Введение к работе
Актуальность работы . Поступательное развитие народного хозяйства обуславливает дальнейший рост перевозок желез подо рожным транспортом. Это достигается, в основном, увеличением грузоподъемности вагонов и скорости движения поездов. Железнодорожные колеса являются важной частью подвижного состава, п значительной степени обеспечивающие эффективную его работу и безопасность движения. Увеличение уровня нагрузок на колеса обусловило увеличение в последние годы количество их восстановлений, связанных прежде всего с поверхностью катания колеса, что свидетельствует о несоответствии его работоспособности современным условиям эксплуатации.
Выход из строя колесных пар влечет за собой отказ п эксплуатации целого вагона или локомотива, вызывает увеличение времени их простоя в нерабочем парке. Использование современных методов определения прочности колесных пар не позволяет выявить причины низкой их надежности, а их конструирование, как правило, ведется путем испытания большого количества различных вариантов натурных образцов.
В связи с этим, актуальной является задача создания таких методов расчета колес, применение которых позволит установить причины повышения выхода их из строя, сократить общие сроки проектирования колесных пар и повысить их надежность в эксплуатации.
Эффективным путем повышения служебных свойств колес, в тем числе поверхностей катания, является их термическое упрочнение. В процессе термического упрочнения в колесе неизбежно возникают остаточные напряжения, которые играют для железнодорожных колес особую роль, поскольку в значительной степени определяют важнейший показатель их качества -надежность в эксплуатации.
Ремонт колес в процессе эксплуатации в большинстве случаев ведет к сокращению па 30-40% р „четного срока службы колес из-за неэкономичного восстановления геометрических параметров профиля катания колес, потерями колесного металла. Также
значительны потери металла обода при ремонте из-за сверхнормативного износа гребней.
Среди рекомендаций по . борьбе с интенсивным износом гребней, главнейшей является применение смазки в контакте колеса и рельса в кривых участках пупі.
Рассматриваемая работа является развитием системного подхода к научным- исследованиям на стадиях проектирования, изготовления .эксплуатации и ремонта колес в рамках программ Министерства Транспорта; Комитета Научных Исследований Польши, Института Транспорта, в Катовицах, а также совместных научных исследований с С-Петербургским государственным университетом путей сообщения по разработке :
методов определения прочности элементов колесных пар;
технологических процессов производства и ремонта колес с целью повышения их ресурса, экономии транспортного металла к интенсификации процесса восстановления работоспособного состояния колес;
методов по борьбе с интенсивным износом в кривых участках пути бандажей, колес и рельсов во время их эксплуатации.
Цель работы. Повышенна работоспособности колес железнодорожных экипажей на основе системного подхода, касающегося разпаботки технических и технологических решений по совершеь. гиованию качества ігх фушщионнрования на стадиях проектировашш, .изготовления, , эксплутащш и , ремонта , и теоретического их обосноваїшя.
О б in а я 'методика и с с л е а о в а и я й. Теоретические исследования выполнены на осіюве системного анализа: анализ и синтез, ранговая корреляция, математическое моделирование. Оптимизация, 'касающаяся напряженного состояния колеса, теории контактного взаимодействия /трибозлементоз колеса и рельса, а также определения оптимальных остаточных напряжений Оыла выполнена с применением ЭВМ. Теоретический анализ влияния конструкции подвижного' состава па работоспособность поверхности катания колес сбыл проведен при использоваїпш метода раїїговой корреляции.
' ' - 2 ..- '.'-
' Экспериментальные исследования проводились . как в лабораториях, так и в производственных условиях с использованием современного оборудования и приборов.
Н а, у ч н а я н о в и з н а. На основе экспериментально-
теоретических исследований приведены научно-обоснованные
технические решения : [конструкторские, технологические,
эксплуатационные), внедрение которых вносит значительный вклад
в ускорение научно-технического прогресса на железнодорожном
транспорте Польской Республики за счет повьішеїшя
работоспособности колес и безопасности движения поездов. При
этом получены следующие оригинальные результаты:.
1. Предложен системный подход к повышешпо работоспособности
колес рельсовых экипажей, касающийся комплексных
конструкционных, технологических и эксплуатационных разработок
в этом направлении. -\
2.Предлох<е!іа методика проектирования колесных пар которая позволяет в зависимости от разных монтажных параметров натяга, разных конструкционных параметров колеса и оси, а также разных термических нагрузок во время. торможения найти оптимальное суммарное напряженное состояние и соответственно выбрать оптимальную конструкцию колесной пары для определенных условий эксплуатации.
. 3. Разработана новая классификация . остаточных напряжений, а также рекомендована их величина * в колесах после технологического процесса их упрочнения.
4. Установлена качественная и количественная зависимость
распределения остаточных напряжений в колесах на различных
этапах технолопгческого процесса их изготовления.
5. Предложен метод повышения работоспособности элементов пары
системы колесо-рельс, основанный на использовании наиболее
благоприятных физико-механических свойств в их поверхностных
слоях. Определены геометрические и физико-механические
параметры их упрочнешія.
6. Теоретически и экспериментально определено влияние
термической обработки поверхности катаїпія бандажных колес на
качество прессового соединения и последующей механической
обработки.
7. Изучено напряженное состояние в контактной зоне колеса
и рельса в зависимости от уровня колесных нагрузок, износа
поверхности катания колеса и головки рельса.
8. Получены теоретический результаты влияния смазки
на напряженное состояние и параметры смазываемого слоя
в системе колесо-рельс.
Практическая ценность работы заключается в использовании разработанных методов и средств решения научных, практических, производственных и экономических задач проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта колес для повышения срока их службы, интенсификации процессов их изготовления и восстановления работоспособности, экономии транспортного металла.
Реализция работы. Разработанная теория и методика определения напряжений была применена на металлургических заводах Польши: "KoSciuszko" в Хожове и на "1-go Maja" в Гливицах при выполнении научно-исследовательских работ, а также используется в учебном процессе политехшгческого института в Гливицах.
Разработанное теоретическое обоснование и проведенные экспериментальные исследования влияния термической обработки поверхности катания колес на качество прессового соединения и последующей механической обработки были использованы при разработках фирмой "RAFAMET" конструкции установок EZA-112.
Разработанный системный подход к повышению работоспособности колес рельсовых экипажей был использован Центральным Конструкторско-технодогическим Бюро в Катовицах при научно-исследовательских работах. Разработанная теория смазки системы колесо-рельс была использована при научно-исследовательских работах в Силезском Политехническом Институте в Гливицах, а также в Университете в Кардиффе ( Англия ), а рекомендации прошли опытную проверку на польских железных дорогах.
Вклад автора. Реферируемая диссертация обощает результаты исследований по повышению ресурса колес и его конструкционного, технологического и эксплуатационного
обеспечения, полученные при выполнении научно-
исследовательских работ в Польше и других странах мира (Ангаия.Россия) по тематике Министерства Транспотра и Комитета Науки Польши под научным руководством и при непосредственном участии автора. Результаты совместных разработок с указанием вклада каждого участника изложены в отчетах и опубликованы о соавторстве. В каждом конкретном случае в диссертации даны соответствующие ссылки и источники информации.
А п р о б а и и я работы. Основные положения работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на : научно-технических конференциях . Силезского Политехннче-скиго Института в Глпвицах в 1979-1993 г.г.; на расширенном заседании кафедры "Технология металлов" ПГУПС в 1937 и 1995 г.г.; па заседании "Department of Metallurgy and Materials Science" University of Weles, Cardiff, 1983 и 1991 г.г.;а также на научных конференциях и. семинарах в Польше и других странах, в том число: Ogotnopolskim Seminarium Naukowym " Naprezenia wlasne - teoria і praktyka", Lubliniec 1984 г., SzkeJs-Konfersncji "Tcoretyczne і doswhdcznlne pedstawy. prognozowania tnvalosci рагу kolo-szytuf, Spata 1987 г., International Conference "Rail-Wheal System", Miszkolc, 1987 г., Научно-технической конференции ТашИИТ, Ташкент, 1907г., VII Kcnferencji Naukowej "Pojazdy szynowe" Rydzyna 1933 г., -Migdzynarodowej Kcnferencji Naukowej "Eksploatacja і naprawa kolejowych zestawow kolowych і szyn" Gliwice 1939 r. V Kcnferencji Naukowej Instytatii- Transpartu Poiitcchniki Warszawskiej, Warszawa 1990 г., XXX Sympozjum "Modelowanie w Mechanics" Wish 1992 г., XIV Kcnferencji Naukowo-Technicznej "Produkcja і eksploatacja szyn kolejowych" Rogoznik 1994 г..
П у б л и к п ті и н. По материалам диссертации опубликовано 30 научные работы и одна монография. Отдельные вопросы подробно освещены в 11 отчетах по научно-исследовательским работам.
Объ пп и структур я работ н. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов, содержит 239 страниц машинописного текста, 32 таблиц, 117 рисунков, библиографии, пплгочггощей 231 гглнменований и 8 приложений.
~ 5 -
