Введение к работе
Актуальность работы. Внедрение в локомотивный парк страны мощных электровозов ВЛ80 позволило в 80-х годах осуществить переход на новые прогрессивные технологии поездной работы, связанные прежде всего с увеличением длины и массы составов. В результате увеличились показатели пропускной и провозной способностей железных дорог.
Однако, эксплуатация электровозов ВЛ80 на перевальных участках дорог с кривыми малого радиуса показала, что вписывание ігх в такие кривые с тяжеловесными составами сопряжено с увеличением тенденции к боксованию колес и к повышению интенсивности бокового износа гребней. Наблюдения за условиями работы электровозов ВЛ80 производились на Забайкальской и Дальневосточной железных дорогах.
Анализ профиля Забайкальской железной дороги показал, что 36% обшей протяженности дороги составляют кривые; третья часть кривых - кривые малого радиуса. Профиль Дальневосточной дороги во многом идентичен Забайкальской; здесь участки Архара - Вира, Уссурийск - Владивосток, Угловая -Находка, Комсомольск - Советская гавань имеют протяженность кривых от 45 % до 54 %, среди них кривые малого радиуса составляют более половины.
Проведенные в 1988 - 91 годах поездки с динамометрическим вагоном на Читинском отделении ЗабЖД и на участке Смоляниново - Находка ДВЖД свидетельствуют о том, что электровозы в этот период эксплуатировались в интенсивном режиме, граничащим с недопустимым. Отмечались повышенная частота возникновения боксования, срыв сцепления первых по ходу колесных пар, несмотря на интенсивную подсыпку песка под колеса локомотива. Одновременно <. при прохождении кривых малого радиуса фиксировалось увеличение направляющих усилий, передаваемых рельсом гребню набегающего колеса; что нашло отражение в резком увеличении бокового износа головок наружных рельсов и гребней колесных пар подвижного состава.
Ухудшение состояния пути и бандажей колес локомотивов привело к значительному осложнению организации эксплуатационной работы ДВЖД и ЗабЖД. увеличению расходов на ремонт и содержание пути и локомотивного парка. С аналогичными проблемами столкнулись и другие железные дороги страны, имеющие участки с кривыми малого радиуса. К решению проблемы были привлечены практически все научные коллективы системы МПС.
В 1989 году в ХабИИЖТе под руководством профессора В.Г. Григоренко были начаты многосторонние исследования причин повышенного бокового износа рельсов и гребней колес подвижного состава в кривых.
Цель работы состоит в установлении причинно - следственных связей между изменениями параметров поездной работы локомотивов и интенсивностью бокового износа рельсов и гребней колес электровозов В Л 80 в кривых малого радиуса.
Для достижения цели решались задачи: проведешіе анализа существующих методов кинематического и динамического вписывания локомотивов в кривые: исследование динамики разворота двухосных локомотивных тележек при переходе из хордового положения в перекосное; установление влияния изношенности гребней колес и боковой поверхности головок рельсов на скорость проскальзывания по рельсу гребня набегающего колеса; исследование возможности управления интенсивностью бокового износа рельсов и гребней колес за счет перераспределения тяговой нагрузки между колесными парами электровоза ВЛ80, за счет введения дополнительных межтележечных связей и за счет принудительного удерживания тележек в хордовом положении.
С 1987 по 1991 год автор входил в состав исследовательской группы ВНИИЖТа, руководимой старшими научными сотрудниками Басовым Ю.А. и Перцовским МЛ., которая в условиях ДВНСД занималась внедрением системы автоматического управления режимом тяги и рекуперации, защиты от боксования и юза электровозов ВЛ80Р. Цель этой работы - оптимизация
5 режимов работы электровозов ВЛ80Р с целью повышения их тяговых свойств.
В достижении этой цели решались задачи: участие в разработке системы автоматического управлением режимом тяги и рекуперации электровозов ВЛ80Р, в оборудовании опытной партии электровозов, в проведении тягово-энергетических испытаний; исследование влияния подсыпки песка, как средства предупреждения боксования, на увеличение бокового износа рельсов и гребней колес локомотивов.
Методы исследования - методы аналитической механики описания движения сложных механических систем, численные методы решения систем нелинейных атгебраических уравнений, методы интегрирования дифференциальных уравнений; при проведении экспериментальных исследовании использовались методы планирования эксперимента.
Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Создана уточненная математическая модель динамики вписывания,электровоза ВЛ80 в кривые малого радиуса, позволяющая исследовать поведение локомотивных тележек при движении по таким кривым, установить причинно-следственные связи между параметрами поездной работы локомотивов и интенсивностью бокового износа рельсов и гребней колес; в математической модели впервые учитывалось:
влияиие системы люлечного подвешивания на разворот тележек в рельсовой колее;
влияние подсыпки песка под колеса для предупреждения боксования, поосно-го регулирования тяговой нагрузки, установки межтележечных поперечных связей, а также влияние устройств, удерживающих тележки в хордовом положении, на величину силы нормального давления гребня колеса на рельс;
влияние закона изменения угла разворота тележек в рельсовой колее и поос-ного регулирования тяговой нагрузки на скорость упругого проскальзывания по рельсу поверхностей катания колес;
влияние изношенности контактирующих поверхностей гребня и рельса на
скорость проскальзывания по рельсу гребня набегающего колеса;
2. Обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследовашш показало, что:
тележки электровоза ВЛ80 при входе в кривую малого радиуса на первых метрах пути устанавливаются в перекосное положение и сохраняют его до выхода из кривой (максимальный угол перекоса равен 040'), определяющее влияние на процесс перекашивания тележек оказывают касательные силы на поверхностях катания колес;
перекашивание тележек приводит к появлению дополнительных поперечных составляющих касательных сил на поверхностях катания колес, которые увеличивают силу нормального давления на рельс гребня набегающего колеса и, соответственно, увеличивают боковой износ рельсов и гребней колес;
подсыпка песка под колеса для предупреждения боксования приводит к возрастанию поперечных составляющих касательных сил на поверхностях катания колес и, как следствие, к увеличению силы норматыгаго давления гребня колеса на рельс, к росту интенсивности бокового износа рельсов и гребней колес;
изношенное колесо с углом наклона прямой вставки гребня к оси колесной пары более 75 при набегании на неизношенный рельс имеет в 1,5-2 раза большую скорость проскальзывания гребня по сравнению с неизношенным колесом при тех же условиях контактирования;
устройство, удерживающее тележку в хордовом положении за счет пары сил, позволяет при определенном значении момента пары полностью исключить перекос тележки и обеспечить близкие к нулю значения силы нормального давления на рельс гребня набегающего колеса.
Практическая ценность. 1. На основании поведенных исследований сделан вывод, что некоторого уменьшения интенсивности износа гребней колес электровоза ВЛ80 и бокового
7 износа рельсов в кривых малого радиуса можно добиться за счет исключения из эксплуатации локомотивов, у которых угол наклона прямой вставки гребня к оси колесной пары превышает 75 (при норме 70), а также за счет оборудования локомотивов противобоксовочной системой с электрическими уравнителями, позволяющей значительно уменьшить количества песка для предотвращения боксования. Тягово-энергетические и эксплуатация испытания опытных электровозов ВЛ80, оборудованных такой системой на ДВЖД и ЗабЖД, показали достаточно высокую ее эффективность.
2. Для радикального решения проблемы бокового износа рельсов и гребней колес электровозов ВЛ80 необходимо предусматривать установку устройства, обеспечивающего принудительное удерживание локомотивных тележек в хордовом положешш за счет пары сил. Расчеты показывают что величіша момента пары, который должен создаваться таким устройством, в среднем составляет 250 кН м.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на двух совещаниях главных инженеров железных дорог Восточной Сибири и Дальнего Востока (г. Хабаровск, 1995, 1996 гг.), на четырех научно-технических конференциях кафедр ДВГАПС (г. Хабаровск, 1989, 1991, 1993, 1995 гг.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (г. Новочеркасск, 1991г.), на Дальневосточной научно-практической конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока" (г. Владивосток, 1995 г.), на VI Междунарбдной научно-технической конференции "Проблемы развития локомотивостроения" (г. Москва, 1996 г.), решение VI международной конференции представлено в ПРИЛОЖЕНИИ 1.
Система автоматического управления режимом тяги и рекуперации электровозов ВЛ80 экспонировалась на Выставке достижений народного хозяйства СССР (Москва, 1990 г), за участие в разработке этой системы автор был натра-
8 жден серебряной медалью ВДНХ (постановление ГВК ВНДХ СССР N230-H от 12.12.1990 г.). Получено авторское свидетельство N1686648 на устройство для управления вентилями плеча преобразователя.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах и в четырех научно-исследовательских отчетах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка, содержит 130 страниц машинописного текста, 7 таблиц, 33 рисунка. 6 приложений.
