Введение к работе
Актуальность темы
Одним из основных условий эффективности эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта является высокая надежность узлов трения, на долю которых в настоящее время приходится до 85 % всех отказов.
К наиболее тяжелонагруженным сопряжениям подвижного состава относится пятник-подпятник грузового вагона, работающий в режиме полусухого трения при высоких контактных нагрузках, наличии абразива и резких колебаниях температуры.
Попытки повысить долговечность этого узла путем изменения конструкции его деталей или применением стальных сменных прокладок не дали положительного результата.
Учитывая, что потери от преждевременного выхода из строя деталей пятника-подпятника не ограничиваются только стоимостью его ремонта, который, кстати, возможен только в специализированных депо, но и сопровождаются непроизводительным простоем грузовых вагонов, вопрос повышения износостойкости сопряжения пятник-подпятник является актуальным.
Работа выполнялась в соответствии с приказом № 12 ОАО РЖД от 29.03.2004 г. «О мерах по обеспечению устойчивого взаимодействия в системе колесо-рельс» и «Стратегической программой развития ОАО РЖД на 2004 г.».
Цель и задачи исследования
Цель настоящего исследования - повышение долговечности трибосопряже-ния пятник-подпятник грузового вагона путем применения металлополимерных-ных прокладок с покрытием из композиционных материалов (КМ).
Применение КМ позволит, с одной стороны, снизить коэффициент трения и количества выделяемой теплоты в трибосопряжении, а с другой — снизить теплоотдачу в окружающую среду, поэтому для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- провести статистический анализ характера износа пятника-подпятника грузового вагона;
определить геометрические и динамические параметры движения вагона в кривых и коэффициент трения в узле пятник-подпятник;
предложить метод расчета напряженно-деформированного состояния композита в условиях тяжелонагруженных опорных трибосопряжений;
разработать методику расчета температуры металлополимерных прокладок в трибосопряжений пятник-подпятник грузового вагона;
провести экспериментальные исследования трибологических характеристик прокладок с покрытиями из КМ;
оптимизировать состав КМ, обеспечивающий требуемые значения коэффициента трения и минимальный износ сопряжения;
провести стендовые и эксплуатационные испытания разработанных типов прокладок.
Научная новизна
-
Предложено для снижения износа поверхностей опорного подшипника грузового вагона установить в сопряжении металлополимерную прокладку с покрытием из композиционного материала, снижающего коэффициент трения до величины, исключающей «виляние» вагона в прямых.
-
На основе трехслойной модели напряженно-деформированного состояния композита установлено, что в диапазоне нормальных и касательных нагрузок, характерных для сопряжения пятник-подпятник грузового вагона, прочность покрытия повышается с ростом модуля сдвига и уменьшением модуля упругости.
-
Предложен безразмерный параметр для прогнозирования прочности и износостойкости покрытий из композиционных материалов в опорном подшипнике с учетом физико-механических свойств и геометрических параметров армирующих элементов.
-
Определены оптимальный состав компонентов и соотношение армирующих волокон стекловолокна различных размеров, обеспечивающие минимальный износ композита при заданной величине коэффициента трения.
Практическая ценность работы
Создан новый антифрикционный композиционный материал - «Препрег» (патент РФ №2002127861/04 (029425)) для тяжелонагруженных узлов трения, обладающий высокой износостойкостью и теплостойкостью.
Предложен оптимальный состав и разработана технология получения КМ для металлополимерной прокладки узла пятник-подпятник грузового вагона.
Разработан и изготовлен стенд на основе надрессорной балки грузового вагона для испытаний натурных образцов прокладок с целью получения значений коэффициентов трения и величин износов в трибосопряжениях деталей пятникового узла.
Результаты исследований внедрены в конструкцию подпятника тележки грузового вагона и прошли эксплуатационные испытания в Краснодарском вагонном и локомотивном депо. Установлено, что износ деталей узла пятник-подпятник уменьшился в 1,5-2 раза, а подрез гребней колес - на 15-25 %.
Апробация результатов диссертации
Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на шести международных научно-технических конференциях: «Композиционные материалы в промышленности», Ялта, 2002; «О природе трения твердых тел», «Белтриб - 2002», Гомель, 2002; «Полимерные композиты, покрытия, пленки», «Поликом - 2003», Гомель, 2003; «Механика и трибология транспортных систем -2003», Ростов-на-Дону, 2003; «Композиционные материалы в промышленности», Ялта, 2004; «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические», Ростов-на-Дону, 2004, а также на всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005», Ростов-на-Дону, 2005.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе получен 1 патент РФ.
6 Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения.
Диссертация изложена на 172 стр., содержит 66 рисунков, 28 таблиц, список литературных источников, включающий 170 наименований.
