного транспорта принято, что при движении кромки ползуна скругляются, и он закатывается с образованием неравномерного проката. Расчеты показывают, что существует скорость (около ), при которой колесо в месте контакта передней кромки ползуна с рельсом отрывается и на доли секунды «зависает» над рельсом. В следующее мгновение колесо ударяется задней кромкой ползуна о рельс. Это значит, что при скоростях выше ползун действительно закатывается, и колесо в этом месте принимает овальную форму. При скоростях ниже критической для глубины ползуна есть граница (0,5 – 0,8 мм), зависящая от нагрузки, ниже которой ползун тоже будет закатываться, но не вследствие удара, а из-за деформации кромок ползуна под действием нагрузки на ось. Выше этой границы кромки ползуна тоже будут скругляться, но часть ползуна все-таки будет оставаться, и колесо этой частью ползуна будет ударяться о рельс. Под действием удара поверхность ползуна будет пластически деформироваться, развиваться (его площадь и глубина становятся больше).
Таким образом, при движении груженого вагона со скоростью ниже нельзя говорить только о закатывании ползуна, так как на самом деле происходит одновременно и закатывание, и развитие. И если последний процесс более интенсивный, то необходимо принять факт увеличения размеров ползуна. Развитие ползуна приводит к увеличению ударной силы, циклическое воздействие которой приведет к возникновению трещины, к потере устойчивости движения и, наконец, к возникновению аварийной ситуации, если своевременно не снять колесную пару с эксплуатации. Возникает необходимость контроля, прогнозирования развития ползуна, что сводится к весьма актуальной проблеме, имеющей научный и практический интерес и направленной на повышение безопасности движения.
Цель и задачи исследования
Целью исследования является повышение безопасности движения методом прогнозирования развития плоского дефекта (ползуна) на поверхности катания колеса с течением времени за счет определения максимально допустимых размеров ползуна и оценка его вклада в разгрузку колесной пары с учетом влияния упругости рессорного подвешивания кузова вагона и вертикальной неровности пути.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
- разработать метод расчета динамики колеса, позволяющий прогнозировать развитие ползуна с течением времени при скоростях поезда, меньших критической, с учетом указанных выше возмущений;
- разработать метод прогнозирования развития ползуна с течением времени при скоростях поезда, больших критической, с учетом указанных выше возмущений;
- изучить характер изменения силы реакции рельса, действующей на колесо в месте контакта, и на базе этих исследований оценить вклад ползуна в разгрузку колеса.
Объект и методы исследования
Объектом исследования является вагонное колесо, имеющее ползун на поверхности катания. Предметом исследования является динамика колеса, имеющего ползун на поверхности катания. В работе использованы методы и законы классической механики, теории упругости и пластичности, а также математический аппарат линейных и нелинейных дифференциальных уравнений.
Научную новизну представляет разработанный в диссертации метод расчета динамики колеса, имеющего ползун, с учетом упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности пути, который позволяет прогнозировать развитие ползуна с течением времени и оценивать вклад ползуна в разгрузку колеса.
На защиту выносятся следующие положения:
- метод прогнозирования размеров ползуна и высоты смятия вследствие пластической деформации при ударе при скоростях, меньших критической, с учетом возмущений, обусловленных упругостью рессорного подвешивания и вертикальной неровностью рельса;
- метод прогнозирования развития ползуна с учетом возмущений, обусловленных упругостью рессорного подвешивания кузова вагона и вертикальной неровностью рельса, при скоростях поезда, больших критической;
- метод оценки вклада ползуна в разгрузку колеса.
Достоверность научных положений и выводов
Достоверность научных результатов подтверждается сравнением с теоретическими и экспериментальными исследованиями других авторов, а также отчетными данными комиссии по расследованию схода грузового вагона.
Практическая ценность работы
Разработанный метод прогнозирования развития ползуна и оценки вклада ползуна в разгрузку колеса позволяет:
- определить текущие размеры ползуна и высоту смятия материала колеса вследствие пластической деформации при ударе и оценить текущий вклад ползуна в разгрузку колеса;
- предложить дополнения к ПТЭ в части движения колеса с ползуном, направленные на повышение безопасности движения.
Реализация результатов работы
Полученные результаты внедрены в учебный процесс Самарского государственного университета путей сообщения (СамГУПС) по специальности 190302 «Вагоны», а также в службу вагонного хозяйства Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО «РЖД».
Апробация работы
Основные положения работы докладывались и одобрены на: V Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «TRANS-MECH-ART-CHEM» (г. Москва, 24–25 апреля 2008 г.); XII Международной конференции «Проблемы механики железнодорожного транспорта. Безопасность движения, динамика, прочность подвижного состава и энергосбережение» (г. Днепропетровск, 28–30 мая 2008 г.); Научно-техническом семинаре «Компьютерное моделирование в железнодорожном транспорте: вопросы динамики, прочности и износа» (г. Брянск, 9–12 февраля 2009 г.); научных конференциях студентов и аспирантов СамГУПС (г. Самара 2006–2010 гг.).
Публикации
Результаты диссертации отражены в 12 научных работах (из них 3 в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ): 8 статей, тезисы 3 докладов, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов по главам, заключения, библиографического списка, 2 приложений. Объем работы: 152 страницы машинописного текста, включая 54 рисунка, 2 таблицы и приложения на 2 страницах. Список литературы состоит из 145 источников. Общий объем работы 154 страницы.
Определение скорости, при которой происходит отрыв колеса от рельса (критическая скорость)
При отрыве передней кромки ползуна от рельса сила реакции становится равной нулю. Поэтому для нахождения критической скорости необходимо в уравнении (2.15) положить , то есть , или, с учетом значения для и того, что , имеем (2.27) Если в уравнении (2.27) положить , то можно найти скорость, при которой передняя кромка ползуна оторвется от рельса в момент ее попадания на рельс: , откуда, учитывая, что , получим . (2.28) При массе колеса , радиусе , нагрузке (для груженого вагона), нагрузке (для порожнего вагона), согласно (2.28), получим величины критической скорости: (для груженого вагона), (для порожнего вагона). Зависимость критической скорости от нагрузки представлена на рис. 2.7. Рис. 2.7. Зависимость критической скорости от нагрузки Эти значения для получены при условии, что передняя кромка ползуна оторвется от рельса в момент попадания на него. Но возможна также ситуация, когда отрыв произойдет в процессе поворота линии вокруг точки (рис. 2.1). При этом можно оценить влияние на скорость отрыва коэффициента упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности рельса. Для решения этой задачи на основании уравнений (2.15), (2.17), (2.19), (2.22), (2.24) и (2.26) построим зависимости силы реакции от угла поворота для скорости поезда . В расчетах примем , , , , . Выпишем эти уравнения: - с учетом упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности рельса (колесо скатывается с неровности); - с учетом только упругости рессорного подвешивания (колесо скатывается с неровности); - с учетом только вертикальной неровности рельса (колесо скатывается с неровности); - с учетом упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности рельса (колесо поднимается на неровность); - с учетом только вертикальной неровности рельса (колесо поднимается на неровность); - в случае невозмущенного движения. Теперь подставляя в эти уравнения значения от 0 до с шагом , рассчитываем силу реакции. Результаты расчетов представлены на рис. 2.8. Рис. 2.8. Изменение силы реакции рельса в процессе поворота ко леса вокруг передней кромки ползуна при скорости поезда : 1 – с учетом только вертикальной неровности рельса (колесо поднима ется на неровность); 2 – в случае невозмущенного движения; 3 – с уче том только вертикальной неровности рельса (колесо скатывается с не ровности); 4 – с учетом упругости рессорного подвешивания и верти кальной неровности рельса (колесо поднимается на неровность); 5 – с учетом только упругости рессорного подвешивания; 6 – с учетом упру гости рессорного подвешивания и вертикальной неровности рельса (ко лесо скатывается с неровности
Из приведенных графиков следует, что сила упругости рессорного подвешивания и вертикальная неровность рельса влияют на изменение реакции в процессе поворота ползуна вокруг точки , а значит и на величину критической скорости. Необходимо отметить, что сила уменьшается в процессе поворота колеса с ползуном и в случае невозмущенного движения (рис. 2.8, кривая 2), так как при этом растет ускорение центра масс колеса . Уменьшение с большей скоростью обусловлено более интенсивным ростом , когда колесо скатывается с неровности (рис. 2.8, кривая 3). Сила упругости рессорного подвешивания вносит вклад в уменьшение силы реакции (рис. 2.8, кривая 5), так как способствует росту . При этом в процессе поворота ползуна вокруг передней кромки происходит ослабление рессорного подвешивания, что также способствует уменьшению силы .
Совместный вклад упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности рельса при скатывании колеса с неровности приводит к отрыву передней кромки ползуна в момент, когда колесо поворачивается вокруг точки на угол около (рис. 2.8, кривая 6). В случае невозмущенного движения (рис. 2.8, кривая 2), а также с учетом только неровности (рис. 2.8, кривые 1 и 3) передняя кромка ползуна при не оторвется от рельса.
Вместе с тем влияние указанных факторов на критическую скорость весьма мало. Об этом говорит тот факт, что при отрыв передней кромки ползуна произойдет в момент ее попадания на рельс, а при отрыва не будет даже с учетом упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности рельса при скатывании колеса с неровности.
Текущая высота смятия – это величина вертикального смятия колеса в месте ползуна в результате удара, а суммарная высота смятия – это величина полного вертикального смятия за ударов, или за соответствующее число пройденных километров.
Развитие ползуна с течением времени будем оценивать суммарной высотой смятия поверхности катания колеса после удара. Следует ожидать, что в связи с упрочнением материала колеса от многоцикловой ударной нагрузки и увеличением площади контакта текущая высота смятия от удара к удару будет уменьшаться, а суммарная высота смятия в соответствии с этим должна увеличиваться до некоторого предела. Для получения конкретных результатов исследования были проведены при следующих допущениях: - принимается обобщенная модель нагружения при входе ползуна в контакт с рельсом, которая позволяет свести задачу к определению суммарной высоты смятия поверхности катания колеса; - рельс – абсолютно твердый, материал колеса – упруго-пластический, то есть, в отличие от [9, стр. 156], допускается пластическая деформация колеса при ударе; - вторичная остаточная деформация при разгрузке пренебрежимо мала; - форма колеса – круглая, площадка контакта (ползун) при , согласно [41], принимается эллиптической с большой полуосью и малой - ; - радиус кривизны кромки ползуна не учитывается.
Развитие площади контакта и высоты смятия поверхности ка- тания колеса вследствие удара
Согласно экспериментальным исследованиям, кривая циклического деформирования перестает расти при . Это свидетельствует о том, что при дальнейших ударах смятие уменьшается до нуля, происходит жестко-упругий удар, который способствует развитию трещин, что и случилось при сходе поезда 17 марта 2002 года на перегоне Давлеканово – Шингак - Куль Башкирского отделения Куйбышевской железной дороги [33]. При этом ползун достиг глубины . Результаты специальных исследований, проведенных ВНИИЖТ по оценке нагруженности и живучести цельнокатаных колес, показали, что при превышении нормативного значения неравномерного проката динамическая нагрузка ударного характера взаимодействия колеса и рельса в условиях зимней эксплуатации при минимальной толщине обода 22 возрастает в 4 – 5 раз относительно нормальных условий эксплуатации (теплое время года, полный обод и отсутствие дефектов на поверхности катания колеса). При этом в диске в приободной зоне колеса под действием динамических ударных нагрузок величиной более возникают напряжения, значительно превышающие допускаемые и снижающие более чем в 2,5 раза усталостную выносливость металла диска, в результате чего в диске возникают усталостные трещины, приводящие к изломам колес в эксплуатации [33]. Особенно опасно сочетание ползуна даже небольшого размера с неравномерным прокатом. Наличие их приводит к катастрофическому нарастанию напряжений. Так, в упомянутом выше случае схода на месте закатанного ползуна образовался неравномерный прокат (рис. 2.12) и выщербины, что привело к большим ударным нагрузкам.
Из анализа полученных результатов следует: 1. При скоростях поезда, меньших критической, остаточная вертикальная деформация после удара наиболее интенсивно уменьшается на первых ста километрах (рис. 2.16). В дальнейшем это уменьшение замедляется, в силу увеличения площади контакта и упрочнения материала при многоцикловом нагружении, и текущая высота смятия стремится к нулю. При этом влияние силы упругости рессорного подвешивания на развитие ползуна мало. 2. Суммарная высота смятия (рис. 2.17), как и площадь ползуна (рис. 2.18), напротив, сначала быстро растут ( до ), затем этот рост снижается, и исследуемая величина стремится к некоторому постоянному значению, в связи с упрочнением материала колеса. Это позволяет прогнозировать момент прекращения накопления пластической деформации и появления усталостных трещин.
При оценке достоверности полученных результатов будем исходить из того, что наиболее эффективно ползун развивается при прямолинейном движении колесной пары и при абсолютной твердости рельса. В действительности рельсовый путь обладает определенной жесткостью, и в общем случае она неодинаково распределена по длине рельсового звена. Расчеты, проведенные в [84], показали, что прогиб рельсового звена на неравноупругом пути изменяется по периодическому закону. Допустим, что этот закон одинаков для обоих рельсов. В соответствии с этими отклонениями колесная пара будет подпрыгивать, оставаясь в постоянном контакте с рельсом. В работе [84] показано, что амплитуда этих подпрыгиваний не превышает 1,5 мм, а ускорения достигают и имеют периодический характер. Для центра колеса это будут ускорения, которые также следует учесть при оценке точности полученных результатов. Учитывая, что амплитуда этих отклонений весьма мала, а также тот факт, что период этих отклонений ( ) на порядок выше, чем продолжительность вращения колеса, имеющего ползун, вокруг передней кромки A ( ), можно сделать вывод, что на развитие ползуна эти отклонения повлияют незначительно. Что касается влияния ускорения подпрыгивания колесной пары на развитие ползуна, то как показали расчеты, появляющаяся вследствие этого ускорения сила инерции не приводит к погрешности в определении скорости в начальный момент удара выше, чем 0,034%. Учитывая периодичность силы инерции в соответствии с ускорением подпрыгивания, это влияние на развитие ползуна также незначительно. Представляет интерес сравнение полученных здесь результатов по характеру вращения колеса, имеющего ползун, вокруг передней кромки ползуна, с результатами, полученными в [9]. На рис. 2.19 показаны фазовые траектории результатов, полученных автором и полученных в работе [9].
Прогнозирование развития площади контакта и высоты смятия поверхности катания колеса вследствие удара
Наиболее распространенным дефектом на поверхности катания колеса является ползун, появляющийся в результате скольжения колесной пары, заклиненной тормозной колодкой. Как отмечено в [8], он относится к числу коротких неровностей, «у которых мгновенный центр вращения колеса мгновенно переходит из одного положения в другое, то есть имеет место ударное взаимодействие колеса и рельса». Возникновение на поверхности катания колеса ползуна способствует снижению безопасности движения. Доказательством тому служит тот факт, что при безотрывном движении колеса с ползуном по рельсу наблюдается многократное повторение удара плоскостью ползуна о рельс. Это приводит к росту длины площадки ползуна и увеличению ударной нагрузки на рельс. И если своевременно не снять такое колесо с эксплуатации, то возможен излом рельса или разрушение кругов катания колеса. При скоростях, больших критической ( ), удар происходит по задней кромке ползуна, а затем по задней кромке площадки, образованной вследствие предыдущего удара. Происходит «закатывание ползуна», а колесо приобретает овальную форму.
Другая опасность состоит в том, что ползун способствует дополнительной разгрузке колеса (вплоть до обезгрузки). Это может привести к тому, что при возможном набегании колеса гребнем на боковую грань головки рельса гребень не будет скользить по головке рельса, а накатится на нее, и произойдет сход. Необходимо отметить, что помимо разгрузки, ползун способствует появлению дополнительной нагрузки на колесо, обусловленной динамикой кузова вагона.
В соответствии с [79], запрещается выпускать в эксплуатацию и допускать к следованию в поездах вагоны при наличии ползуна (выбоины) на поверхности катания у вагонов с роликовыми подшипниками глубиной более 1 мм. При обнаружении на промежуточной станции у вагона с роликовыми буксовыми подшипниками ползуна (выбоины) глубиной более 1 мм, но не более 2 мм разрешается довести такой вагон без отцепки от поезда (пассажирский со скоростью не выше , грузовой не выше ) до близлежащего пункта технического обслуживания (ПТО), имеющего средства для смены колесных пар. В соответствии с этим принято, что глубина ползуна, близкая к 1 мм (при ), является границей, ниже которой ползун закатывается, а выше которой – развивается (его размеры становятся больше) вследствие пластической деформации. Теоретическое обоснование существования указанной границы представляет самостоятельную задачу, требует специального исследования и не входит в цели автора. С учетом этого задачу дальнейшего развития ползуна в процессе эксплуатации можно рассматривать как задачу прогнозирования размеров ползуна с учетом таких важных возмущающих факторов, как упругость рессорного подвешивания и неровность рельса, которая представляется актуальной и имеет научный и практический интерес. С учетом вышесказанного, название диссертационной работы сформулировано так: «Прогнозирование развития ползуна и оценка его влияния на динамику колеса». В диссертационной работе рассматривается динамика вагонного колеса, имеющего ползун, при движении по прямой. Движение в кривых не рассматривается. Из соображений простоты выкладок исследуется движение только одного колеса, но все рассуждения справедливы и для другого колеса пары. Под прогнозированием развития ползуна понимается способ предварительной оценки размеров ползуна (площади ползуна от пройденного пути). Причем считается, что площадь эта увеличивается до определенных размеров. Одной из причин роста площадки контакта может быть проскальзывание с трением, когда ползун касается рельса. Однако, по мнению автора, наиболее распространенной причиной является пластическая деформация поверхности обода вследствие удара, возникающего при каждом обороте в момент контакта ползуна с рельсом. Именно это обстоятельство положено в основу разработки методики расчета этого дефекта в процессе эксплуатации. Целью исследования является повышение безопасности движения методом прогнозирования развития плоского дефекта (ползуна) на поверхности катания колеса с течением времени за счет определения максимально допустимых размеров ползуна и оценка его вклада в разгрузку колесной пары с учетом влияния упругости рессорного подвешивания кузова вагона и вертикальной неровности пути. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи: - разработать метод расчета динамики колеса, позволяющий прогнозировать развитие ползуна с течением времени при скоростях поезда, меньших критической, с учетом указанных выше возмущений; - разработать метод прогнозирования развития ползуна с течением времени при скоростях поезда, больших критической, с учетом указанных выше возмущений; - изучить характер изменения силы реакции рельса, действующей на колесо в месте контакта, и на базе этих исследований оценить вклад ползуна в разгрузку колеса.
Объектом исследования является вагонное колесо, имеющее ползун на поверхности катания. В работе использованы методы и законы классической механики, теории упругости и пластичности, а также математический аппарат линейных и нелинейных дифференциальных уравнений.
Динамика колеса при скоростях, меньших критической
Теоретическим и экспериментальным исследованиям по вопросам взаимодействия колеса с ползуном и рельса посвящены работы Вериго М.Ф., Когана А.Я., Вершинского С.В., Данилова В.Н., Хусидова В.Д., Шахунянца Г.М., Сладковского А В., Погорелова Д.Ю. и многих других ученых. Основное внимание в этих работах уделяется вопросам взаимодействия колеса с неровностями на поверхности катания и рельса, а именно: исследованию дополнительных напряжений в рельсах, возникающих при ударах бандажей колесных пар с плоской деформацией; исследованию дополнительных механических напряжений на теле колеса и других элементах ходовой части вагона и локомотива и, как следствие, характеру разрушения кругов катания колесных пар в зависимости от размеров ползуна; исследованию динамических нагрузок на экипажную часть вагона и верхнее строение пути (вертикальным колебаниям более высокой частоты, вибрациям пути, перегружающим ускорениям необрессоренной массы вагона, акустическому эффекту, дополнительным силам и ускорениям ходовых частей вагонов); разгрузке колеса, вызванной ползуном; расчету сил удара при движении колеса с ползуном по неровностям пути в зависимости от скорости движения и размеров ползуна.
Вместе с тем отсутствуют сведения, содержащие оценку развития ползуна с течением времени, а также вклада в это явление таких важных факторов, как упругость рессорного подвешивания кузова вагона и неровность пути. Научную новизну представляет разработанный в диссертации метод расчета динамики колеса, имеющего ползун, с учетом упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности пути, который позволяет прогнозировать развитие ползуна с течением времени и оценивать вклад ползуна в разгрузку колеса.
Достоверность научных результатов подтверждается сравнением с теоретическими и экспериментальными исследованиями других авторов, а также отчетными данными комиссии по расследованию схода грузового вагона. Разработанный метод расчета динамики колеса с ползуном позволяет: - определить текущие размеры площадки ползуна и высоту смятия материала колеса вследствие пластической деформации при ударе и оценить текущий вклад ползуна в разгрузку колеса; - рекомендовать способ прогнозирования развития ползуна, обеспечивающий специалистов - эксплуатационников необходимой текущей информацией о размерах ползуна для своевременного принятия решения о допустимом плече транспортировки вагона с ползуном и допустимой скорости движения; - предложить дополнения к ПТЭ в части движения колеса с ползуном, направленные на повышение безопасности движения. На защиту выносятся следующие положения: - метод прогнозирования размеров ползуна и высоты смятия вследствие пластической деформации при ударе при скоростях, меньших критической, с учетом возмущений, обусловленных упругостью рессорного подвешивания и вертикальной неровностью рельса; - метод прогнозирования развития ползуна с учетом возмущений, обусловленных упругостью рессорного подвешивания кузова вагона и вертикальной неровностью пути, при скоростях поезда, больших критической; - метод оценки вклада ползуна в разгрузку колеса.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов по главам, заключения, списка литературы, 2 приложений. В первой главе проведен обзор и выполнен анализ исследований других авторов по динамике колеса, имеющего ползун. Вторая глава [18, 56, 57, 59, 80] посвящена разработке метода прогнозирования развития ползуна на поверхности катания колеса при скоростях поезда, меньших критического значения. Третья глава [16, 17, 19, 20, 58] посвящена разработке метода прогнозирования развития ползуна на поверхности катания колеса при скоростях поезда, больших критической. В четвертой главе [15, 60] рассматривается задача динамики вагонного колеса с ползуном с учетом упругости рессорного подвешивания и дисбаланса центра масс. В пятой главе на основании разработанной методики расчета развития ползуна на колесной паре в зависимости от его первоначальных размеров, скорости движения и статической нагрузки на ось предлагаются дополнения к ПТЭ в части движения колеса с ползуном и рассчитывается ожидаемый экономический эффект от применения этих рекомендаций.
Теоретическим и экспериментальным исследованиям по вопросам взаимодействия колеса с ползуном и рельса посвящены работы Вериго М.Ф., Когана А.Я., Вершинского С.В., Данилова В.Н., Хусидова В.Д., Шахунянца Г.М., Добычина И.А., Комарова К.Л., Яшина А.Ф., Анисимова П.С., Сладковского А.В., Погорелова Д.Ю., Кудюрова Л.В., Туранова Х.Т., Воробьева А.А., Федорова В.В., Червинского В.П., Hersalek Stanislav, Masin Aloisi, Верхотина А.А., Богданова В.М., Сергеева Д.А., Ginalski Marian, Benedek Teofil, Шевченко В.В., Жданова С.М., Birmann F., Яковлева В.Ф., Кудрявцева Н.Н., Кривошеева В.Н., Кривободрова А.А., Сато Ютака, Пахомова М.П., Кучеренко В.К., Семенова И.И., Костов Тодов, Данченко О.А., Towpik Kazimierz, Ono Kazuyosi, Itoo Yosio, Кузнецова А.В., Баранова В.А., Сакало В.И., Демьянова Ал.Ал. и других исследователей. Труды авторов прошлых лет и настоящего времени, работающих в данном научном направлении, в основном посвящены: причинам образования геометрических неровностей на поверхности катания колеса; способам обнаружения ползунов, выбоин, наволакивания металла на поверхности катания колеса; взаимодействию колеса с неровностями на поверхности катания и рельсом; исследованию геометрических неровностей колес подвижного состава и рельсовых нитей; исследованию динамики колесных пар с изношенными бандажами; исследованию эксцентриситета железнодорожного колеса; исследованию износа бандажей железнодорожных колес вследствие трения скольжения; проблеме устойчивости движения колеса по рельсу; исследованию развития ползуна на поверхности катания колеса; другим аспектам проблемы.
К работам, посвященным причинам образования геометрических неровностей на поверхности катания колеса, относятся [35], [37-38], [58-59], [98], [103-104], [112]. В [103] отмечено, что «наиболее распространенным дефектом поверхности катания являются местные отколы кругового наплыва ( ), если не считать ползуны, образование которых в малой степени зависит от геометрии поверхности катания колес». В [58-59] даны рекомендации по выбору стали для колес подвижного состава. В [38], [104], [112] приводится анализ причин образования ползунов на поверхности катания бандажей колес, а также рекомендации, направленные на снижение дефектов. Так, в [112] приведены следующие причины возникновения ползунов и наплывов на бандажах колес: неисправность тормозного оборудования и неудовлетворительное его содержание, оставление ручных тормозов включенными, атмосферные явления, примерзание тормозных колодок к бандажам колес, попадание на поверхность катания головок рельсов веществ, имеющих небольшой коэффициент трения, разница диаметров колес по кругу катания, применение тормозных башмаков при роспуске вагонов». В [38] отмечается, что «для ликвидации случаев заклинивания колесных пар необходимо установить единый тормозной коэффициент для всех цельнометаллических вагонов». В [104] сказано: «Чтобы предотвратить образование ползунов и наплывов, необходимо строго соблюдать правила торможения». Здесь же приведены методы и приемы правильной эксплуатации и ремонта подвижного состава, позволяющие избежать этих дефектов. В [98], среди прочего освещены физико-химические, молекулярно-механические процессы на поверхности катания, механизм образования выщербин и выбоин, а также влияние качества обточки колес на износостойкость.
