WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Кикичев Шамиль Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АКТИВИЗАТОРОВ СЦЕПЛЕНИЯ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ ИХ АДГЕЗИОННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

Специальность: 05.02.04 – Трение и износ в машинах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шаповалов Владимир Владимирович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шульга Геннадий Иванович;

кандидат технических наук, доцент

Кротов Владимир Николаевич.

Ведущая организация: Донской государственный технический университет (ДГТУ) г. Ростов-на-Дону.

Защита состоится « 25 » декабря 2009 года в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 при Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПС) по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного ополчения, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУПС.

Автореферат разослан « 24 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 218.010.02

д.т.н., профессор И.М. Елманов

Общая характеристика работы

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:

  1. 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.
  2. 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».
  3. Оценить влияние воды на увеличение дефектов, вызванных коррозией, при использовании мелкодисперсного абразива.
  4. Усовершенствовать конструкцию брикета активизатора сцепления, технологию его подачи и определить оптимальную рецептуру состава наполнителя.
  5. 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.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложена цель и дана общая характеристика работы.

В первой главе диссертации проведен анализ основных работ по взаимодействия контакта «колесо – рельс», рассмотрена актуальность работы, поставлены цель и задачи исследования.

Теоретическому решению проблемы взаимодействия колеса и рельса посвящены работы следующих авторов: Г. Герца, Ф. Боудэна, Д. Тэйбора, Н.М. Беляева, Д. К. Минова, А.Ю. Ишлинского, Н.М. Михина, Н.Б. Дёмкина, Э.В. Рыжова, М.М. Саверина, Ф. Картера, Х. Фромма, Лоренца, Н.Н. Меншутина, Д. Колкера, Фепля, Б.С. Ковальского, Де Пате, П. Дависона, А.И. Середы, Н. А. Карпова и других учёных. Многочисленные работы Ю.М. Лужнова, С.В. Алёхина, Е.Я. Красковского, А.В. Барского, И.В. Исаева, В.В. Шаповалова и других ученых показали, что основные факторы, влияющие на величину и стабильность коэффициента сцепления, можно разделить на три группы: изменение сил вертикального взаимодействия колес и рельсов, геометрические характеристики взаимодействующих поверхностей колес и рельсов, состояние фрикционных поверхностей колес и рельсов. Если на первые два фактора можно влиять только на стадии проектирования, то последним можно управлять и на стадии эксплуатации. Повышения коэффициента сцепления на стадии эксплуатации можно добиться двумя способами: воздействием на молекулярную или механическую составляющую коэффициента сцепления. Так к первой группе относятся: механическая очистка рельсов, химическая очистка рельсов, очистка источниками высокой энергии, воздействия сильным электромагнитным полем. Данные способы позволяют повысить коэффициент сцепления от 10 до 50 %, однако из-за сложности и дороговизны они не нашли широкого применения. Во второй группе применяются абразивные частицы различного происхождения от песка до алмазной пыли. Так, применение кварцевого песка за счет его низкой цены и высокой распространенности на данный момент является основным способом повышения коэффициента сцепления. В данном направлении достаточно успешно развиваются компании Portec Railway Maintenance Products и Kelsan Lubricants. Они разработали ряд модификаторов трения Centrac, которые выполнены в виде брикетов и наносятся ротапринтным способом. Их недостатком является сильный перенос модификатора на вагоны, что создает значительное сопротивление движению локомотива. Отечественные аналоги модификаторов трения разрабатываются на базе РГУПС. Работу в этой области ведут В.В. Шаповалов, П.Н. Щербак, И.А. Майба, В.А. Могилевский, А.М. Лубягов, Р.В. Кульбикаян, Е.С. Окулова. Их усилиями созданы жидкий и твердый модификаторы трения. Действие твердого модификатора трения основано на механической очистке, а жидкого – на химической обработке поверхности трения. Однако при всех своих преимуществах данные модификаторы имеют существенные недостатки: так, жидкий активизатор сцепления неустойчиво работает в зимнее время, а твердый не обеспечивает достаточно стабильного уровня коэффициента сцепления 0,3.

Вторая глава посвящена физическому моделированию системы «подвижной состав – верхнее строение пути». Построение физической модели осуществлялось с учетом накопленного опыта моделирования процессов трения и изнашивания, разработок Веникова В.А., Едокимова Ю.А., Брауна Э.Д., Чичинадзе А.В. и других.

В основе методики физического моделирования лежит метод «анализа размерностей с ограничениями». На основе уточнений, предложенных Шаповаловым В.В. и Щербаком П.Н., узел трения «колесо – рельс» предлагается моделировать как подсистему системы «подвижной состав – верхнее строение пути», но с учётом существующей между ними взаимосвязи. В качестве условия для моделирования данной взаимосвязи принимается равенство частот собственных колебаний подсистем натуры и модели системы «подвижной состав – верхнее строение пути».

Рисунок 1 – Модернизация испытательной установки СМЦ-2: а – глухая жесткая муфта; б – сменная упругая пластина (для варьирования жесткости связи)

Для моделирования жесткости привода локомотива и измерения его тяговой характеристики была модернизирована стандартная машина трения СМЦ-2 (рис. 1). Для этого жесткая муфта промежуточного вала (рис.1, а) была заменена на упругую (рис. 1, б). За счет разности в диаметрах ролики за один оборот проходят разный путь. Это приводит к деформации сменной пластины упругой муфты. Пластина будет деформироваться до тех пор, пока крутящий момент сопротивления пластины Mпл не превысит момент трения в зоне контакта Mтр .

В момент превышения Mпл   Mтр происходит возврат пластины (пружины) в исходное положение. Далее процесс повторяется.

Угол закручивания пружины в процессе испытаний равен углу проскальзывания верхнего образца:

, (1)

где Mтр – момент трения в момент времени t выбранный произвольно (рис. 2,а), Нм;

– угловая жесткость пластины, ;

Тогда угловую скорость проскальзывания можно найти по формуле:

. (2)

Скорость скольжения равна

, (3)

где расч – угловая скорость нижнего образца об/мин.

Для проведения эксперимента согласно теории физического моделирования были изготовлены образцы из колесной и рельсовой стали диаметрами 39,5 и 39,9 мм. Твердость верхнего ролика, моделирующего колесо 290 НВ, нижнего – рельс 320 НВ.

Испытания проводились при максимальном контактном давлении по Герцу – 0,8 ГПа и частоте вращения нижнего ролика 300 мин-1.

Угловая жесткость сменной пластины, определенная экспериментально, во всех испытаниях составляла 115  ± 3%.

Запись момента трения в функции угловой скорости нижнего образца осуществлялась с помощью ЭВМ с использованием программного комплекса «Zet Lab многоканальный самописец» (рис. 2, а). Результаты обработки полученных данных с помощью графоаналитического метода в виде зависимости момента трения от относительной скорости скольжения приведены на рис. 2, б.

Особый интерес представляет определение величины скольжения при переходе в режим срыва сцепления – величина критической скорости скольжения.

Анализ полученных зависимостей показал, что величина критического скольжения для сухого контакта в момент срыва сцепления во всех испытаниях составила 0,8±0,2 %, что вполне согласуется с работами других ученых.

а) б)

Рисунок 2 – Зависимость момента трения от проскальзывания:

а) показания самописца б) зависимость момента трения от проскальзывания

Третья глава посвящена теоретическому обоснованию механизма удержания частиц абразива силами адгезионного взаимодействия.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»