Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы и анализ факторов, влияющих на фрикционные характеристики пары колесо-рельс 6
1.1. Контактное взаимодействие твердых тел с учетом шероховатости 8
1.2. Влияние электрического тока и магнитного поля на фрикционные характеристики 17
ГЛАВА 2. Моделирование контактного взаимодействия твердых тел 36
2.1. Трибосистема и её характеристики 36
2.2. Контактирование сферы с шероховатой поверхностью 38
2.3. Динамика трибосистем 47
Выводы 54
ГЛАВА 3. Методика экспериментального исследования фриквдонных характеристик пары трения колесо-рельс 55
3.1. Обоснование стендовых установок „... 55
3.2. Методика проведения эксперимента 61
3.3. Последовательность выполнения эксперимента 62
3.4. Аппаратура и точность измерения рассматриваемых факторов и выходного параметра 69
Выводы 71
ГЛАВА 4. Влияние электрического тока и магнитного поля на коэффициент сцепления 72
4.1. Выбор модели 72
4.2. Проверка адекватности модели 74
4.3. Определение параметров сдвиговой прочности молекулярных связей, полученных на одношариковом трибометре 80
4.4. Оценка фрикционных параметров с учетом влияния электромагнитных полей и наличия промежуточной среды 84
4.5. Оценка зависимостей коэффициента трения от нагрузки, электрического тока и магнитного поля для разных условий состояния контакта 90
Выводы 94
ГЛАВА 5. Управление процессом сцепления колеса с рельсом путем воздействия на контакт электрического тока и магнитного поля 96
5.1. Влияние температурных полей на трибологические показатели 97
5.2. Экспериментальные исследования 100
5.3. Анализ результатов экспериментальных исследований 107
5.4. Изменение шероховатости при прохождении через площадь касания электрического тока и воздействии магнитного поля 111
Выводы 118
Общие выводы и рекомендации 119
Список литературы 121
Приложение 132
- Влияние электрического тока и магнитного поля на фрикционные характеристики
- Контактирование сферы с шероховатой поверхностью
- Аппаратура и точность измерения рассматриваемых факторов и выходного параметра
- Определение параметров сдвиговой прочности молекулярных связей, полученных на одношариковом трибометре
Введение к работе
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.н.), 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.
Влияние электрического тока и магнитного поля на фрикционные характеристики
Однако вопрос о влиянии прохождения электрического тока .на трибологические пары трения металл-металл до сих пор остается неясным.
Влияние прохождения электрического тока через токопроводящие подвижные контакты на: их трибологические характеристики рассматривались в работах Р: Хольма, А.В. Чйчинадзе, А. А. Клыпынина, Н.К. Мышкина, А.С Ахматова, Б.В; Дерягина; Б.И. Костецкого, И.В. Крагельского СН; Постникова;, В.В. Измайлова, Д.Н. Еаркунова и др.
Основная часть.высказываний о механизме прохождения, электрического тока через контакт относится к теории скользящего контакта. Были предложены [90, 91] несколько различных механизмов: Ван-Ееель,основывал: свою теорию на автоэлектронной эмиссии; Я}. Френкель исходил из представлений О: туннельном эффекте. Однако эти механизмы, давали: результаты лишь для таких контактов, которые можно трактовать, как очень малые зазоры - порядка несколько ангстрем. В; дейетвительносщ могут функционировать более широкие зазоры, обнаруживая электропроводность, возрастающую с повышением температуры.
Эти факты Я! Френкель объясняет, механизмом, термоэлектронной эмиссии, облегченной уменьшением работы; выхода электрона на величину тем большую ; чем; уже зазор; Последнее обстоятельство объясняется тем,, что работа выхода: электрона из металла: связана с преодолением; силы электрического; изображения, которая:действует на улетающий электрон. В; самом; деле, сила;, действующая на электрощ находящийся; в промежутке между двумя металлами, равна приблизительно разности двух сил, притягивающих его к каждому из этих металлов.
В работе [96] О.А Троицкий, А.Т. Розно указывают на явление скачкообразной деформации металлов под действием импульсов электрического тока от 600 до 4800 А продолжительностью 0,0001 сек. Данное явление объясняется воздействием электронов на движение дислокаций. Направление дрейф электронов стимулирует выход дислокаций на поверхность. Это явление получило название - электропластический эффект [79, 105]. В результате дрейфа электронов в приповерхностной области происходит более медленное нарастание скрытой энергии деформации, чем при отсутствии тока. Это изменение прочностных свойств приповерхностного слоя при трении обнаружено экспериментально на паре трения никель - никель.
Важно отметить, что электропластический эффект [79] при трении наблюдался при пропускании относительно слабых токов, причем минимум наклепа для никеля-имел место при силе тока 10 мА. Эксперименты показали циклический характер изменения прочностных свойств при трении. В начале испытаний плотность дислокаций возрастает до максимального значения, а затем происходит спад. В дальнейшем цикл изменения плотности дислокаций повторяется. Интересно отметить, что подобная цикличность в никелевом образце наблюдается при отсутствии прохождения тока и при прохождении тока в присутствии смазочного материала ЦИАТИМ - 201.
Важнейшим процессом при трении материалов является пластическая деформация тончайших поверхностных объемов, обусловленная движением и взаимодействием дислокаций, при выходе которых на поверхность могут изменяться силы внешнего трения [79]. Поэтому представляет большой интерес рассмотренные возможности управления перемещением дислокаций, а следовательно, пластическим деформированием поверхностного слоя с помощью электрического тока. В работе [3] указывается на то, что при внешнем трении-твердых тел происходят процессы нарушения адгезионных связей и разрушение материалов контактирующих тел. Эти процессы в свою очередь сопровождаются комплексом электрофизических явлений, таких как электролизация поверхностей, газовый разряд, эмиссия фотонов и заряженных частиц. Интенсивность электроадгезионных процессов определяется электропроводностью трущихся тел, окружающей средой и формой пары трения. Электроадгезионные явления при трении инициируют механохимические процессы, протекающие в зоне фрикционного контакта. Появление за счет трибоэлектризации дополнительных сил электростатического взаимодействия увеличивает коэффициент трения.
В работе [59] указывается, что обеспечение высокой работоспособности узлов трения обусловлено созданием на поверхности металлического контр тела пленки переноса (третьего тела), существование которой является результатом конкурирующих процессов ее стирания, изменения и восстановления. Для нагруженных электрическим током узлов трения пленка переноса должна выполнять двойную роль: в возможной полной мере реализовывать условия самосмазывания и минимальный износ и обеспечить стабильное с низкими электрическими потерями токопрохождение. Д.Н. Гаркунов отмечает [20], что внешнее электрическое поле является фактором, влияющим на процесс изнашивания. Так, X. Бергенхейм на основе большого числа наблюдений работы судовых дизелей установил наличие повышенного износа трущихся деталей при применении сернистого топлива и низкой изоляции проводов электрической установки. Вероятно, причиной этого, явилось включение цилиндро-поршневой группы в контур электрической установки, усиливающее коррозию. Имеются, однако, примеры, когда пропускание электрического тока через пару трения положительно сказывается на износостойкости детали. Так, для уменьшения силы трения и износа поверхностей предлагается вводить в смазочное масло до 5 % присадок, состоящих из органических фосфидов соответствующих металлов, и пропустить постоянный электрический ток низкого напряжения силой 1-10 А через слой масла, заключенный между поверхностями трения [Пат. 977-577 (Англия)]. При прохождении тока происходит электриче 20 ское осаждение металла на поверхности трения из присадок, добавленных в масло, в результате уменьшается сила трения и износ поверхностей.
По данным В.А. Бобровского, В.Я. Кравченко, О.А. Троицкого, А.Г. Розно [8, 56, 96] электрический ток вызывает разрядку дислокаций и увеличивает пластичность поверхностного слоя, так же как и магнитные поля. Дрейфовая скорость электронов в микронеровностях контактируемых при трении металлов поверхностях может быть одного порядка со скоростями движения дислокаций. Отсюда возникает предпосылка для возникновения электропластических эффектов при трении и резании металлов. Импульсы электрического тока способствуют выходу на поверхность трения новых дислокаций и интенсифицируют деятельность источников дислокаций. Это может влиять на процесс трения и изнашивания, на коэффициент трения металлов, который по данным работы [76], пропорционален отношению конечной и исходной плотностей дислокаций.
Влияние электрического тока на движущиеся дислокации может ока-г заться существенным лишь при низких температурах [79]. При трении и резании металлов это условие не выполняется. Однако, по мнению В.Я. Кравченко [56], можно обнаружить эффект ускорения дислокаций в том случае, когда сила трения F1 меняет знак, т.е. когда ускорение будет сменяться торможением. Разностный эффект воздействия F1 может оказаться заметным, при этом и ограничение из-за разогрева кристалла легче ослабить, так как разогрев одинаков в режимах ускорения и торможения. При импульсном воздействии тока при трении и резании создаются условия для реализации разностного эффекта. Таким образом, выдвинутая гипотеза позволяет с новых позиций трактовать эффект влияния слабых электрических токов на процесс трения и резания металлов.
Контактирование сферы с шероховатой поверхностью
В самом общем виде кибернетическая модель трибосистемы показана на рис. 2.1. Структурная схема трибосистемы, представленная на рис. 2.2, включает в себя следующие элементы структуры: 1, 2 - элементы пары трения; 3 — смазочный материал; 4 - окружающая среда (атмосфера); 5 - гипотетическая оболочка, которой обычно ограничивают конкретную трибосистему; 6 - упру-го-диссипативные связи.
Выделение системы позволяет, во-первых, найти ей место в системной иерархии в качестве подсистемы и, во-вторых, уменьшить число элементов и соответственно факторов, влияющих на поведение трибосистемы, считая несущественными те факторы, которые оказывают незначительное влияние на функционирование и взаимосвязи элементов системы.
Дополним абстрактное представление трибосистемы упруго-диссипатив-ными связями (рис. 2.2 б). Подобное дополнение позволяет оценить влияние вибрационного воздействия на характеристики контактирования и поведение всей трибосистемы.
Рассмотрим с самых общих позиций особенности поведения трибоси-стем как систем с большим количеством взаимодействующих элементов. Здесь в качестве элементов могут рассматриваться объекты молекулярных и атомных структур твердого материала (элементов пары трения) и смазочного материала. Дадим некоторые определения. 1. Трение представляет собой универсальное явление, определяющее необратимость процессов разной природы. 2. Трение - реакция системы на любое внешнее воздействие. 3. Трибосистема, подверженная внешнему воздействию, стремится сохранить исходное устойчивое состояние. Она сопротивляется внешнему воз 38 действию всеми доступными ей средствами, инициируя процессы разной природы, направленные на: достижение первоначального: состояния; Причем сначала протекают процессы; с малыми энергетическимшзатратами: 4. Ири исчерпании.всех средств, доступных системе, происходит разрушение (износ) нагруженных элементов системы. 5. Трибосистема- стремится обеспечить состояние, характерное для paBv 6. Размеры трибоеистемы будут минимальными, если рабочая темпера тура близка к температуре, при которой: происходит разрушение элементов: структуры приповерхностного слоя; и смазочного материала; но не превышает ее. Это относится и к температуре заедания, когда трибосистема работает в ус ловиях граничной смазки. Дополнением; к этому положению может служить следующее: минимальные размеры могут быть достигнуты, когда все нагруженные элементы работают при предельно:допустимых температурах, причем у каждого элемента имеется своя предельная температура. Исследование влияния электрического тока и-магнитного поля на трибо-логические характеристики (в частности, удельное сдвиговое сопротивление) проводилось нами: с помощБЮі известной схемы: одношарикового трибометра. Для выявления эффекта влияния потребовалось, решить задачу о контакте шара с шероховатой поверхностью. Контакт шара с шероховатой поверхностью привлекает к себе: внимание, прежде всего,; своей практической направленностью; Подобный контакт имеет место в подшипниках: качения;, в колесах Новикова, в раз личных электромеханических системах, например, в системе магнитная головка- - диск. Для выявления поведения этих узлов трения и ж ходимы знания о параметрах контактирования, к которым отнесем: контурную и фактическую площади касания- нормальную жесткость и т.п. Перечисленные параметры зависят от многих факторов, среди которых отметим нагрузку, физико-механические и геометрические особенности шероховатого слоя, материалы сопрягаемых тел, наличие или отсутствие смазочного материала. При контактном взаимодействии криволинейных поверхностей часто используют статистическое описание поверхности и рассматривают упругое состояние контакта. На основе статистического описания в работе [28] предложен алгоритм решения задачи упругого контактирования сферических тел с учетом шероховатости. Попытка упростить алгоритм решения подобной задачи была предпринята в [29]. Тем не менее, пригодные для инженерных расчетов соотношения не были получены. На основании анализа экспериментальных данных и аналитических методов расчета параметров контактирования сферы с полупространством с учетом наличия шероховатого слоя был сделан вывод о том, что расчетные параметры зависят не столько от деформации шероховатого слоя, сколько от деформации отдельных неровностей [92]. При разработке модели контактирования сферического тела с шероховатой поверхностью учитывались полученные ранее результаты: - при малых нагрузках давление для шероховатой поверхности меньше рассчитанного по теории Г. Герца и распределяется по большей площади (Дж. Гринвуд, Дж. Вильямсон); - 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); - отсутствуют пригодные для расчета параметров контактирования простые выражения и не достаточно развита экспериментальная база. В данной работе предлагается подход, основанный на фрактальных представлениях о шероховатой поверхности как о геометрическом объекте с дробной размерностью [15, 92, 93]. Используем следующие соотношения, отражающие физические и геометрические особенности шероховатого слоя.
Аппаратура и точность измерения рассматриваемых факторов и выходного параметра
Экспериментальные исследования процессов, происходящих в контакте колеса с рельсом, проводят на лабораторных установках [2, 12, 18, 44], с исполнением Катковых стендов [46, 69, 104], и в реальных условиях эксплуатации подвижного состава [7, 21, 65, 71].
Каждое направление исследований имеет свои преимущества и недостатки. В данном случае применены лабораторные методы исследований, которые позволяют выделить из общего количества основные факторы, влияющие на процесс сцепления. При применении таких исследований (на лабораторных установках) легче соблюсти принцип, сформулированный В.Д.Кузнецовым [60]: "Задача научного исследования и заключается в том, чтобы исследовать явление не во всей сложности, а в упрощенном виде, когда из всех влияющих на это явление факторов изменяется только один, а остальные остаются неизменными". При использовании лабораторных установок можно получить качественную картину изменения и дать количественную оценку коэффициента сцепления при варьировании того или иного фактора.
Анализ литературных источников [3, 43, 57, 66] позволяет сделать вывод о том, что величину молекулярной составляющей коэффициента трения между колесом и рельсом, измерение ее величины при воздействии тока и магнитного потока можно оценить с помощью трибометров (шариковых или роликовых).
В связи с достаточно малой шероховатостью поверхности шара механической составляющей силы трения можно пренебречь. Это условие обеспечивается, кроме того, пластическим деформированием неровностей (сплющиванием) рабочих поверхностей плоского образца, вследствие чего фактическая площадь контакта весьма близка к контурной площади.
Кроме того шаровой индентор позволяет: - обеспечить высокие контактные напряжения при сравнительно малых нагрузках; - шаровая форма устраняет возможные неточности за счет перекоса, возникающего при вращении; - получаемые пластические отпечатки удерживают шар при вращении в лунке, причем отпечаток имеет сферическую форму и остается неизменным при вращении индентора; Стендовая установка для исследования влияния электрического тока и магнитного потока на трибологические характеристики в контакте колеса с рельсом разработана и изготовлена при участии автора на кафедре "Локомотивы" Брянского государственного технического университета [18]. Одношариковый трибометр 5 (рис. 3.2) посредством троса 5 (рис. 3.1) связан с тензобалочкой 7 с закрепленными на ней тензодатчиками 8 и приемным валиком 4. Приемный валик 4 приводится во вращение через понижающий редуктор 3 электродвигателем 2 постоянного тока с независимым возбуждением. Тензобалочка 7 опирается и скользит по направляющим 6. Для уменьшения сил сопротивления движению тензобалочки 7 от соединительных проводов 15 компенсационного датчика 16, используется устройство 12, аналогичное трибометрическому устройству 9. Движение соединительных проводов 15 происходит по вспомогательному тросику 13 синхронно с движением тензобалочки 7. Посредством втулки 14 можно закреплять провода в определенном месте вспомогательного тросика 13. Основной частью установки является трибологическое устройство об щей вид которого изображен на рис. 3.2. На основании 1 установлено; изоля ционная прокладка 2 (рис. 3.2) к которой прикреплено нижняя опорная плита 3. На опорных плитках - нижней 3 и верхней подвижной 6 крепятся направ ляющие обоймы 10, в которых устанавливаются испытуемые образцы 11. Ме жду ними помещается одношариковый трибометр 5 (шарик полированный, из " стали ШХ15, закреплен в специальную дисковую обойму из немагнитного ма t териала с кольцевым пазом). Испытуемые образцы И, с помещенным между ними одношариковым трибометром 5, сжимаются под действием вертикаль ной нагрузки, которая создается штоком 7, связанным с подвижной плитой 6. На шток 7 воздействует нагрузочный рычаг 9. Изменяя величину грузов на конце рычага 9 можно получить необходимые значения вертикальной сжи мающей силы. Для уменьшения трения направляющая втулка 8 изготовлена из латуни. Для создания магнитного потока на нижней опорной плите 3 установ лена электромагнитная катушка 13, связанная посредством магнитопровода с верхней подвижной плитой 6. Постоянный ток через токоподводящие контакты 4, укрепленные на испытуемых образцах 11, подается от аккумуляторной батареи. В состав измерительной аппаратуры 11 (рис. 3.1) входят стабилизированныи источник питания ВИП-010, тензоусилитель ТУП-12, осциллограф НО 715, амперметр типа М 2016, измерительный комплект К505.
Определение параметров сдвиговой прочности молекулярных связей, полученных на одношариковом трибометре
Для уменьшения трения на конце магнитопровода 15 установлены два шарикоподшипника 7. Подвод электрического тока осуществляется посредством то-коподводящих клемм 13. Выполнение опытов на установке (рис. 3.5) происходит в следующей последовательности: 1. Проводится тарировка тензобалок 4 и 17. 2: Устанавливается необходимая скорость вращения колеса 8, посредством регулирования электродвигателя 2. 3. Выключается электродвигатель 2. 4. Очищаются поверхности .образца 14 и колеса 8. 5. Устанавливается требуемое значение тока и магнитного потока в катушке 1 6. Прижимается колесо 8 к образцу 14 посредством поворота плиты 9 на кронштейнах 3 с заданным усилием. 7. Включается электродвигатель 2 и осуществляется поворот колеса на угол 30. 8. Включается электромагнитная катушка и подаётся ток к клеммам 13 от сварочного трансформатора ТДМ-2. При проведении эксперимента на установке (рис. 3.6), используется сварочный трансформатор ТДМ-2, ток которого можно регулировать до 560 А. 9. После поворота колеса 8 еще на 30 электродвигатель 2 выключается. 10. Производится повторная тарировка тензобалки 4 и тензобалочки 17. При выполнении пунктов 7-9 происходит запись силы тяги между коле сом 8 и образцом 14 через тензоусилитель на бумагу осциллографа. Трансформатор подключается к клеммам 13 (рис. 3.7) через выпрямитель, на выходе которого имеется батарея сглаживающих конденсаторов. Ток в электромагнитной катушке 1, (рис. 3.5), предназначенной для создания магнитного потока, регулируется посредством автотрансформатора. Регулировании частоты вращения электродвигателя осуществляется с помощью электрической схемы, изображённой нарис 3.7.
Двигатель параллельного возбуждения хорошо подходит к полупроводниковым регуляторам, которые могут обеспечить плавное изменение скорости вращения в широких пределах. Такому двигателю свойственно относительное постоянство скорости при изменениях момента нагрузки, поэтому регулирование скорости может осуществляется путём воздействия на напряжение якоря. Применение в таком двигателе небольшой дополнительной последовательной обмотки возбуждения может сделать скорость практически не зависимой от момента.
Такой эффект может быть получен за счёт обратной связи, преобразующей информацию о скорости в соответствующие изменения напряжения на якоре. Источником питания является однофазная мостовая схема, к выходу которой постоянно присоединена обмотка возбуждения ОВ. Напряжение питания на якорь подаётся через тиристор Т, и регулируется путём изменения угла отпирания тиристора в пределах каждого полупериода.
Диод Д1 обеспечивает протекание тока якоря в то время, когда тиристор заперт. Без диода ток якоря продолжал бы протекать через тиристор и выпрямительный мост, что сделало бы запирание тиристора невозможным.
В начале каждого полупериода тиристор находится в запертом состоянии конденсатор начинает заряжаться током, протекающим в контуре: якорь, диод Д2, переменный резистор R.
Время, необходимое для повышения напряжения на конденсаторе до уровня переключения стабилитрона СТ, при отпирании короткого на тиристор подаётся управляющий импульс и двигатель получает определённую порцию мощности, определяется сопротивлением резистора R и напряжением на тиристоре. Так как напряжение на тиристоре равно напряжению мостового выпрямителя за вычетом противо-э.д.с. якоря, момент отпирания зависит от противо-э.д.с, т.е. от скорости вращения двигателя. Уменьшение скорости вращения при увеличении момента нагрузки на валу снижает противо-э.д.с, а, следовательно, ускоряет зарядку конденсатора и уменьшает угол задержки отпирания тиристора, так что снижение скорости почти целиком компенсируется.
Энергия, накопленная в индуктивности якоря, вызывает протекание тока через диод Д1 в течение короткого интервала в начале каждого полупериода. Когда этот диод проводит, противо-э.д.с якоря не может появиться, и зарядка конденсатора осуществляется полным напряжением выпрямителя.
Время спада тока через Д1 к нулю и появление противо-э.д.с. зависит как от скорости вращения, так и от тока якоря. При малых скоростях и больших токах нагрузки диод остаётся проводящим большое время в начале полупериода. Это так же ускоряет заряд конденсатора С и тем самым обеспечивается компенсация изменения скорости.
Изменение величины напряжения на входе выпрямителя В осуществляется автотрансформатором АВ. Пороговое напряжение на стабилитроне GT определяется соотношение резисторов R1 и R2.
После проведения экспериментов проводилось профилометрирование -поверхности с целью оценки изменений топографии под воздействием внешних физических полей.
При выполнении экспериментов на установках (рис. 3.1 и рис. 3.5) использовались тензоусилитель ТУП-12, осциллограф Н0715, стабилизированный источник питания ВИП-010, измерительный комплект К505, амперметр типа М2016, аккумуляторная батарея 6СТ-450, сварочный трансформатор ТДМ-2, автотрансформатор АОСН-20-220-7594. Схема измерения параметров, характеризующих сцепление колеса с рельсом изображена на рис. 3.8.
При измерении момента вращения одношарикового трибометра использовалась тензобалка с двумя активными тензодатчиками В2, В3 и компенсационными тензодатчикамиВь В4 (рис. 3.8).
