Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературных источников по износу и методам повышения долговечности гребней бандажей колесных пар железнодорожного подвижного состава 13
1.1. Природа износа бандажей колесных пар 13
1.2. Обзор методов повышения долговечности бандажей колесных пар 18
1.3. Выводы о состоянии рассматриваемого вопроса . 24
2. Экспериментальные исследования интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов в депо Бельцы, разработка нового профиля бандажей и других мероприятий по уменьшению их износа 29
2.1. Стандартный профиль бандажа и новый профиль "депо Бельцы" 29
2.2. Экспериментальный подбор профиля бандажа 30
2.3. Статистические характеристики динамики износа бандажей с различным профилем , 33
2.4. Установление причин интенсивного/износа гребней бандажей колесных пар в депо Бельцы 38
2.5. Устройство для смазки гребней бандажей колесных пар локомотивов на криволинейных участках пути. 42
2.6. Устройство для измерения направляющих усилий между колесом и рельсом П.М.Паламарчука 45
2.7. Способ заправки и заправочное устройство для смазки балансирних валиков рессорного подвешивания тепловозов 47
2.8. Устройство для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар локомотивов 51
2.9. Устройство для определения профиля рабочей поверхности железнодорожного колеса и рельса 54
3. Теоретическое исследование и обоснование профиля бандажа типа "депо Бельцы" 57
3.1. Исходные положения и принципы, принятые в основу исследования 57
3.2. Методы расчета характеристики износа колесной пары с профилем бандажей по ГОСТ 59
3.3. Методика расчета нового профиля бандажа типа "депо Бельцы" 73
4. Внедрение на тепловозах мероприятий по снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар и результаты эксплуатации 81
4.1. Внедрение нового профиля бандажа колесных пар потипу "депо Бельцы" 81
4.2. Внедрение устройства для смазки гребней бандажей колесных пар железнодорожного транспортного средства на криволинейных участках пути 85
4.3. Внедрение устройства для измерения направляющих сил между колесом и рельсом П. М. Паламарчука 88
4.4. Внедрение способа заправки и заправочного устройства для смазки балансирных валиков рессорного подвешивания тепловозов 91
4.5. Внедрение устройства для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар локомотивов с профилем "депо Бельцы" 93
4.6. Внедрение устройства для определения профиля рабочей поверхности железнодорожного колеса и рельса 94
5. Технико-экономическая эффективность внедренных мероприятий по повышению долговечности бандажей колесных пар тепловозов 98
5.1. Оценка технической эффективности внедренных мероприятий 98
5.2. Экономическая оценка эффективности внедренных мероприятий 100
Основные выводы 105
Литература ш
Приложения 118
- Природа износа бандажей колесных пар
- Стандартный профиль бандажа и новый профиль "депо Бельцы"
- Исходные положения и принципы, принятые в основу исследования
- Внедрение нового профиля бандажа колесных пар потипу "депо Бельцы"
- Оценка технической эффективности внедренных мероприятий
Введение к работе
В различных руководящих документах Коммунистической партии и Правительства страны всегда подчеркивается, что ускорение научно-технического прогресса должно решаться путем повышения технического уровня, экономичности и качества выпускаемых изделий М-
Высокие темпы развития народного хозяйства, увеличение выпуска промышленной и сельскохозяйственной продукции, повышение объема добычи природных ресурсов и грандиозные планы на освоение новых районов Сибири требуют дальнейшего развития и совершенствования железнодорожного транспорта, в том числе локомотивного хозяйства.
Отечественное локомотивостроение по масштабу выпуска локомотивов давно опередило ведущие капиталистические страны. На сети железных дорог нашей страны эксплуатируется большое количество современных локомотивов, а локомотивный парк постоянно пополняется новыми типами электровозов и тепловозов, в которых воплощаются последние достижения отечественной и зарубежной науки и техники.
В зависимости от степени конструктивного совершенства всех узлов и деталей, уровня качества их изготовления и условий эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, в процессе работы локомотивов выявляется основное свойство их качества - надежность, от уровня которой и зависит, в основном, интенсивность и эффективность использования локомотивов в перевозочной работе железных дорог.
Локомотивное депо Бельцы Молдавской железной дороги с паровозной тяги на тепловозную было переведено в 1962 году. До 1967 года эксплуатировались тепловозы серии ТЭЗ, которые затем были заменены тепловозами 2ТЭЮЛ. Опыт эксплуатации тепловозов в депо выявил ряд существенных недостатков в безотказности и долговечности их узлов и деталей, однако самым главным недостатком, связанным с условиями эксплуатации на обслуживаемых участках, был интенсивный подрез гребней бандажей колесных пар, вследствие чего тепловозы часто отставлялись от эксплуатации для устранения этого подреза наплавкой гребней с последущей обточкой бандажей, на что, кроме материальных средств, тратилось до 60% времени простоя тепловозов в депо на ремонтах.
Такое положение определило необходимость изучения причин интенсивного подреза гребней бандажей колесных пар в условиях участков, обслуживаемых тепловозами депо Бельцы, и разработки мер по ликвидации массовости этого серьезного недостатка.
Все работы по этой проблеме проводились в депо под руководством и при непосредственном участии автора настоящей диссертации. За период с 1968 года для решения вопросов проблемы были выполнены следующие работы:
Исследована динамика и причины износа гребней бандажей колесных пар тепловозов в условиях депо Бельцы до внедрения мероприятий по его снижению.
Рассмотрены как по литературным источникам, так и по личным многолетним наблюдениям автора основные причины и природа износа гребней бандажей колесных пар подвижного состава железных дорог и возможные методы повышения их долговечности.
На основе длительных экспериментов и наблюдений разработан комплекс мероприятий по повышению долговечности гребней бандажей колесных пар тепловозов 2ТЭ101 в условиях депо Бельцы. Этот комплекс мероприятий заключается в следующем: разработка, осуществление и многолетняя проверка в эксплуатации нового профиля бандажей; разработка, изготовление и многолетняя проверка устройства для смазки гребней бандажей колесных пар на криволинейных участках пути; разработка, изготовление и многолетняя проверка устройства для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар; разработка, изготовление и внедрение устройства для проверки контуров бандажей колесных пар локомотивов и рельсов; разработка, изготовление и проверка устройства для измерения боковых сил между колесом и рельсом; разработка, изготовление и многолетняя проверка устройства для заправки смазкой балансирних валиков рессорного подвешивания, работа которых сильно влияет на распределение нагрузок, а, следовательно, и на износ бандажей.
Приняв за основу общую методику Харьковского политехнического института [її], применив ее к новому профилю бандажа и внеся в нее упрощения, выполнены теоретические исследования и расчеты стандартного и нового профилей бандажа колесной пары локомотива, явившиеся теоретическим обоснованием нового профиля.
Проведена экспериментальная проверка технической эффективности в условиях эксплуатации депо Бельцы разработанных мероприятий по повышению долговечности бандажей колесных пар на тепловозах 2ТЭ10Л.
Определена технико-экономическая эффективность внедренных мероприятий по снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов.
Мероприятия по снижению интенсивности износа гребней бандажей колесных пар тепловозов,представляют определенный технический интерес не только для локомотивного депо Бельцы, где эти мероприятия разработаны и внедрены, но и для всех депо, локомотивы которых работают на участках железнодорожного пути с большим количеством кривых малого радиуса. - II -
Обточка бандажей колесных пар тепловозов по профилю депо Бельцы рекомендована к внедрению мероприятиями Главного управления локомотивного хозяйства МПС[35] и нашла практическое применение в раде локомотивных депо Министерства путей сообщения СССР и промышленного железнодорожного транспорта, например, на Прибалтийской, Московской, Северной, Львовской, Одесской, Молдавской, Приднепровской, Донецкой, Куйбышевской, Ійго-Восточной, Приволжской, Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской и Дальневосточной железных дорогах.
На устройство для измерения боковых сил между колесом и рельсом, которому присвоено имя автора, Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство № 548774 [40J. Оно экспонировалось в 1979 году на Выставке достижений народного хозяйства Молдавской ССР.
Изобретение внедрено в локомотивном депо Бельцы Молдавской железной дороги.
На способ заправки и заправочное устройство для смазки балансирних валиков тепловозов Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выданы авторские свидетельства В 244028 [37] и № 244029 [зв]. Они экспонировались в 1972 году на Выставке достижений народного хозяйства СССР, в павильоне "Транспорт СССР", автор награжден дипломом.
Предложенные способ и устройство внедрены на всех железных дорогах и на раде тепловозоремонтных заводах ШС и во многих депо промышленного железнодорожного транспорта страны.
На устройство для смазки гребней бандажей колесных пар на криволинейных участках пути Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство № 321427 [39]. Изобретение экспонировалось в 1974 году на Выставке достижений народного хозяйства Молдавской ССР - автор награж- ден дипломом, а в 1975 году - на Выставке достижений народного хозяйства СССР, в павильоне "Транспорт СССР" - автор награжден бронзовой медалью.
Указанное устройство нашло применение в ряде локомотивных депо, в том числе промышленного железнодорожного транспорта, например, в г.г. Муроме, Шевченко, Донецке, Астрахани, Кривом Роге, Керчи, Новокузнецке и др. Министерство путей сообщения СССР письмом $ 178-ЦТТеп от 22 августа 1975 года рекомендовало Ворошилов-градскому тепловозостроительному заводу выпустить партию тепловозов. 2ТЭ10В, оборудованных этим устройством в заводском изготовлении, для проведения опытной эксплуатации в различных климатических условиях. После окончания разработки технической документации завод приступит к оборудованию тепловозов этим устройством.
На устройство для определения профиля рабочей поверхности железнодорожного колеса и рельса Государственным Комитетом СССР по делам изобретений и открытий выдано авторское свидетельство В 8ІЗІІ4 [4l] .
Разработано и внедрено в депо устройство для термомеханической обработки гребней бандажей колесных пар локомотивов, на которое оформлена заявка, направленная в Государственный Комитет СССР по делам изобретений и открытий [46] .
Настоящая диссертация, заключающаяся в изложении всех упомянутых выше работ автора, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. - ІЗ -
Природа износа бандажей колесных пар
Гребень колеса (бандажа или цельнокатанного колеса) предназначен для направления железнодорожного подвижного состава по рельсовой колее в прямых и кривых участках пути и на стрелках. Для обеспечения условий безопасности движения поездов к форме и размерам гребня предъявляются жесткие требования, при невыполнении которых возникает опасность схода подвижного состава с рельсов.
При движении подвижного состава, особенно по кривым участкам пути, возникают нагрузки и трение между гребнем и головкой наружного рельса, что приводит к более или менее интенсивному износу гребня колеса и головки рельса. Эти нагрузки, а следовательно и износ (подрез) гребней, возрастают с уменьшением радиуса кривых участков пути, ростом осевых нагрузок и скоростей движения.
В связи с тем, что интенсивный подрез гребней приводит к преждевременной обточке, еще до предельного износа по кругу катания, или смене бандажей (колес) колесных пар, возникла необходимость выяснения подробного характера и причин этого явления и разработки мероприятий по ликвидации или уменьшению его интенсивности.
Такие исследования проводятся в течение многих лет отечественными и зарубежными учеными. Они позволили решить ряд важных вопросов рассматриваемой проблемы.
Еще в конце прошлого века были начаты исследования характера движения железнодорожных экипажей в прямых участках пути.
В 1895-1896 г.г. одну из первых работ в этом направлении провел на русских железных дорогах В.Стецевич. Он установил, что горизонтальные силы взаимодействия колес с рельсами достигали в прямых участках пути более 60% от статического давления колеса на рельс.
Стандартный профиль бандажа и новый профиль "депо Бельцы"
На рис.6 показан стандартный профиль бандажа по ГОСТ 398-71, в соответствии с которым производится обточка бандажей колес при их изготовлении или ремонте. На рис.7 показан профиль бандажа, снятый с натуры после некоторого среднего пробега.
На рис.8 показан новый профиль, по которому обтачиваются бандажи локомотивов, по предложению автора, в депо Бельцы.
К подбору предложенного профиля бандажа мы подошли путем многочисленных расчетов и многолетних экспериментов и наблюдений, освещаемых ниже. Исходные идеи при этом вытекают из анализа тех работ, которые освещены выше в главе I.
Профиль бандажа по ГОСТ 398-71 (рис.6) характеризуется тем, что в начале эксплуатации его поверхность контактирует с рельсом в двух точках, одна из которых лежит на конической поверхности катания с уклоном 1/20, а другая на конической поверхности гребня с углом наклона 70. Такой профиль получил название профиля с двухточечным контактом.
Как сказано в разделе 2.2, опыт показывает, что наиболее интенсивный износ гребня происходит до глубины проката р = 1,5...2,0 мм. После этого двухточечный контакт переходит либо в одноточечный, располагающийся на выкружке в области гребня в поверхность катания, либо в так называемый "облегающий контакт", когда обе точки контактов сближаются на криволинейных по-верхностях [8J.
Опыт, теоретические исследования и расчеты, высказывания других специалистов показывают, что при одноточечном контакте на выкружке или облегающем контакте темп износа гребня существенно сокращается.
При этом, как показывает излагаемая ниже теория, резко снижается скорость скольжения в точке контакта, в результате чего работа трения скольжения, определяющая износ, уменьшается.
Здесь уместно привести слова С.М.Андриевского из работы [2 J - "Период интенсивности износа гребней можно ликвидировать, если сделать профиль колеса, при котором в течение всего периода работы от обточки до обточіш колесо имеет только одноточечный контакт с рельсом кривой".
Исходные положения и принципы, принятые в основу исследования
Задача теоретической оценки профиля поверхности катания колес и рельсов в кривых участках пути решается с использованием теории, разработанной в Харьковском политехническом институте fII], по которой скорости и направления скольжения колес по рельсам рассчитываются с учетом любой формы очертания контактирующих поверхностей колеса и рельса, сил трения между ними и фактических угловых скоростей вращения колес, определяемых системой геометрических и кинетостатических уравнений.
Система уравнений геометрии определяет координаты точек контакта колес с рельсами и связывает положения колесных пар в раме тележек тепловоза. Эта методика позволяет получать характеристики, влияющие на износ гребней, например, число и положение точек контакта, утлы набегания о , скорости скольжения точки контакта гребня бандажа по боковой грани рельса Ye , нормальные усилия в точке контакта гребня и выкружки рельса Nd , а также характеристики износа.
В случае изношенного бандажа, а также бандажа с профилем "депо Бельцы", все размеры, в том числе угод наклона конусной части гребня о , радиус поверхности катания &k » радиус выкружки О , величину проката о и линейные размеры точек отсчета для $/ и р можно установить после расчерчивания действительного контура и подбора радиусов, расстояний и углов. Следовательно, рациональный для конкретных участков железнодорожного пути профиль бандажа, удовлетворяющий условиям наименьшей интенсивности износа гребня и не опережающий износ бандажей по кругу катания, можно установить и оценить не только опытным путем, но и расчетом.
Мы остановились на применении именно этого общего метода п]к решению задачи, поставленной в диссертации по теоретическому обоснованию экспериментально найденного профиля "депо Бельцы", в силу приведенных ниже соображений о том, что набегающее на наружный рельс в кривом участке пути колесо, имеющее принятый нами профиль, контактирует с рельсом по так называемому "облегающему контакту" - выкружке радиусом 22 мм и на желобе поверхности катания, очерченном дугой 507 мм. Для таких условий контакта упомянутая теория [IIJ позволяет построить конкретную математическую модель, описывающую процесс прохождения кривой и выявляющую все силовые особенности этого процесса, в том числе и характеристики износа в контактной точке выкружки гребня.
Внедрение нового профиля бандажа колесных пар потипу "депо Бельцы"
В четвертом квартале 1969 года был закончен перевод всех тепловозов 2ТЭЮЛ локомотивного депо Бельцы на новый профиль бандажа колесных пар, эксплуатация с которым дала положительные результаты, заключающиеся в резком снижении интенсивности износа гребней бандажей.
Данные по проведенному исследованию износа бандажей колесных пар с измененным профилем по каждому тепловозу 2ТЭ10Л за 1974 год, при их эксплуатации одной секцией, приведен в таблице 4.1, а в целом по парку тепловозов за период с 1970 по 1978 год, с учетом внедрения основных мероприятий,в табл.4.2 и на рис.25.
Оценка технической эффективности внедренных мероприятий
Разработка и внедрение мероприятий по повышению долговечности бандажей колесных пар тепловозов преследовали две основные цели - сократить расходы депо на ремонт колесных пар и улучшить использование тепловозного парка в эксплуатации,, путем сокращения времени простоя тепловозов в депо на ремонте бандажей колесных пар. Обе эти цели достигнуты, о чем говорят следующие данные.
1. Из табл.2.1, 2.2, 4.2 и гистограммы рис.9 видно, что с 1968 г. по 1978 г. число обточенных в депо колесных пар тепловозов из-за износа гребней бандажей сократилось с 1037 до 269, что достигнуто за счет снижения интенсивности износа гребней, в пересчете на измеритель пробега в 100 тыс.км, в 2,9 раза (с 10,6 мм до 3,66 мм) и ликвидации необходимости обточки бандажей до нарастания предельного проката по круту катания.
2. Повышение долговечности бандажей сократило за последние годы в 14 раз число колесных пар, отправляемых из депо на Изюмс кий тепловозоремонтный завод для замены бандажей, изношенных до предельной толщины, что видно из табл.5.1.
