Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

В настоящее время ни один из нашедших применение в практике способов очистки не является решением вопроса стабильной реализации высоких значений коэффициента сцепления. Так, в виду низкой эффективности не получили широкого распространения «химические способы очистки рельсов (щетками, скребками), Ядром и водой, а также способы химической очистки поверхности рельсов, в частности, с использованием растворов сложных эфиров или ацетона [10]. Наряду с техническим несовершенством этих способов, установлено также отсутствие однозначной эффективности при очистке рельсов, находящихся в различной стадии загрязненности и влажности.

Помимо химических способов очистки рельсов в лабораториях и на некоторых участках железных дорог применялись также электрические методы очистки поверхности рельсов токами высокой частоты. Результаты такой электроискровой обработки поверхности рельсов, покрытой слоем осевой смазки подвижного состава, в лабораторных условиях показали, что коэффициент статического трения повышается с 0,15 до 0,70. Опыты на образцах, покрытых загрязнениями, снятыми с железнодорожных рельсов, привели к заключению о том, что фрикционные свойства таких поверхностей во многом зависят от характера увлажнения их в зоне контакта [12].

Почти во всех проведенных опытах по электроискровой обработке поверхности рельсов было зафиксировано увеличение коэффициента статического трения в среднем на 50 % по сравнению с замерами на рельсах, не подвергавшихся электроискровой очистке.

Однако способ не нашел широкого применения по причинам сложности конструкции установки электроискровой обработки рельсов и существенного дополнительного расхода мощности. К тому же электроискровая обработка может привести к преждевременному выходу из строя рельсов вследствие переупрочнения поверхности.

В настоящее время абсолютное распространение получила система повышения коэффициента сцепления путем ввода песка вконтакт колеса с рельсом. Из-за низкой стоимости песок является основным материалом, применяемым для повышения трения в контакте колеса и рельса [12].

Более чем столетняя история применения песка в целях повышения сцепления сопровождалась всесторонним изучением различных аспектов этой проблемы. Однако, до сих пор не существует единой точки зрения на механизм трения при наличии твердых частиц (в том числе и песка) в зоне контакта колеса и рельса.

В той же работе излагаются три точки зрения на эту проблему [12]:

1. Увеличение сцепления происходит благодаря тому, что относительное проскальзывание материала бандажа и рельса вызывает сдвиг раздавленных изотропных частиц в зоне контакта;

2. Предполагается, что сцепление при упругом проскальзывании материала бандажа и рельса повышается в результате сдвига анизотропных частиц в зоне контакта;

3. Принимается, что увеличение сцепления обусловлено разрывами не твердых частиц, вносимых в зону контакта, а металлических поверхностей бандажа и рельса, контактирующих между собой.

Так, например, такие исследователи этой проблемы, как Н. Н. Каменеви Эндрюс, придерживаясь первой точки зрения, считают, что сцепление в этом случае обусловлено сопротивлением на срез частиц песка, внедрившегося в поверхности колеса и рельса [9].

Напротив, в работе Лужкова Ю.М. «Физические основы и закономерности сцепления колес локомотива с рельсами» ставится под сомнение возможность увеличения песком механической составляющей и высказывается гипотеза, что действие песка связано с высокой адсорбционной способностью разрушившихся частиц, в результате которой происходит очищение контакта от влаги.

И. П. Исаев в своей работе «Случайные факторы и коэффициенты сцепления» предполагает, что состояние опорной поверхности в зоне контакта колеса и рельса значительно изменяется при подсыпке песка вследствие разрушения коллоидных пленок в зоне контакта и увеличения силы сцепления между колесом и рельсом за счет присутствия твердых абразивных частиц, внедряющихся в поверхности контактирующих тел.

Для увеличения сцепления применялся не только песок, но и другие материалы, содержащие абразивные частицы: мраморная крошка, размолотый доменный шлак и т. п.

Проанализировав данные можно сказать,что, несмотря на большое количество проведенных испытаний, фактические данные по изменению силы сцепления в процессе применения песка крайне бедны.

Обзор работ по активному воздействию на физико-химические свойства контактных поверхностей колес и рельсов, позволяет сделать следующие выводы:

- в настоящее время не существует эффективной технологии регулирования в эксплуатации процесса сцепления колеса с рельсом;

- хотя песок и повышает сцепление колес локомотивов с рельсами, максимальный коэффициент трения не превышает 0,4. К тому же он сильно засоряет балласт и шпалы и имеет отрицательную фрикционную характеристику, в результате возникает визг колес и развивается волнообразный износ рельсов с короткими вертикальными неровностями;

- для устранения этих недостатков нужны новые разработки в области эффективных средств контроля и регулирования трения в системе колесо-рельс.

На взаимодействие колеса с рельсом также влияет наличие смазки. Она оказывает влияние на сложный характер взаимодействия колеса и рельса при движении экипажа в круговой и переходной кривых.Очертание площадок контактирования колес с рельсами по наружной и внутренней нитям влияет на характер вписывания тележки в кривую.Величина сил в этом случае зависит от профиля колеса и рельса, износа ходовых, частей тележки, степени смазывания рельсов, ходовых частей вагонов и уровнятехнических свойств используемых для этого смазочных материалов, скорости движения и типа подвижного состава [12].

К сожалению, при определении дополнительного сопротивления при движении поезда в кривых участках пути на эксплуатируемых железных дорогах для всех видов подвижного состава известные расчетные зависимости не учитывают состояния поверхности фрикционного контакта гребня колеса с рельсом, наличия загрязнений, смазки, а также вида смазочного материала, его ресурса при разовом нанесении.

Смазывание фрикционного контакта гребень колесаи рельса обусловливает нелинейное изменение коэффициента трения в процессе движения экипажа по кривой вследствие постепенного выдавливания и срабатывания смазочного слоя. Характер изменения коэффициента трения в этом случае при прочих равных условиях обусловлен смазочной способностью используемого материала. Кроме того, нелинейность изменения коэффициента трения в присутствии смазки обусловлена внешними основными факторами, влияющими на процесс трения, а именно, величинами нормальной нагрузки в контакте F_N, скорости проскальзывания V_CK и скорости движения локомотива V_ДВ.

Железнодорожное колесо является сочетанием двух узлов трения, фрикционного и антифрикционного. Фрикционным узлом в данной паре является контакт бандажа колеса с головкой рельса, а антифрикционным – контакт гребня колеса с боковой поверхностью головки рельса. В первом случае для получения максимальной эффективности локомотивов (при реализации тягового усилия), в зависимости от условий эксплуатации, необходимо обеспечить варьирование значений коэффициента сцепления в диапазоне 0,25...0,45. Во втором случае оптимальные значения коэффициента трения лежат в пределах 0,13...0,16[12].

В эксплуатационных условиях в связи с различным состоянием контактных поверхностей колес и рельсов (изменение влажности, температуры, состава поверхностных загрязнений, наличие смазки, воды, снега и льда) в зоне их фрикционного контакта наблюдается разброс значений коэффициента трения в пределах 0,1...0,6 [7]. Вследствие этого при высоком коэффициенте трения между гребнем колеса и боковой поверхностью головки рельса возрастает расход тяговой энергии, повышается интенсивность изнашивания колес и рельсов, возможны случаи схода с рельсов подвижного состава. В свою очередь, при малом коэффициенте сцепления бандажа колеса с рельсом снижается тяговое усилие локомотива, возникают ползуны на колесах и лыски на рельсах, увеличивается длина тормозного пути, что может привести к аварийной ситуации.

Поскольку в наибольшей степени эксплуатационная величина трения зависит от состава разделяющего слоя между колесом и рельсом, то единственным средством контроля трения в разделительном слое и устранения отрицательного действия загрязнителей является введение в зону фрикционного контакта специального вещества с заданной величиной трения – модификатора трения.

Известно, что смазывание контакта гребня колеса с боковой поверхностью головки рельса приводит к снижению поперечных сил между колесом и рельсом, уменьшению интенсивности износа контактных элементов и снижению расхода топлива. В то же время введение смазочного материала в зону фрикционного контакта колеса с рельсом может вызывать следующие негативные явления [12]:

- чрезмерное смазывание обычными сортами смазки отрицательно влияет на тяговые и тормозные характеристики локомотивов, так как происходит неконтролируемое загрязнение поверхности катания;

- неравномерное и избыточное нанесение смазочного материала на внутреннюю и наружную рельсовую нити в кривой пути может привести к расстройствам пути, что увеличивает вероятность схода колеса с рельсов;

- использование жидких и пластичных смазок приводит к интенсивному развитию в рельсах и на колесах трещин контактно-усталостного происхождения в условиях циклических и ударных напряжений;

- при определенных параметрах вписывания локомотива в кривую пути смазывание оказывает отрицательное влияние на сложный характер взаимодействия колеса с рельсом: увеличение поперечных и угловых перемещений колесных пар повышает сопротивление движению локомотива.

Одной из основных технических проблем эффективного регулирования трения в системе «колесо–рельс» является близость расположения зон смазывания, что затрудняет одновременное нанесение модификатора трения антифрикционного и фрикционного назначения. Поэтому единственным эффективным способом подачи модификатора является контактный способ и соответствующий ему вид смазочного материала. Эффективным способом нанесения таких материалов является ротапринтный контактный способ. Основным недостатком, резко ограничивающим его использование, является неконтролируемый расход смазочного материала вследствие отсутствия обратной связи между поверхностью трения и смазочным элементом.

Анализируя данные можно сделать вывод, что для более наглядного представления о силах в точке контакта колеса с рельсом, требуется рассмотреть вписывание тележки в кривой участок пути, рассчитать эти силы и определить как они влияют взаимодействие в точке контакта пары
колесо–рельс.

3 МОДЕЛЬ ВПИСЫВАНИЯ ТЕЛЕЖКИ ЛОКОМОТИВА В КРИВОЙ УЧАСТОК ПУТИ

Движение подвижного состава (ПС) в кривом участке пути связано с изменением направления его скорости. Даже при постоянной скорости, движение отдельных частей ПС происходит с ускорением, направленным по нормали к кривой. Это ускорение возникает под действием внешних сил – поперечных реакций рельсов на колесные пары, называемые направляющие силы. Такие силы, особенно в кривых малого радиуса, могут в несколько раз превосходить силы, возникающие при боковых колебаниях ПС на прямых участках пути. К тому же на прямых участках пути эти силы достигают больших значений лишь на коротких отрезках пути, где гребни колес набегают на рельсы. В кривых с радиусом менее 600 м гребни колес при их движении могут быть прижаты на всем протяжении кривой, поэтому основными зонами выхода из строя рельсов и колесных пар являются кривые участки пути, особенно малого радиуса.

3.1 Модель вписывания тележки в круговую кривую

Модель тележки при вписывании в кривую имеет ряд упрощений:

1. Вписывание тележки в кривую рассматривается как движение плоской неизменяемой фигуры А₁А₂А₃А₄ (рисунок 3.1) в плоскости рельсовой колеи. Точкам А_i (i=1,2,3,4) соответствуют точки контакта поверхностей катания колес и головок рельсов;

2. Скорость центра шкворневого (пятникового) узла постоянна;

3. Продольные касательные силы в точках контакта колес с рельсами уравновешиваются вращающими моментами тяговых двигателей тележки и силами сопротивления ее движению в кривой;

4. Поперечная внешняя сила, приложенная в центре шкворневого (пятникового) узла тележки, уравновешивается центробежными силами;

5. Силовая нагрузка, перпендикулярная плоскости рельсовой колеи, равномерно распределяется на четыре колеса тележки;

6. Продольные касательные силы в точках контакта возникают вследствие упругих смещений колес относительно рельсов, эти смещения пропорциональны разности скорости контактной точки колеса от вращения вокруг оси КП и скорости центра тележки.

Кинематическая схема тележки при хордовой установке (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Кинематическая схема тележки при хордовой установке

Чтобы тележка при движении по круговой кривой все время занимала хордовое положение, необходимо обеспечить движение точек А_i по соответствующим дугам окружностей, при этом скорости точек должны удовлетворять соотношениям:

; ,

где R₁ и R₂ - радиусы окружностей, соответствующих внутренней и наружной рельсовым нитям (рисунок 3.1).

Движение тележки, удовлетворяющее этим соотношениям, можно считать состоящим из двух движений: поступательного – вместе с центром С и вращательного – вокруг оси Zcс постоянной угловой скоростью . Ось Z_c перпендикулярна плоскости рельсовой колеи и проходит через центр тележки – С.

Равномерное вращение тележки вокруг оси Z_c может осуществляться, если сумма моментов всех внешних сил, действующих на тележку относительно этой оси, равна нулю.

Известно, что движение тележки в круговой кривой с сохранением хордового положения и с постоянной угловой скоростью может происходить без касания наружного рельса гребнем набегающего колеса. При этом сила давления гребня набегающего колеса на рельс минимальна, что является положительным фактом. Однако, при хордовой установке тележки в кривой существуют две причины появления неуравновешенных составляющих касательных сил в точках контакта колес, способствующих разворачиванию тележки вокруг оси Z_c. Касательные силы (силы крипа) – эти силы следствие дополнительных упругих смещений точек контакта поверхностей катания колес относительно рельса, величины сил пропорциональны скоростям упругого проскальзывания по рельсам контактных точек колес.

Причины появления дополнительных упругих скоростей контактных точек колес:

Характеристики

Список файлов ВКР