Введение к работе
Актуальность проблемы. Взаимодействие колеса и рельса является физической основой движения подвижного состава по железным дорогам. От параметров этого взаимодействия во многом зависят безопасность движения и основные технико-экономические показатели хозяйств пути и подвижного состава. Так, в частности, потери энергии, обусловленные изнашиванием в системе колесо-рельс, составляют 10-30 % расходуемых топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов. Кроме того, расходы на реновацию рельсов и колесных пар составляют немалую часть общих расходов дистанций пути, локомотивных и вагонных депо соответственно. Особенно большие издержки в связи с этими расходами терпят локомотивные депо, поскольку за последние полвека средний срок службы локомотивной колесной пары существенно сократился.
Среди причин, вызвавших в 70 - 90 гг. прошлого столетия значительное возрастание интенсивности изнашивания колесных пар, следует отметить замену буксовых подшипников скольжения подшипниками качения, изменение соотношение твердостей колеса и рельса за счет внедрения объемнозакаленных рельсов, сужение колеи до 1520 мм, введение профиля рельсов, предусматривающего двухточечный контакт бандажа с головкой рельса и др. Все это в совокупности привело к существенному изменению нагруженности зоны контакта, температуры и условий смазывания в этой зоне, а также к изменению среднестатистической скорости скольжения колеса в поперечном относительно головки рельса направлении. Результатом этих изменений стало существенное возрастание интенсивности изнашивания колес подвижного состава, снижение их ресурса, которое в свою очередь привело к тяжелым последствиям в работе для локомотивного и вагонного хозяйств.
Для преодоления сложившейся ситуации МПС РФ принята «Программа реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоно-
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ і 1 БИБЛИОТЕКА і
О» ЩіиеОО*
строения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период 2001 - 2010 гг.». Одна из основных задач, выдвинутых этой программой, - повышение ресурса бандажей колесньк пар локомотивов: на первом этапе - до 0,6 млн. км; на втором - до 1,2 млн. км. Таким образом, проблемы повышения износостойкости колесных пар, в частности, за счет повышения твердости обода и качества восстановления при ремонте этим документом обозначены как одни из наиболее приоритетных.
Объект исследования - колесная пара.
Предмет исследования - процесс восстановления бандажных колесных пар подвижного состава повышенной твердости.
Цель диссертационной работы - разработка рекомендаций по повышению эффективности процесса восстановления бандажных колесных пар повышенной твердости.
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:
1. Оценка соотношения твердостей колеса и рельса (НВк /НВр ), и
его влияние на повышение ресурса;
2. Экспериментальное и теоретическое исследование процесса об
работки бандажной стали повышенной твердости;
3. Оптимизация режимов восстановления бандажей повышенной
твердости и разработка рекомендаций по их практическому применению.
Методы исследования. Исследования выполнялись на основе системного подхода к вопросам анализа функционирования и ремонта колесных пар, включая оценку напряженно-деформированного состояния (НДС) бандажного колеса повышенной твердости, его износа и особенностей его восстановления при ремонте. Теоретической базой проведения исследований послужили метод конечных элементов (МКЭ), метод подобия, программные комплексы ANSYS, CosmosWorks, NASTRAN, положения ряда
разделов фундаментальных наук (механики, теплофизики и др.) и теории резания. Экспериментальные исследования (в том числе с использованием метода планирования эксперимента) проводились в лабораторных и производственных условиях. Автор защищает:
-
Результаты оценки соотношения механических свойств пары «колесо-рельс» и его влияние на срок службы колеса;
-
Методику комплексного анализа процесса восстановления колес по профилю катания на основе термомеханического подхода;
-
Систему управления процессом восстановления колесных пар по температуре формоустойчивости режущего инструмента;
Научная новизна:
-
Предложена методика комплексного исследования процесса восстановления колесных пар по профилю катания при ремонте на основе термомеханического подхода;
-
Создана виртуальная среда для исследований и анализа процессов восстановления колесных пар;
-
Установлены области существования сочетаний параметров процессов восстановления колес с различной твердостью обода;
-
Разработана система управления процессом восстановления колесных пар по температуре формоустойчивости режущего инструмента.
Практическая значимость:
получены численные значения показателей НДС для колес раз
личного диаметра и износа материала колес повышенной твердости;
разработана программа, позволяющая анализировать показатели процесса восстановления колесных пар;
предложены рациональные технологические режимы и геометрия режущего инструмента для восстановления колес повышенной твердости;
разработаны технологические регламенты по практическому
применению рациональных режимов восстановления колес различной
твердости;
результаты работы используются в учебном процессе.
Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением
согласованности теоретических и экспериментальных данных. Расхождение данных расчета силовых характеристик процесса восстановления и полученных при эксперименте составило 7 - 12 %.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях: «63 научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.), Международная конференция «Транспорт XXI века» (г. Варшава, Польша 2004 г.), Международная конференция «Развитие транспортного машиностроения в России. Желдормашиностроение-2004» (г. Щербинка, 2004), «64 научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых» (г. Санкт-Петербург, 2004), VI Международная конференция «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте», (г. Санкт-Петербург, 2004), III Международная научно-техническая Интернет - конференция «Новые материалы и технологии в машиностроении» (г. Брянск, 2004), IV Международная научно-техническая конференция "Подвижной состав XXI века (идеи, требования, проекты)" (г. Санкт-Петербург, Россия 2005 г.), а также на заседаниях Силезской Школы транспортной механики (г. Катовице, Польша 2004).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 печатных работ, получено 1 авторское свидетельство на полезную модель.
Работа выполнялась на кафедре «Технология металлов» Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения.
Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры "Технология металлов", в локомотивных депо (ТЧ19) Малая Више-
pa, ТЧ18 (Дно) и вагонном депо ВЧД20 (Кемь).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 8-й разделов, включая введение, заключение, список используемых источников и приложения. Объем работы составляет 140 стр., в том числе 60 рисунков, 22 таблицы, 4 приложения.
