Введение к работе
д.т.н., профессор И.М. Елманов
Актуальность темы. Развитие железнодорожного транспорта предъявляет повышенные требования, в том числе по увеличению весовых норм и скоростей движения поездов, одним их условий реализации которого является стабилизация коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами на уровне 0,3.
Коэффициент сцепления (КС) в эксплуатации в зависимости от состояния фрикционной системы «колесо – рельс» изменяется от 0,1 до 0,5. Основным методом повышения КС, применяемым на железнодорожном транспорте, является использование кварцевого песка. Однако при его доступности и низкой стоимости имеется ряд негативных последствий от применения технологии пескоподачи: засорение балласта и, как следствие, ухудшение его дренажных свойств, потеря до 5 % тяговой мощности локомотива в первый момент подачи песка, его разрушение и повышенный износ от абразивного воздействия на колеса и рельсы.
Учитывая, что снижение коэффициента сцепления приводит к недоиспользованию установленной мощности подвижного состава, к срывам сцепления, боксованию и повышенному износу колес и рельсов, вопрос его стабилизации является актуальным.
Актуальность так же подтверждена программой развития железнодорожного транспорта, в которой указывается необходимость улучшения тяговых свойств локомотивов на 20–30 % без увеличения нагрузки на оси колесных пар, а также повышение величины коэффициента сцепления колес локомотивов с рельсами до 0,3 (Распоряжение президента ОАО «РЖД» В.И. Якунина № 964 от 31.08.2007 г. «Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.»).
Цель работы. Создание активизатора сцепления, обеспечивающего в любых погодных условиях, стабильный коэффициент сцепления колес локомотива с рельсами не менее 0,3.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
С использованием существующей физико-математической модели фрикционной подсистемы «колесо – промежуточная фрикционная связь – рельс» разработать методику определения величины проскальзывания в трибосистеме «колесо – рельс» на стандартной машине трения.
-
Установить степень влияния вязкости жидкостей на способность удерживать абразивные частицы на поверхности железнодорожного колеса и предложить критерий подобия адгезионных связей третьего тела в контакте «колесо – рельс».
-
Оценить влияние воды на увеличение дефектов, вызванных коррозией, при использовании мелкодисперсного абразива.
-
Усовершенствовать конструкцию брикета активизатора сцепления, технологию его подачи и определить оптимальную рецептуру состава наполнителя.
-
Провести сравнительные лабораторные исследования триботехнических характеристик разработанного активизатора сцепления и кварцевого песка.
Научная новизна. В результате проведенных исследований в работе:
Экспериментально установлено, что использование жидкостей с низкой вязкостью для смачивания абразива обеспечивает высокую скорость образования адгезионных связей с поверхностью катания колеса.
Показано, что применение влажного абразива обеспечивает коэффициент сцепления на уровне не менее 0,3 при оптимальном содержании жидкости – 78–82 %, независимо от ее вязкости.
На основе существующей физико-математической модели фрикционной подсистемы «колесо – промежуточная фрикционная связь – рельс», разработана методика определения величины проскальзывания в трибосистеме «колесо – рельс» с использованием роликовой аналогии на стандартной машине трения, существенно упрощающая процедуру эксперимента. Разработан критерий подобия адгезионных связей третьего тела в контакте «колесо – рельс» с целью оптимизации триботехнических характеристик.
Экспериментально установлено, что наличие воды на поверхности трения увеличивает количество дефектов вызванных коррозионными процессами. Подача мелкодисперсного абразива в зону трения позволяет произвести шлифование мелких трещин и предотвратить их увеличение.
Практическая ценность работы.
- Разработана технология применения влажного абразива путем заполнения технологических полостей пористого брикета (патент РФ № 2293677) для стабилизации коэффициента сцепления на уровне не менее – 0,3.
- Определен оптимальный состав наполнителя брикета АСВ-0,3, обеспечивающий снижение износа колес локомотива (не менее чем в 2 раза) и уменьшение расхода кварцевого песка (не менее чем в 50 раз).
- Предложена конструкция устройства для модернизации машин трения типа «Амслер», обеспечивающая получение зависимости коэффициент трения- скорость проскальзывания, существенно упрощающая процедуру экспериментов.
Реализация результатов работы. Проведены испытания привода подачи АСВ-0,3 на участках главного пути Белореченская – Майкоп, показавшие работоспособность технологии в различных погодных условиях.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на:
Третьей международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике» (Новочеркасск, 2004); Международной научно-технической конференции «Проблемы трибоэлектрохимии» (Новочеркасск, 2006); V Интернет-конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2006); Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2007» (Ростов-на-Дону, 2007); X юбилейном международном конгрессе молодых ученых, студентов и аспирантов «Перспектива-2007» (Приэльбрусье, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008» (Ростов-на-Дону, 2008); заседании кафедры «Транспортные машины и триботехника» РГУПС, (Ростов-на-Дону, 2008–2009); Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (Ростов-на-Дону, 2009); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство», (Ростов-на-Дону, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе две работы в изданиях ВАК, 2 патента РФ и монография.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников из 153 наименований и приложений. Изложена на 150 страницах машинописного текста, включая 60 рисунков и 11 таблиц.
