Пояснительная записка (1233360), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

4 МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОВОРОТА БАНДАЖА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ЭЛЕКТРОВОЗА

Одной из наиболее опасных неисправностей локомотива является ослабление посадки бандажа на ободе колесного центра с последующим его проворотом по поверхности обода, которая вызывает необходимость замены колесной пары, что приводит к длительному простою локомотива в неплановом ремонте, снижает коэффициент его использования и увеличивает эксплуатационные расходы.

Рассмотрим силы, действующие на бандаж колесной пары во время движения электровоза при ослаблении посадки бандажа на колесном центре. А также причины ослабления его посадки на колесном центре.

4.1 Силы, действующие на бандаж колесной пары

4.1.1 Образование силы тяги

При следовании локомотива в режиме «тяга», от тягового электродвигателя через зубчатую передачу на ось колесной пары, колесный центр и бандаж передается вращающий момент. На рисунке 4.1 показано колесо колесной пары, на которое действует вертикальная сила - Р от веса электровоза и к которому приложен вращающий момент - М. Он образует пару сил Fк-Fк’ с плечом - R. Сила Fк направленна против движения. Она стремится переместить опорную точку колеса относительно рельса в сторону, противоположную направлению движения. Этому препятствует возникшая под действием нажатия колеса на рельс в опорной точке сила реакции рельса, так называемая сила сцепления – Fсц. Согласно третьему закону Ньютона она равна и противоположна силе Fк, то есть Fсц = Fк. Эта сила и заставляет колесо, а следовательно, и электровоз перемещаться по рельсу.

Рисунок 4.1 – Схема образования силы тяги

Если увеличивать М, растет Fк’ и соответственно Fсц. Сила Fсц представляет собой разновидность силы трения, и ее можно определить по формуле:

Fсц = ψ_оP , (1.1)

где ψ_о – коэффициент сцепления между колесом и рельсом.

При постоянной Р увеличение Fсц происходит только за счет увеличения ψ_о, которая зависит от многих факторов (формы и размеров поверхностей касания колеса и рельса, механических свойств материалов, из которых они изготовлены, степени чистоты рабочих поверхностей колеса и рельса и т. д.).

До тех пор пока соблюдается неравенство

Fк ≤ Fсц = Pψ_о (1.2)

колесо катится по рельсу без скольжения. При Fк > Fсц только часть силы Fк

будет уравновешена силой Fсц . Под действием неуравновешенной части силы Fк колесо будет вращаться ускоренно и двигаться по рельсу со скольжением. Другими словами, чтобы колесо не скользило по рельсу, сила тяги должна быть меньше либо равна силе сцепления колеса с рельсом.

Работу этих сил можно рассмотреть и относительно колесного центра и бандажа (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Силы действующие между бандажом и колесным центром

Бандаж посажен на колесный центр на горячую с натягом. Тогда коэффициент сцепления обода колесного центра и бандажа имеет постоянное значение, то и сила сцепления, исходя из неравенства (1.2), будет постоянной при неизменной весовой нагрузке.

Если по какой-либо причине прочность посадки бандажа на колесном центре снизится, то сила тяги превысит силу сцепления что приведет к проскальзыванию колесного центра по внутреннему ободу бандажа. То есть произойдет сдвиг бандажа относительно колесного центра.

4.1.2 Образование тормозной силы

Процесс торможения представляет собой процесс гашения кинетической энергии движущегося поезда, путем превращения ее в тепловую энергию в узлах трения при фрикционном колодочном торможении и в электрическую при реостатном или рекуперативном торможении. Рассмотрим силовые процессы, происходящие при этих торможениях.

4.1.2.1 Образование тормозной силы при колодочном торможении

Рисунок 4.3 – Силы, действующие на колесо при торможении колодочным тормозом

При торможении колодочным тормозом (рисунок 4.3) тормозная колодка прижимается к колесу с некоторой силой - К. В результате механического и молекулярного взаимодействия вращающегося колеса и колодки возникает касательная сила трения колодки о колесо – ВТ, препятствующая вращению колеса, величина которой определяется из соотношения

ВТ = Кφ_к , (1.3)

где φ_К – коэффициент трения колодки о колесо.

В точке контакта колеса с рельсом эта сила стремится сдвинуть рельс по направлению движения. Сила В_С реакции рельса в точке контакта равна этой силе по величине и противоположна по направлению. Эта сила и является тормозной силой, замедляющей движение поезда. Ее величина определяется из соотношения

Вс = ψ_кР, (1.4)

где ψ_к – коэффициент сцепления колеса с рельсом.

Фрикционные материалы, применяющиеся в тормозных устройствах железнодорожного подвижного состава, должны обладать свойствами, обеспечивающими независимость коэффициента трения от состояния и загрязненности трущихся поверхностей (наличия влаги, масла, льда и снега в зоне контакта колеса и колодки), продолжительности торможения (температуры трущихся поверхностей) и других факторов. К сожалению, такие материалы до настоящего времени не разработаны ни у нас в стране , ни за рубежом. А если разработаны, то требуют больших затрат на установку и обслуживание узлов при их эксплуатации. Приработавшиеся к колесу колодки обеспечивают более высокий коэффициент трения за счет очистки трущихся поверхностей в зоне контакта колодки и колеса, большей площади контакта и меньших контактных напряжений.

При колодочном торможении бандаж подвергается сильному износу. При продолжительном прижатии колодки к бандажу происходит его нагрев. Вследствие чего уменьшается прочность посадки бандажа на колесном центре, то есть уменьшается коэффициент сцепления. Дальнейшая эксплуатация данной колесной пары приведет к сдвигу бандажа. Первый шаг решения этой проблемы применение электрического торможения.

4.1.2.2 Образование тормозной силы при электрическом торможении

При электрическом торможении тяговый электродвигатель переходит из режима двигателя в режим генератора. При этом кинетическая энергия движущегося поезда превращается в электрическую энергию.

Рисунок 4.4 – Силы, действующие на колесо при электрическом торможении

При электрическом торможении (рисунок 4.4) создается момент - М препятствующий вращению якоря тягового электродвигателя. Далее через зубчатую передачу он передается на колесный центр и бандаж. В точке контакта колеса с рельсом этот момент пытается сдвинуть рельс по направлению движения и будет называться тормозным моментом - М_Т. Сила реакции рельса в точке контакта с колесом – В_С равна силе тормозного момента по величине и обратна по направлению. Она и является тормозной силой, замедляющей движение поезда. Сила, возникающая в точке контакта колеса с рельсом, является тормозной не только при колодочном, но и при электрическом способах торможения.

Действие этих сил при нахождении электровоза в режиме тяги или торможения следует рассматривать в первую очередь между колесным центром и бандажом. Так как коэффициент сцепления посадки бандажа на колесном центре должен быть больше либо равен коэффициенту сцепления рабочей грани бандажа с рельсом. Исключая буксование и юз колесных пар путем подсыпки песка происходит резкое (резонансное) увеличение коэффициента сцепления колеса с рельсом. Это приводит не только к сдвигу бандажа, но и к другим серьезным неисправностям.

4.2 Причины ослабления посадки бандажа на ободе колесного центра

4.2.1 Нагрев бандажа

Основной причиной ослабления бандажа является его нагрев во время прижатия тормозной колодки к колесу. Данная ситуация может возникать при следующих обстоятельствах:

- чрезмерным и продолжительным наполнением тормозных цилиндров краном вспомогательного тормоза;

- срабатывание схемы замещения электрического тормоза на одной из секций электровоза при рекуперативном или реостатном торможении;

- движение с не отпущенными ручными тормозами;

- не отпуск тормозов на локомотивах, следующих в сплотке, при неправильно включенных тормозах;

- замораживание тормозных цилиндров или тормозной рычажной передачи отдельных тележек локомотива;

- образование ледяной пробки в воздухопроводах к тормозному цилиндру;

- неправильная регулировка тормозной рычажной передачи по сторонам или тележкам;

- малый выход штока тормозных цилиндров локомотива.

Проводя анализ неисправностей колесных пар электровоза в локомотивном ремонтном депо станции Магдагачи было выявлено, что нагрев бандажей происходит в основном по вине локомотивных бригад. Причем нагрев происходит уже при отправлении с первоначальной станции, так как локомотивная бригада при проведении регламента «Минута готовности» проводит его фиктивно. Ручной тормоз локомотива остается зажатым. Это характерно для электровозов серии 3ЭС5К, так как привод ручного тормоза находится не в кабине как у электровозов серии ВЛ80С, а в конце кузова, что усложняет постоянный визуальный контроль над его положением. На рисунке 3.3 видно, что большая часть нагревов бандажей приходятся на пятую, седьмую и девятую колесные пары, которые затормаживаются ручным тормозом локомотива.

Нагрев бандажей также происходит из-за неправильного использования крана вспомогательного тормоза (условный номер 215) на электровозах серии 2(3)ЭС5К, так как усилие тормозной рычажной передачи и тормозного цилиндра на данных сериях локомотива гораздо выше, чем на электровозах серии ВЛ80С. По этой причине машинист своими действиями, сам того не подозревая, производит нагрев бандажей. Так, как пользуясь краном вспомогательного тормоза при малых скоростях (для сжатия поезда) перед остановкой поезда на уклоне, в соответствии с Инструкцией ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ-277 пункт 10.3.9 «при длине состава грузового поезда более 100 до 350 осей одновременно с началом отпуска автотормозов затормаживать локомотив краном вспомогательного тормоза (если он не был заторможен ранее) с давлением в тормозных цилиндрах 1,5 – 2,0 кгс/см² и выдерживать локомотив в заторможенном состоянии в течении 30 – 40 секунд, после чего отпустить ступенями локомотивный тормоз», однако при данных действиях происходит нагрев бандажей приводящий в дальнейшем к его сдвигу. [6]

Имеют место случаи (по расшифровкам файлов регистратора МСУД, актам комиссионных осмотров, протоколам экспертных групп) пользования вспомогательным тормозом локомотива для регулировки и поддержания постоянной скорости движения поезда, а также для предотвращения буксования колесных пар ( рисунок 4.5), что запрещено Инструкцией ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ-277. [6]

Применение машинистом вспомогательного тормоза в режиме тяги на протяжении 4 минут 32 секунд, с повышением давления в тормозных цилиндрах до 0,48 кгс/см² на протяжении 3435 метров при скорости 35-58 км/ч.

Режим тяги

Рисунок 4.5 – Аналитическая справка по расшифровке файлов регистратора движения электровоза

На образование нагревов бандажей колесных пар, а впоследствии и к их сдвигу также повлияли недостатки в конструкции электровозов серии 2(3)ЭС5К, в частности не отпуска тормозов локомотива. Это объясняется тем, что при наличии давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах до 1,2 кгс/см², а при первом положении ручки крана вспомогательного тормоза условный номер 215 давление сжатого воздуха в тормозных цилиндрах составляет 1,0 кгс/см², загорания лампы «ТЦ» на расшифровочном табло не происходит. На аналитической справке по расшифровке файлов регистратора движения (рисунок 4.6) это хорошо видно. На протяжении более восьми тысячи метров происходит наполнение сжатого воздуха в тормозных цилиндрах до 0,72 кгс/см², но машинист не принимает никаких действий. Это говорит о том, что сигнал в кабину управления не подается и машинист не догадывается о происходящем.

Рисунок 4.6 – Аналитическая справка по расшифровке файлов регистратора движения электровоза

Характеристики

Список файлов ВКР