Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

ГАРИПОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ПОЛЗУНА

И ОЦЕНКА ЕГО ВЛИЯНИЯ НА ДИНАМИКУ КОЛЕСА

Специальность

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 2012

Работа выполнена на кафедрах Вагоны и Механика ФГБОУ ВПО Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС)

Научный руководитель:  -  доктор технических наук, профессор

  КУДЮРОВ Лев Владимирович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор 

  ТУРАНОВ Хабибулла Туранович

- кандидат технических наук, доцент 

ВОРОБЬЕВ Александр Алфеевич

 

Ведущая организация  - ФГБОУ ВПО Московский государственный 

университет путей сообщения

Защита диссертации состоится л__________2012 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 218.011.01 в Самарском государственном университете путей сообщения по адресу: 443066, г. Самара, 1-ый Безымянный пер., 18, СамГУПС, в аудитории 5216, корпус 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан л__________2012  г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета университета

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 218.011.01,

кандидат технических наук, доцент  В.С. ЦЕЛИКОВСКАЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Наиболее распространенным дефектом на поверхности катания колеса является ползун, возникающий при  скольжении колесной пары, заклиненной тормозной колодкой. У специалистов железнодорожного транспорта принято, что при движении кромки ползуна скругляются, и он закатывается с образованием неравномерного проката. Расчеты показывают, что существует скорость (около ), при которой колесо в месте контакта передней кромки ползуна с рельсом отрывается и на доли секунды зависает над рельсом. В следующее мгновение колесо ударяется задней кромкой ползуна о рельс. Это значит, что при скоростях выше ползун действительно закатывается, и колесо в этом месте принимает овальную форму. При скоростях ниже критической для глубины ползуна есть граница (0,5 - 0,8 мм), зависящая от нагрузки, ниже которой ползун тоже будет закатываться, но не вследствие удара, а из-за деформации кромок ползуна под действием нагрузки на ось. Выше этой границы кромки ползуна тоже будут скругляться, но часть ползуна все-таки будет оставаться, и колесо этой частью ползуна будет ударяться о рельс. Под действием удара поверхность ползуна будет пластически деформироваться, развиваться (его площадь и глубина становятся больше). 

Таким образом, при движении груженого вагона со скоростью ниже нельзя говорить только о закатывании ползуна, так как на самом деле происходит одновременно и закатывание, и развитие. И если последний процесс более интенсивный, то необходимо принять факт увеличения размеров ползуна. Развитие ползуна приводит к увеличению ударной силы, циклическое воздействие которой приведет к возникновению трещины, к потере устойчивости движения и, наконец, к возникновению аварийной ситуации, если своевременно не снять колесную пару с эксплуатации. Возникает необходимость контроля, прогнозирования развития ползуна, что сводится к весьма актуальной проблеме, имеющей научный и практический интерес и направленной на повышение безопасности движения.

Цель и задачи исследования

Целью исследования является повышение безопасности движения методом прогнозирования развития плоского дефекта (ползуна) на поверхности катания колеса с течением времени за счет определения максимально допустимых размеров ползуна и оценка его вклада в разгрузку колесной пары с учетом влияния упругости рессорного подвешивания кузова вагона и вертикальной неровности пути.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- разработать метод расчета динамики колеса, позволяющий прогнозировать развитие ползуна с течением времени при скоростях поезда, меньших критической, с учетом указанных выше возмущений;

- разработать метод прогнозирования развития ползуна с течением времени при скоростях поезда, больших критической, с учетом указанных выше возмущений;

- изучить характер изменения силы реакции рельса, действующей на колесо в месте контакта, и на базе этих исследований оценить вклад ползуна в разгрузку колеса.

Объект и методы исследования

Объектом исследования является вагонное колесо, имеющее ползун на поверхности катания. Предметом исследования является динамика колеса, имеющего ползун на поверхности катания. В работе использованы методы и законы классической механики, теории упругости и пластичности, а также математический аппарат линейных и нелинейных дифференциальных уравнений. 

Научную новизну представляет разработанный в диссертации метод расчета динамики колеса, имеющего ползун, с учетом упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности пути, который позволяет прогнозировать развитие ползуна с течением времени и оценивать вклад ползуна в разгрузку колеса.

На защиту выносятся следующие положения:

- метод прогнозирования размеров ползуна и высоты смятия вследствие пластической деформации при ударе при скоростях, меньших критической, с учетом возмущений, обусловленных упругостью рессорного подвешивания и вертикальной неровностью рельса;

- метод прогнозирования развития ползуна с учетом возмущений, обусловленных упругостью рессорного подвешивания кузова вагона и вертикальной неровностью рельса, при скоростях поезда, больших критической;

- метод оценки вклада ползуна в разгрузку колеса.

Достоверность научных положений и выводов

Достоверность научных результатов подтверждается сравнением с теоретическими и экспериментальными исследованиями других авторов, а также отчетными данными комиссии по расследованию схода грузового вагона.

Практическая ценность работы

Разработанный метод прогнозирования развития ползуна и оценки вклада ползуна в разгрузку колеса позволяет:

- определить текущие размеры ползуна и высоту смятия материала колеса вследствие пластической деформации при ударе и оценить текущий вклад ползуна в разгрузку колеса;

- предложить дополнения к ПТЭ в части движения колеса с ползуном, направленные на повышение безопасности движения.

Реализация результатов работы

Полученные результаты внедрены в учебный процесс Самарского государственного университета путей сообщения (СамГУПС) по специальности 190302 Вагоны, а также  в службу вагонного хозяйства Куйбышевской железной дороги - филиала ОАО РЖД.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и одобрены на: V Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых TRANS-MECH-ART-CHEM (г. Москва, 24Ц25 апреля 2008 г.); XII Международной конференции Проблемы механики железнодорожного транспорта. Безопасность движения, динамика, прочность подвижного состава и энергосбережение (г. Днепропетровск, 28Ц30 мая 2008 г.);  Научно-техническом семинаре Компьютерное моделирование в железнодорожном транспорте: вопросы динамики, прочности и износа (г. Брянск, 9Ц12 февраля 2009 г.); научных конференциях студентов и аспирантов СамГУПС (г. Самара 2006Ц2010 гг.).

Публикации

Результаты диссертации отражены в 12 научных работах (из них 3 в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ): 8 статей, тезисы 3 докладов, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов по главам, заключения, библиографического списка, 2 приложений. Объем работы: 152 страницы машинописного текста, включая 54 рисунка, 2 таблицы и приложения на 2 страницах. Список литературы состоит из 145 источников. Общий объем работы 154 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненных исследований, дана общая характеристика работы и полученных в диссертации результатов.

В первой главе проведен обзор и выполнен анализ исследований по динамике колеса, имеющего ползун. Теоретическим и экспериментальным исследованиям по вопросам взаимодействия колеса с ползуном и рельса посвящены работы Вериго М.Ф., Когана А.Я., Вершинского С.В., Данилова В.Н., Хусидова В.Д., Шахунянца Г.М., Добычина И.А., Комарова К.Л., Яшина А.Ф., Анисимова П.С., Сладковского А.В., Погорелова Д.Ю., Кудюрова Л.В., Федорова В.В., Червинского В.П., Hersalek Stanislav, Masin Aloisi, Верхотина А.А., Богданова В.М., Сергеева Д.А., Ginalski Marian, Benedek Teofil, Шевченко В.В., Жданова С.М., Birmann F., Яковлева В.Ф., Кудрявцева Н.Н., Кривошеева В.Н., Кривободрова А.А., Сато Ютака, Пахомова М.П., Кучеренко В.К., Семенова И.И., Костов Тодов, Данченко О.А., Towpik Kazimierz, Ono Kazuyosi, Кузнецова А.В., Баранова В.А., Сакало В.И., Демьянова Ал.Ал. и других исследователей.

Основное внимание в этих работах уделяется вопросам взаимодействия колеса, имеющего неровности на поверхности катания, и рельса: исследованию напряженного состояния при ударе и характеру разрушения кругов катания колесных пар в зависимости от размеров ползуна; исследованию динамических нагрузок на экипажную часть вагона и верхнее строение пути; разгрузке колеса, вызванной ползуном; оценке ударных сил при движении колеса с ползуном по неровностям пути в зависимости от скорости движения.

Вместе с тем отсутствуют сведения, содержащие оценку развития ползуна с течением времени.

Вторая глава посвящена разработке метода прогнозирования размеров ползуна на поверхности катания колеса при скоростях поезда, меньших критической.

Исследования были проведены при следующих допущениях: принимается обобщенная модель нагружения при входе ползуна в контакт с рельсом, которая позволяет свести задачу к определению высоты смятия поверхности катания колеса после удара; рельс - абсолютно твердый,  материал колеса упруго - пластический; вторичная остаточная деформация при разгрузке пренебрежимо мала; форма колеса - круглая, площадка контакта имеет форму эллипса с большой полуосью и малой - ; радиус кривизны кромки ползуна не учитывается.

Показано, что при скоростях поезда, меньших некоторого значения (критическая скорость 36-39 ), удар колеса, имеющего ползун, о рельс происходит многократно всей плоскостью ползуна (рис. 1). В системе координат с началом в точке, совпадающей с геометрическим центром колеса в момент, когда радиус занимает положение по нормали к поверхности рельса (рис. 1), колесо поворачивается вокруг точки (передняя кромка ползуна) до тех пор, пока плоскость ползуна не вступит в контакт с поверхностью рельса. В течение времени поворота колеса вокруг точки на шейку оси колеса действуют: сила - вес колеса, сила - со стороны кузова вагона, сила реакции рельса.

Рис. 1. Расчетная схема взаимодействия колеса с ползуном и рельса

с учетом упругости рессорного подвешивания и вертикальной неровности рельса

Развитие ползуна с течением времени можно оценить текущей высотой смятия (величина вертикального смятия колеса в месте ползуна в результате удара) поверхности катания колеса после удара. Следует ожидать, что, в связи с упрочнением материала колеса от многоцикловой ударной нагрузки и в связи с увеличением площади контакта, величина от удара к удару будет уменьшаться, а суммарная высота смятия (величина полного вертикального смятия за ударов) в соответствии с этим должна увеличиваться.

Для определения текущей высоты смятия поверхности катания колеса  получено кубическое уравнение

, (1)

где - площадь поперечного сечения за фронтом волны пластической деформации; - время удара; - коэффициент пропорциональности; - плотность материала.

Согласно экспериментальным данным, кривая циклического деформирования перестает расти, когда напряжение в месте удара превосходит предел текучести материала колеса в раза, то есть при . Это означает, что при дальнейших ударах смятие уменьшается до нуля, происходит жестко - упругий удар, который способствует развитию трещин, что и случилось при сходе поезда 17 марта 2002 года на перегоне Давлекано - Шингак - Куль Башкирского отделения Куйбышевской железной дороги.

Поэтому расчет с момента, когда , был осуществлен по формуле

,

где , , - коэффициенты; - число ударов.

Результаты исследований, проведенных ВНИИЖТ по оценке нагруженности и живучести цельнокатаных колес, показали, что при превышении нормативного значения неравномерного проката динамическая нагрузка ударного характера взаимодействия колеса и рельса в условиях зимней эксплуатации при минимальной толщине обода 22 возрастает в 4 - 5 раз относительно нормальных условий эксплуатации. При этом в диске в приободной зоне колеса под действием динамических ударных нагрузок величиной более возникают напряжения, значительно превышающие допускаемые и снижающие более чем в 2,5 раза усталостную выносливость металла диска, в результате чего в диске возникают усталостные трещины, приводящие к изломам колес в эксплуатации. Так, в случае схода, упомянутом выше, на месте закатанного ползуна образовался неравномерный прокат , что привело к большим ударным нагрузкам.

Расчеты проводились для колеса массой , плотностью , пределом текучести .

Результаты расчетов представлены на рис. 2 - 3.

Рис. 2. Зависимость суммарной высоты смятия от пройденного пути для разных значений скорости поезда: 1 - ; 2 - ; 3 - ; 4 - ;

5 - ;  - экспериментальные точки

Рис. 3. Зависимость площади ползуна от пройденного пути для разных значений скорости поезда: 1 - ;  2 - ; 3 - ; - экспериментальные точки

Экспериментальные точки приняты в соответствии с Заключением о причине излома цельнокатаного колеса колесной пары № 393264 грузового вагона № 91361368 поезда № 2764, произошедшего 17 марта 2002 года, а также сведениями, полученными в службе вагонного хозяйства Куйбышевской железной дороги - филиале ОАО РЖД. При этом разница между расчетными и экспериментальными данными не более 20 %.

Суммарная высота смятия (рис. 2), как и площадь ползуна (рис. 3), сначала быстро растут ( до ), затем этот рост снижается, и исследуемая величина стремится к некоторому постоянному значению, в связи с упрочнением материала колеса. Это позволяет прогнозировать момент прекращения накопления пластической деформации и появления усталостных трещин.

Для учета вклада неравноупругости пути в развитие ползуна необходимо учесть амплитуду и ускорения подпрыгивания колесной пары, которые, согласно результатам Р.Д. Сабирова, не превышают 1,5 мм и соответственно. Учитывая, что амплитуда этих отклонений весьма мала, а также тот факт, что период этих отклонений () на порядок выше, чем продолжительность вращения колеса, имеющего ползун, вокруг передней кромки A (), можно принять, что на развитие ползуна эти отклонения повлияют незначительно.

Что касается влияния ускорения подпрыгивания колесной пары на развитие ползуна, то, как показали расчеты, появляющаяся вследствие этого ускорения сила инерции не приводит к погрешности в определении скорости в начальный момент удара выше, чем 0,034%. Учитывая периодичность силы инерции в соответствии с ускорением подпрыгивания,  это влияние на развитие ползуна также незначительно.

Сравнение полученных в этой главе результатов с результатами М.Ф. Вериго и А.Я. Когана, показали, что отличие фазовых траекторий центра масс колеса  при повороте вокруг точки A в момент начала удара составляет около 15%. Это объясняется тем, что по методике М.Ф. Вериго и А.Я. Когана  ускорение центра колесной пары считалось постоянным при движении вокруг точки A  и поэтому скорость в конце поворота (скорость до удара) на 15% меньше, чем у автора.

Третья глава посвящена разработке метода прогнозирования размеров ползуна на поверхности катания колеса при скоростях поезда, больших критической. При скоростях, больших критической (рис. 4), сила   реакции рельса  становится равной нулю, и передняя кромка ползуна теряет контакт с рельсом.

Рис. 4. Положения колеса в моменты отрыва и удара

Начиная от момента отрыва точки ,  центр колеса движется вниз к рельсу под действием силы тяжести и  силы со стороны кузова.

Учитывая, что сила , а также сила тяжести колеса прижимают колесо к  рельсу, а инерционные факторы, способствующие разгрузке, весьма малы, колесо на некоторое малое время оказывается вне контакта с рельсом. Оно продолжает вращаться, а его центр масс движется по некоторой кривой в направлении движения поезда, одновременно опускаясь вниз, до того момента, пока задняя кромка ползуна не вступит в контакт с рельсом.

Для оценки высоты смятия принято, что кинетическая энергия, возникшая до удара, расходуется на работу пластической и упругой деформации и на нагревание материала колеса при ударе:

. 

Этот подход к задаче оценки текущей высоты смятия позволил получить решение в виде зависимости от указанных выше переменных, представленной на рис. 5Ц6 в функции от числа ударов при различных значениях скорости поезда с учетом вертикальной неровности пути.

Расчеты проводились для колеса массой , плотностью , пределом текучести , модулем упругости , начальной глубиной ползуна . 

Рис. 5. Изменение высоты смятия с числом ударов для разных скоростей поезда

при :  1 - , 2 - , 3 -

Рис. 6. Изменение высоты смятия с числом ударов для разных значений максимальной глубины неровности рельса при : 1 - , 2 - , 3 Ц  ,

4 -

Из анализа результатов следует: при скоростях поезда, больших критической, передняя кромка ползуна теряет контакт с рельсом, колесо на мгновение зависает над рельсом и ударяется каждый раз задней кромкой площадки, образованной на предыдущем ударе в результате пластической деформации. При этом высота смятия зависит как от скорости поезда (рис. 5), так и от неровности пути (рис. 6), имеет общую тенденцию к снижению (лползун закатывается) и колебательный характер изменения в соответствии с периодичностью силы упругости.

В четвертой главе рассматривается задача динамики вагонного колеса с ползуном с учетом упругости рессорного подвешивания и дисбаланса центра масс. Получены результаты исследования влияния ползуна на изменение силы при различных скоростях движения поезда.

  На участке  на  шейку оси колеса действуют (рис. 7): сила-

вес колеса, сила - со стороны кузова, сила   реакции рельса.

Вследствие отклонения  центра масс от геометрического центра колеса, к внешним силам следует добавить силу инерции . В этом случае сила из условия Даламберова равновесия равна

Рис. 7. Расчетная схема взаимодействия

колеса с ползуном и рельса при  

, (2)

где , - дисбаланс.

  Движение колеса при зависит от скорости поезда. Так, при скорости поезда, меньшей критической, кромка ползуна не отрывается от рельса, и колесо вращается вокруг нее до удара плоскостью ползуна о рельс (рис. 8).

На этом участке на шейку оси колеса действуют: - соответствующая  часть Рис. 8. Расчетная схема взаимодействия

колеса с ползуном и рельса при

веса вагона, сила реакции рельса, восстанавливающая сила , сила инерции , - сила тяжести колеса.

В течение времени поворота в результате ускоренного движения центра колеса сила уменьшается на величину , а в результате снижения силы - на величину . Таким образом, сила реакции определится по формуле

.

При происходит удар колеса плоскостью ползуна о рельс с силой

, (3)

где - угловая скорость в момент удара, ; - время удара, с.

Сила скачкообразно возрастает в результате удара колеса о рельс. По окончании времени удара  реакция рельса мгновенно уменьшается до величины

.

В момент времени, когда , колесо начинает вращаться вокруг задней кромки ползуна (рис. 9).

На этом участке на шейку оси колеса действуют: - вес колеса, восстанавливающая сила , сила инерции и сила реакции рельса

Рис. 9. Расчетная схема взаимодействия  , определяемая по формуле

колеса с ползуном и рельса при  

,

где и  - координаты подъема колеса и падения кузова соответственно, м.

При скорости поезда, большей критической, для сила реакции рельса находится по формуле (2). При передняя кромка ползуна отрывается от рельса, и сила становится равной нулю. В результате отрыва колесо поворачивается на угол , где - угол наклона ползуна к рельсу в момент удара (рис. 4). Затем следует удар, и сила скачкообразно возрастает от нуля до . Величина определяется по формуле (3).

Результаты, полученные автором по величине силы реакции в контакте примерно в раза меньше полученных Д.Ю. Погореловым и А.В. Сладковским с помощью Универсального механизма (UM) (табл. 1).

Таблица 1

Влияние скорости движения вагона на величину контактной силы в момент удара

Скорость движения вагона,	Величина контактной силы в момент удара,
	Порожний		Груженый
	Результаты,  полученные  автором	Результаты  Д.Ю. Погорелова и А.В. Сладковского, уменьшенные в раза	Результаты, полученные  автором	Результаты Д.Ю. Погорелова и А.В. Сладковского, уменьшенные в раза
Статическая  нагрузка,	22,8	22,8	104,5	104,5
1	44,6	48,1	128,5	120,7
2	62,1	60,2	145	131,3
5	264,9	297,8	186,7	136,3
10	244,4	271,3	543,1	620,6
20	334	276,6	489	604,9

Указанное отличие обусловлено тем, что в модели UM начальная скорость при ударе завышена в раза, в силу того, что, в отличие от классической схемы (модель автора), в модели UM ползун имитируется на рельсе в виде сопряжения дуг окружностей радиуса, равного радиусу колеса, что и приводит к завышенному значению скорости в начале удара в раза.

При движении колеса с ползуном по рельсу происходит разгрузка колеса, равная динамической составляющей вертикальной реакции рельса.

Результаты расчетов по разгрузке колеса представлены на рис. 10, 11.

Рис. 10. Зависимость максимальной разгрузки колеса вследствие влияния инерционных факторов при вращении колеса вокруг передней кромки ползуна от скорости поезда для разных значений суммарной высоты смятия: 1 - ; 2 -

Рис. 11. Зависимость максимальной разгрузки колеса в результате вертикальных колебаний кузова вагона от скорости поезда для разных значений суммарной высоты смятия: 1 - ; 2 - ; 3 - ; 4 -

Анализируя полученные в четвертой главе результаты, можно сделать выводы:

- оценка достоверности полученных автором результатов по величине нормальной силы реакции рельса показала, что они мало отличаются от известных;

- разгрузка колеса с ползуном возрастает с увеличением скорости поезда и суммарной высоты смятия (рис. 10, 11). Максимальное значение разгрузки для колеса с ползуном глубиной вследствие колебаний кузова и влияния инерционных факторов при вращении колеса вокруг передней кромки ползуна для груженого вагона составляет соответственно при скорости (рис. 11) и при скорости (рис. 10). Влияние дисбаланса за счет ползуна на величину составляет от при скорости и до при .

В пятой главе с целью повышения безопасности движения (снижения вероятности появления и развития усталостных трещин от циклически повторяющейся ударной нагрузки) предлагаются дополнения к ПТЭ в части движения колеса с ползуном и рассчитывается ожидаемый экономический эффект от их применения.

Проведенные расчеты позволяют установить предельное значение суммарной глубины ползуна, до появления которого можно разрешить движение на предельное для этого ползуна расстояние с указанной скоростью, не снижая уровень безопасности (табл. 2).

Представленные результаты исследований позволяют в целях полного использования ресурса колесной пары без снижения уровня безопасности движения рекомендовать пользователям ПТЭ приведенную ниже контрольную таблицу предельных глубин ползуна в качестве дополнения к инструкции.

Экономическая эффективность от применения предлагаемых дополнений обусловлена возможностью избежать ущерб от транспортных происшествий, в которых может произойти сход вагонов из-за излома колеса вследствие появления и развития  усталостных трещин.

Таблица 2

Контрольная таблица предельных глубин ползуна

Начальная глубина ползуна, мм	Скорость движения,	Предельная глубина ползуна, мм	Предельное расстояние, км
1	до 70	закатывается	1
2	15	3,9	376
3	15	4,8	350
4	15	5,7	290
5	15	6,7	287
6	10	7,7	276
7	10	8,7	252
8	10	9,6	234
9	10	10,6	227
10	10	11,5	203
11	10	12	60

Для проведения расчетов были выбраны следующие исходные данные: капитальный ремонт сошедшего подвижного состава - 2500000 руб.; ущерб от повреждений и потери груза - 250000 руб.; время работы восстановительного поезда на месте схода по подъему единицы подвижного состава - 41 мин.; расходная ставка на один час работы крана на железнодорожном ходу Сокол 80 - 17738 руб.; число задержанных из-за транспортного происшествия поездов - 10 грузовых и 10 пассажирских; продолжительность времени от момента закрытия движения поездов до его восстановления в расчете на единицу поднятого подвижного состава - 94 мин.; расходная ставка на 1 поездо-час для грузового и пассажирского составов соответственно - 1855 руб. и 2340 руб.

Ожидаемый годовой экономический эффект от применения дополненийк ПТЭ в части движения колеса с ползуном в среднем составит 3137519 руб. (в ценах начала 2011 года) из расчета на один предотвращенный случай схода.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Полученные в работе аналитические и численные результаты приводят к  следующим выводам:

1. Разработан метод прогнозирования развития плоского дефекта на поверхности катания колесной пары при малых скоростях поезда с учетом упругих сил рессорного подвешивания кузова вагона и неровности пути, позволяющий решать следующие задачи:

- определять текущие размеры ползуна и глубину пластического смятия материала колеса вследствие удара поверхностью ползуна о рельс;

- определять напряжение на площадке контакта и степень упрочнения материала в месте ползуна;

- определять силу удара;

- прогнозировать момент начала разрушения для своевременного снятия колесной пары с эксплуатации.

2. Показано, что при скоростях, меньших критической, упругость рессорного подвешивания и вертикальная неровность пути на развитие ползуна влияют незначительно.

3. Разработан метод прогнозирования развития ползуна на поверхности катания колесной пары при скоростях, больших критической, с учетом упругости рессорного подвешивания и неровности пути, позволяющий решать следующие задачи:

- определять глубину пластического смятия материала колеса вследствие удара и установить время, когда эта величина становится минимальной (приближенное время закатывания ползуна);

- оценить влияние силы упругости рессорного подвешивания и неровности пути при больших скоростях на высоту смятия;

- оценить вклад силы трения фрикционных клиньев в снижение амплитуды силы реакции рельса и время наступления статического равновесия.

4. Разработан метод оценки вклада ползуна в разгрузку колеса, позволяющий оценить величину нормальной реакции рельса в момент удара и продолжительность обезгрузки колеса при отрыве поверхности ползуна от рельса при больших скоростях, что необходимо знать при оценке боковой силы, способствующей закатыванию колеса на рельс (особенно при движении в кривых).

5. На базе полученного решения задачи прогнозирования развития ползуна в процессе эксплуатации рекомендуется способ предварительной оценки размеров ползуна (площади ползуна от пройденного пути), обеспечивающий специалистов необходимой текущей информацией для принятия решения о допустимом плече транспортировки вагона с ползуном и допустимой скорости движения.

6. Предложены дополнения к Правилам технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации в части движения колеса с ползуном, направленные на повышение безопасности движения.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Гарипов, Д. С. О развитии ползуна на поверхности катания колеса с учетом упругих сил подвески и вертикальной неровности рельса [Текст] / Д.С. Гарипов, Л.В. Кудюров, В.В. Федоров // Проблемы механики железнодорожного транспорта : тез. докл. - Днепропетровск : ДИИТ, 2008. - C. 51.

2. Гарипов, Д. С. Исследование динамики колеса, имеющего ползун, при больших скоростях [Текст] / Д.С. Гарипов, Л.В. Кудюров // Наука и образование транспорту : материалы междунар. науч.-практ. конфер., Самара, 5Ц7 октября 2009 г.  - Самара : СамГУПС, 2009. - С. 128Ц130.
3. Гарипов, Д. С. К задаче о развитии ползуна на поверхности катания колеса при больших скоростях поезда [Текст] / Д.С. Гарипов, Л. В. Кудюров // Проблемы механики современных машин : материалы четвертой междунар. конфер. - Улан-Удэ : ВСГТУ, 2009. - Т. 2. - С. 15 - 21.
4. Гарипов, Д. С. Математическая модель развития плоского дефекта на поверхности катания колеса с учетом упругости подвески и вертикальной неровности пути [Текст] / Д.С. Гарипов, Л.В. Кудюров // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.мат. науки. - 2010. - № 1. - С. 178Ц187. 
5. Гарипов, Д. С. О развитии ползуна на поверхности катания колеса при больших скоростях поезда [Текст] / Д.С. Гарипов, Л.В. Кудюров // ОПиПМ : тез. докл. - М. : [б. и.], 2007. - Т. 14. - С. 11Ц14.
6. Гарипов, Д. С. О развитии ползуна на поверхности катания колеса с учетом упругих сил подвески [Текст] / Д С. Гарипов // Труды 5-й междунар. науч.-практ. конфер. : тез. докл. - М. : МИИТ, 2008. - C. 40.
7. Гарипов, Д. С. О развитии ползуна на поверхности катания колеса с учетом упругости подвески и вертикальной неровности рельса при малых скоростях поезда [Текст] / Д.С. Гарипов, Л. В. Кудюров // Механика и процессы управления : тр. XXXVIII Уральского семинара. - Екатеринбург : УрО РАН, 2008. - Т. 1. - С. 219Ц229.
8. Гарипов, Д. С. О развитии ползуна на поверхности катания колеса с учетом упругости подвески и вертикальной неровности рельса при больших скоростях поезда [Текст] / Д. С. Гарипов, Л. В. Кудюров // Компьютерное моделирование в железнодорожном транспорте: вопросы динамики, прочности и износа : науч.-техн. семинар, Брянск, 9-12 февраля 2009 г. : тез. докл. - Брянск : Брянск. гос. техн. ун-т, 2009. - C. 15Ц17.
9. Гарипов, Д.С. Динамика вагонного колеса, имеющего ползун [Текст] / Д.С. Гарипов, Л.В. Кудюров // Вестник транспорта Поволжья. - 2010. - №3. - С. 64 Ц71.
10. Гарипов, Д.С. К задаче о развитии ползуна на поверхности катания колеса при скоростях поезда, меньших критической [Текст] / Д. С. Гарипов // Инновации для транспорта : Сб. науч. статей с международным участием в трех частях. Часть 1. - Омск : ОмГУПС, 2010. - С. 109-114.
11. Гарипов, Д.С. Оценка достоверности результатов исследования динамики колеса, имеющего ползун [Текст] / Д.С. Гарипов, Л.В. Кудюров // Вестник транспорта Поволжья. - 2011. №2. - С. 4 - 8. 
12. Программа для определения глубины пластического смятия материала вследствие удара колеса с ползуном о рельс / Д.С. Гарипов, Ю.К. Мустафаев, Л.В. Кудюров // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011614641. - 10 июня 2011 г.

Гарипов Дмитрий Сергеевич

Прогнозирование развития ползуна и

оценка его влияния на динамику колеса

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

______________________________________________________

Подписано в печать  Формат 60×90 1/16.

Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № .

Отпечатано в Самарском государственном университете путей сообщения.

443022, Самара, Заводское шоссе, 18.

Тел. (846) 999-01-56.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям