Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 7
Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПУТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИ. . . 12
Удельные мощности локомотивов. Грузооборот. Расчетные коэффициенты сцепления 12
Образование силы сцепления колеса с рельсом 13
Влияние различных факторов на величину реализуемого коэффициента сцепления. Роль скольжения в реализации силы тяги локомотивом 18
Реология' поверхностных слоев загрязнений колес и рельсов. Поверхности трения со специфическими загрязнениями 28
Теплофизические процессы в зоне контакта колеса с рельсом 33
Вероятностный характер коэффициента сцепления колес с рельсами . 35
Эффективность средств стабилизации сцепления колес с рельсами ...... .... 38
Главные направления работ по улучшению сцепления колес с рельсами ... 41
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ СИЛЫ ТЯГИ ЛОКОМОТИВАМИ В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ. . 51
2.1. Методика проведения тяговых испытаний локо
мотивов 51
2.I.I. Условия проведения тяговых испытаний
локомотивов 51
Стр.
Выбор типа локомотива 51
Выбор места и времени проведения испытаний 52
Выбор метода регистрации коэффициентов сцепления колесных пар локомотивов 52
Методы регистрации исходного фрикционного состояния рельсового пути и погодных условий ...... 54
2.1.1.5. Методика обработки результатов измерений . 69
2.2. Эксплуатационные испытания локомотивов .... 73
Связь между исходными фрикционными характеристиками и коэффициентами сцепления локомотивов 2ТЭП60-053А, ТЭП75-0001 и ТЭП75-0002 73
Закономерности частоты возникновения боксо-вания отдельных колесных пар локомотивов 74
Влияние разгрузки колесных пар локомотивов
на степень реализации коэффициента сцепления 79
2.2.4. Особенности изменения коэффициента сцепления
по колесным парам локомотивов 83
Влияние скольжения колесных пар локомотивов на величину коэффициента сцепления для различных исходных фрикционных состояний рельсового пути 85
Определение математической модели процесса сцепления колес локомотива с рельсами методом многофакторного планирования эксперимента . . . . 90
Определение затрат мощности тягового привода при скольжении отдельных колесных пар локомотивов . . 96
Влияние нагрева слоя поверхностных загрязнений на фрикционные характеристики дорожек трения рельсового пути . 99
Стр.
Глава 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС ЛОКОМОТИВОВ С РЕЛЬСАМИ ЮЗ
Выбор критериев подобия при моделировании трения скольжения колеса по рельсу на стенде ЮЗ
Стенд для исследования процессов трения . . joy
Методика проведения лабораторных исследований на моделирующем стенде Ю9
Планирование эксперимента 109
Способы подготовки поверхностей трения
для проведения лабораторных исследований НО
Методы нанесения слоев поверхностных загрязнений . . из
Определение теплостойкости слоя поверхностных загрязнений колес и рельсов 114
Методика обработки результатов лабораторных исследований 116
Результаты лабораторных исследований .... 117
Особенности процесса трения скольжения при длительном скольжении ролика моделирующей лабораторной установки по поверхности пластины 117
Влияние толщины слоя поверхностных загрязнений на реализацию процесса трения скольжения ролика
по пластине 119
Влияние изменения удельной нагрузки в зоне контакта ролика с пластиной на их фрикционные характе-РИСТЕЗСИ -121
Зависимость коэффициента трения скольжения от скорости скольжения при различных удельных нагрузках в зоне контакта ролика с пластиной 121
Стр.
Закономерности изменения коэффициента трения скольжения с ростом скорости скольжения для различных видов загрязнений фрикционных поверхностей . 124
Тепловая стойкость вещества поверхностных загрязнений . 124
Результаты статистического планирования лабораторных исследований процессов трения колес по рельсу на моделирующей установке 126
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
ТЕІШОФИЗЙЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЗОНЕ ТРЕНИЯ КОЛЕСА С
РЕЛЬСОМ НА ФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
ЗАГРЯШЕНИЙ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ 131
4.1. Условия теплообмена в зоне контакта колеса
с рельсом при реализации силы тяги локомотивом на
сильно загрязненных дорожках трения рельсов 131
Глава 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 140
Влияние физико-химических и тепловых процессов, происходящих в зоне контакта, на фрикционные свойства колес и рельсов 140
Пути повышения коэффициента сцепления и стабилизации фрикционных характеристик колес и рельсов. . 141
Взаимосвязь между процессами, определяющими сцепление колес с рельсами и фрикционными характеристиками рельсового пути 147
Методика определения ограничения величины силы тяги по условиям сцепления с учетом реальных фрикционных особенностей рельсового пути 151
Стр. 5.5. Факторы, определяющие изменение основного
коэффициента сцепления 154
вывода 157
ЛИТЕРАТУРА 161
ПРИЛОЖЕНИЯ 177
Введение к работе
Железнодорожный транспорт Советского Союза является наиболее развитым и мощным в мире. Его ведущая роль определяется масштабами перевозок, составляющими около 80$ внутреннего грузооборота страны. Уровень использования отечественной железнодорожной техниси уже сейчас в 5-Ю раз более высокий, чем в наиболее развитых капиталистических странах. Однако, несмотря на это, растущее с каждым годом развитие всех отраслей народного хозяйства нашей страны требует дальнейшего повышения объема перевозимых грузов. По планам на период до 1990 года грузооборот возрастет вдвое по сравнению с 1970 годом. Уже в ближайшие годы средний вес поезда возрастет с 3-4 до 7-12 тысяч тонн, а скорости движения грузовых поездов будут доведены до 100 км/ч, а у пассажирских - до 180-200 км/ч. Успешное решение этих задач, поставленных перед железнодорожным транспортом Коммунистической партией и Советским правительством / 1,2,3 /, возможно только при всемерном развитии технического прогресса на железных дорогах, широкого и рационального использования достижений современной науки и техники,, расширения и углубления взаимосвязей ученых и практических работников железнодорожного транспорта /4,5/.
В настоящее время сложились условия, когда особо важное значение приобретает увеличение степени использования мощности имеющихся и вновь создаваемых локомотивов и тормозных систем. Помимо постепенного обновления парка локомотивов на более совершенные о улучшенными тяговыми и эксплуатационными характеристиками проводится большая работа по улучшению тяговых свойств ранее построенных локомотивов. В этих условиях требования к оценке тяговых свойств локомотивов значительно повышаются.
Для дальнейшего повышения эффективности экономики железнодорожного транспорта одним из основных направлений становится
также рациональное использование всех имеющихся ресурсов. Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших в стране потребителей металла, топливо-энергетических ресурсов и других материалов.
Ежегодно на транспорте потребляется свыше 31 млн. тонн условного топлива и более 61 млрд. кВт-часов электроэнергии. Непрерывный рост объемов перевозок, повышение скоростей движения обуславливают в перспективе рост потребности энергоресурсов /6/, а эксплуатация подвижного состава в различных климатических зонах ( Крайний Север, зона БАМ, Средняя Азия и т.д. ) увеличивают затраты на ремонт и восстановление узлов трения.
Наиболее остро обстоит дело с реализацией локомотивами оптимальных и экономически целесообразных режимов вождения поездов, определяемых в первую очередь сцеплением колес с рельсами. В настоящее время недостаточное использование фрикционных свойств колес подвижного состава и рельсов и других узлов трения приводит к неоправданным энергетическим потерям железнодорожного транспорта и выводу из строя локомотивов.
Результаты эксплуатации железнодорожного транспорта и другой техники показывают /7,8/, что на преодоление трения теряется от 1/3 до 1/4 всей вырабатываемой энергии, а потери вследствие износа составляют более 10$ выпускаемого ежегодно металла.
Обеспечение надежного сцепления колес подвижного состава и рельсов особенно важно, так как именно их взаимодействием обуславливается передача тяговых и тормозных сил.
Знание закономерностей изменения коэффициента сцепления и сопутствующих им энергетических затрат, степени влияния на них различных факторов, является предпосылкой дальнейшего прогресса локомотивостроения, автоматизации управления режимом ведения по-
езда.
Настоящая работа ставит своей целью выявление закономерностей изменения сцепления отдельных колесных пар локомотивов и энергонасыщенности процесса трения колес и рельсов в зависимости от фрикционных свойств контактирующих колес и рельсов с целью установления рациональных режимов ведения поездов с минимальными энергетическими потерями во "фракционной паре: колесо - рельс.
Исходным положением диссертационной работы явилось исследование физико-химических и теплофизических свойств контактирующих поверхностей для различных скоростей движения и относительного скольжения колесных пар.
Принятые в настоящее время одинаковые нормативные коэффициенты сцепления для всех серий локомотивов не позволяют учитывать влияние конструктивных особенностей подвижного состава на изменение фрикционных свойств контактирующих колес и рельсов при проходе колесных пар локомотивов по участку пути. Поэтому проведенные иссле дования процессов сцепления для отдельных колесных пар локомотивов дают возможность более обоснованно проводить конструкторские работы по созданию новых локомотивов с повышенным использованием сцепной массы и меньшими энергетическими затратами на ведение поезда.
Статистическая оценка процессов сцепления отдельных колесных пар локомотивов осуществлялась при постоянном контроле коэффициента статического трения роликовым трибометром, специально созданным для этой цели ( авторское свидетельство В 492412, "Устройство для измерения коэффициента трения между колесом и рельсом" ).
Создана новая методика определения теплофизических свойств слоя поверхностных загрязнений колес и рельсов с помощью лазерных устройств и установлена взаимная связь между теплофизическими и фрикционными характеристиками поверхностей трения колес и рельсов.
-ІО-На основании теоретического и экспериментального исследования дана статистическая оценка оптимальных с точки зрения энергетических затрат коэффициентов сцепления в зависимости от фрикционных свойств поверхностей трения.
Использование методов физического моделирования, теории подобия и математического планирования эксперимента позволило осуществить обширные экспериментальные исследования ( более 60 тысяч опытов ) при относительно низких затратах на их проведение.
Предложены новые способы воздействия на исходное фрикционное состояние поверхностей трения с целью улучшения сцепления колес локомотивов с рельсами ( авторские свидетельства № 732155, Jfe 732156, $ 943053 "Способы повышения сцепления колес железнодорожного транспортного средства с рельсами" ). Способ по авторскому свидетельству № 732156 признан Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий высокоэффективным и рекомендован им к вендрению на Московской ж.д.
Прибор для измерения коэффициента трения ( роликовый трибо.-метр )„ позволяющий определять в эксплуатационных условиях фрик -ционные характеристики рельсового пути и колес подвижного состава принят МПС к внедрению. Издан приказ МПС В 77/ЦЗ от 30.12.75 об изготовлении партии трибометров ( в том числе и для стран СЭВ ).
Использование роликового трибометра Коломенским тепловозостроительным заводом им.В,В.Куйбышева при испытаниях тепловозов показало его высокую эксплуатационную надежность и хорошие метрологические характеристики.
На основании проведенных исследований разработана методика определения ограничения силы тяги по сцеплению с учетом реальных фрикционных особенностей рельсового пути.
По полученным результатам теоретических и экспериментальных
- II -
исследований построена расширенная номограмма фрикционных условий тяги. Использование полученной расширенной номограммы закладывает основы для создания системы автоматического регулирования силы тяги с учетом фрикционных особенностей рельсового пути и отдельных колесных пар локомотивов при минимальных энергетических затратах на скольжение колесных пар.
