CC BY
5
№ 4 (109)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
ТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
КИНЕМАТИКА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ БЕЗ ЗАКЛИНИВАНИЯ НА СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДАХ
Власов Сергей Александрович
канд. техн. наук, доц. кафедры инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»,
РФ, г. Екатеринбург E-mail: sgodunov1958@mail. ru
Соколова Татьяна Борисовна
канд. техн. наук, доц. кафедры инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»,
РФ, г. Екатеринбург
Суриков Виктор Павлович
канд. техн. наук, доц. кафедры инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»,
РФ, г. Екатеринбург E-mail: mail@rsvpu
NEW GENERATION WHEELSETS WITHOUT JAMMING ON THE SWITCHES
Sergey Vlasov
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Engineering and Vocational Training in Mechanical Engineering and Metallurgy of the Russian State Vocational Pedagogical University,
Russia, Yekaterinburg
Tatiana Sokolova
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Engineering and Vocational Training in Mechanical Engineering and Metallurgy of the Russian State Vocational Pedagogical University,
Russia, Yekaterinburg
Viktor Surikov
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Engineering and Vocational Training in Mechanical Engineering and Metallurgy of the Russian State Vocational Pedagogical University,
Russia, Yekaterinburg
Библиографическое описание: Власов С.А., Соколова Т.Б., Суриков В.П. КИНЕМАТИКА КОЛЕСНОЙ ПАРЫ БЕЗ ЗАКЛИНИВАНИЯ НА СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДАХ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 4(109). URL: h ttps: //7un iversum. com/ru/tech/archive/item/15251
A UNIVERSUM:
№ 4 (109)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_апрель. 2023 г.
АННОТАЦИЯ
Введение. Актуальность рассматриваемой проблемы обусловлена повышением межремонтного периода работы подвижного состава. Увеличение технического ресурса колесных пар. В настоящее время на сети дорог встречается ситуация, когда фактическая ширина рельсовой колеи составляет 1519мм и даже менее, а ширина не изношенной колесной колеи 1511мм, т.е. рельсовая колея уже колеи колесной пары. Обследования проведенные на звено-сборочных базах показали, что зачастую там собирают звенья с шириной колеи 1510 и 1512мм на железобетонных шпалах. Такую сборку ведут с тем расчетом, чтобы уложив рельс по пределу сужения, не трогать его пока он не износится по пределу уширения. При такой ситуации колесная пара не может самоустанавливаться по минимуму потенциальной энергии. Вопросам влияния на износ и формы контактирующих поверхностей посвящены работы В.П. Есаулова, Л.О. Грачевой, А.Г. Рейдемейстер и др.. Лубрикация, наплавка гребней колес, плазменное напыление это все временные меры, так как причины интенсивного изнашивания в системе «Колесо -рельс» не устраняются.
Цель. Необходимо установить причины возникновения бокового взаимодействия гребней с рельсами, приводящими к катострафическому износу гребней колес и рельсов и безопасного прохождения стрелочных переводов без заклинивания.
ABSTRACT
Introduction. The relevance of the problem under consideration is due to an increase in the overhaul period of the rolling stock. Increasing the technical resource of wheeled pairs. Currently, a situation is found on the road network when the actual width of the rail track is 1519mm and even less, and the width of a not worn wheel track 1511mm, i.e. The rail track is already the ruts of the wheel pair. The examinations conducted on the assembly bases showed that often there are links with a rut width of 1510 and 1512mm on reinforced concrete sleepers. Such an assembly is carried out with the calculation so that by laying the rail to the limit of the narrowing, not to touch it until it is worn out on the limit of bruis. In this situation, the wheeled pair cannot be self -controlled at the minimum of potential energy. The work on wear and forms of contacting surfaces is devoted to the work of V.P. Esaulova, L.O. Gracheva, A.G. Raidemeister and others .. Lubrication, surfacing of the rowers of the wheels, plasma spraying is all temporary measures, since the causes of intensive wear in the wheel-Roles system are not eliminated.
Target. It is necessary to establish the causes of the lateral interaction of combs with rails leading to the cathostrophic wear of the rowers of the wheels and rails and the passage of switch translations without jamming.
Goal. It is necessary to establish the causes of the lateral interaction of the ridges with the rails, leading to catostraphic wear of the ridges of the wheels and rails. Wheelset misalignments are caused by deviations in the geometric dimensions of bogie assemblies: in vibration dampers, in axle boxes, in axle boxes, in side frames, in spring beams and in the geometry of wheelsets, etc. To implement the task, the stability of a wheelset with an offset profile of rolling wheels was checked against a dip into the rail track and the passage of switches without jamming.
Ключевые слова: радиус; качение; колесная пара; расчетное сечение; уклоны; рельсы; тригонометрические функции.
Keywords: radius; rolling; wheelset; calculated cross-section; slopes; rails; trigonometric functions.
Благодарости: Выдан грант за изобретение по заявке № 97121465 по ресурсосберегающим технологиям. Thanks: A grant was issued for an invention under application No. 97121465 on resource-saving technologies.
Материалы и методы исследования
Исходные данные для решения проблемы снижения интенсивного бокового износа рельсов и гребней колесных пар подвижного состава включают:
• геометрические параметры содержание пути и подвижного состава.
• технологию работы исследуемых станций в части загрузки стрелочных переводов;
Использование полученных данных для разработки предложений по совершенствованию ремонта и норм технического обслуживания путей, тележек локомотивов, грузовых вагонов[1, с. 40].
Основными пунктами измерений являются станции, на которых измеряют толщину гребней колесных пар, прокат. При измерениях наносится меловая разметка на кузове (или раме) локомотива и вагона над каждой тележкой. В рабочую карту в графу № локомотива (вагона) записывается также номер поезда
с которым отправлен вагон (локомотив). Номера поездов с измеренными тележками передаются через оператора ПТО на станции. Количество обмеренных колесных пар локомотивов и вагонов устанавливаются опытным путем[2, с40]. Замер состояния рельсовой колеи производится на базовых кривых по ведомостям согласованным с Дирекцией пути.
При этом устанавливаются:
• сторонность,
• расположение в плане (кривая, прямая),
• боковой износ остряков и рамных рельсов,
• со стояние рельсовой колеи на стрелочном переводе.
Анализ работы стрелочных переводов производится по ведомости, согласованной с Дирекцией пути.
№ 4 (109)
А1
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
Таблица 1,
Данные стрелочных переводов
Направление Тип Марка крестовины Нахожд. на марш. пассаж. Принцип действия Кол-во переводн. брусьев Год укладки перев. брусьев Год укладки стрелки Год укладки крестов
5 6 7 8 9 10 11 12 13
лев Р65 1/11 да ЭЦ 78 2011 1995 2013
прав Р65 1/11 да ЭЦ 67 2010 2002 2006
лев Р65 1/11 да ЭЦ 72 1997 2013 2011
прав Р65 1/11 да ЭЦ 67 2008 2008 2015
прав Р65 1/11 да ЭЦ 76 2009 2001 2009
прав Р65 1/11 да ЭЦ 67 2005 2001 2012
2. Износ рельсов измеряется «скобой ВНИИЖТ» или штангельциркулем, ширина колеи и возвышение - путевым шаблоном.
Согласно правилам ПТЭ расстояния между рабочими гранями контррельса и сердечника крестовины должно быть не менее 1472 мм, а между рабочими гранями контррельса и усовика - не более 1435 мм. При несоблюдении этих условий эксплуатация стрелочного перевода не допускается. Расстояние между рабочей гранью усовика крестовины и рабочей гранью контррельса должно быть не более 1435, поскольку в случае превышения данного значения возможно заклинивание колесных пар, расстояние между нерабочими гранями которых составляет 1437 мм.
В случае, если расстояние между рабочими гранями контррельса и сердечника крестовины будет менее 1472 мм, произойдет давление рабочей грани гребня колеса на рабочую грань сердечника крестовины, а также возможно попадание гребня колеса в желоб крестовины соседнего пути, что может привести к сходу колесной пары [3, с. 21].
Рисунок 1. Колесно-рельсовая система со смещенными профилями катания колес и рельсов
• сбор данных по износу и содержанию стрелочных переводов, используя данные дистанций пути,
• анализа загрузки стрелочных переводов по ТРА станции, моделированием ее работы, проведением контрольных замеров износа элементов стрелочного перевода,
• изучением силового взаимодействия колесных пар подвижного состава и рельсов.
Инструменты для измерений
Проведена проверка устойчивости колесной пары со смещенным профилем катания колес против провала внутрь рельсовой колеи и прохождения стрелочных переводов. Применяемые инструменты:
1. Шаблон абсолютный вагонный для грузовых и пассажирских вагонов МК 447.05.000(-01) (Т447.05.000), шаблон универсальный ШУ-01 С10.94-00.00.00.0-00 . Для измерения параметров локомотивных бандажей УТ1 и ИКП-3. Измерение толщины гребня выполняется с использованием нониуса шаблонов У1 и УТ1 с точностью 01мм. Измерение проката выполняется с точностью 1мм.
№ 4 (109)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
Объектами исследований является система колесо-рельс (рис.1).
Оценку вероятности провала производим по соотношениям [3, с21] минимального размера колесной пары до точки М и максимального размера рельсовой колеи до точки К;
BMT > sr =1554'
Ки = BS"" - 5max > 0;
*км вм ^м —0; (1)
по коэффициентам запаса устойчивости [4, с50].
^•min _
b
KN
АКИа1 + bMFa2 + fca3 ^ Т^ПД
Ь1N bLMai + bMF ^2 + bFNa3
> КПД = 0,35
(2)
т *
где Ъкы - приведенное расстояние от расчетной
точки до наружной грани колеса;
ах ,а2 ,а3 - коэффициенты, учитывающие дополнительные потери устойчивости из-за появления поперечных составляющих сил, обусловленных уклонами на участках:
а =(1 - п) , а2 =(1 - щ) , аз =(1 - п).
Устойчивость против вкатывания наружной стороной гребня оценивают коэффициентом устойчивости [5, с10].
tgß-f R
J^BK tgß J RB r r ^ vBK
Ky -7TT7' TB - K fKR > KП.Д.
1 + ftgß R
(3)
Для типовых колесных пар при 0,2-0,3 коэффициент устойчивости равен:
KBK -
tg60o - (0,2..0,3) 1 + (0,2..0,3)tg 60o
• K = (1,14... 0,94) K. (4)
При прохождении колесных пар с профилем ПКС по стрелочным переводам (рис.2) по желобу остряка и желобу крестовинного узла без заклинивания (рис. 3). Отсутствие заклинивания в желобе на остряк тыльной стороной гребня при прижатом противоположном гребне к рельсу обусловлено тем, чтобы снять нагру-женность и износ остряков в эксплуатации [6, с. 12].
где 1- Рамный рельс, 2-3 -Остряки.
Рисунок 2. Схема прохождения колесной пары желоба остряка
Прохождение без заклинивания (рис.2) можно оценивать наличием зазора между внутренней (тыльной) стороной гребня и рабочей гранью остряка или соотношением размеров тыльно-наружного по гребням Bгкmln и наружно-тыльного размера по остряку Socmax [7, с. 22].
№ 4 (109)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
где 1-контррельс, 2-усовик, 3-сердечник.
Рисунок 3. Схема прохождения колесной пары желоба крестовины
Контррельс предотвращает удар гребней колес в сердечник крестовины или попадание их в несоответствующий желоб крестовины из-за поперечного смещения в зоне вредного пространства при противо-шерстном движении[8, с210]. Безопасный проход колесных пар через крестовину обеспечивается свободным прохождением желоба крестовины, отсутствием наезда наружной стороной гребня на сердечник крестовины, отсутствием наезда внутренней стороной гребня на усовик [9, с12].
Типовые колесные пары заклинивают на сердечник крестовины вследствие максимального тыльного размера между внутренними гранями колес. В желобах остряков типовые колесные пары проходят остряки с зазором А = (0 - 2 мм). Колесные пары с предлагаемым профилем ПКС проходят желоба остряков и крестовин без заклинивания. При касании колесными парами одновременно двух остряков и нагруженность уменьшается [10, с. 5].
Устойчивости колесных пар против провала внутрь рельсовой колеи оценивается:
КВК = ° -(0,4-А6) _ = (0,79...0,56)Кк (5) У 1 + (0,4..0,6)^60 °
£тах = 1535 + 6, гк = 13мм, ^ = 1554мм
Типовые колесные пары имеют устойчивость ниже предельно допустимой в 1,2... 1,7 раза, что влияет на безопасность движения.
Результаты исследования
В результате исследования приведены расчеты параметров по различным типам профилей ко-леса(табл. 2).
Таблица 2.
Параметры системы колесная пара - стрелочный перевод по условиям прохождения
желобов остряков и крестовин
№ п/п Тип профиля qmin/ / qmax По острякам, с Sm-C = 1460, мм. По сердечнику крестовины с Sm-C = 1474, мм. По усовикам крестовины с smax^=1435, мм.
колеса мм. г) min ВК. Г AO - Г 7->max ВК. Г А K С 7->min ВГ - Б ^У - Б
1 ПК-Т Типовой 25/33 1462 2 1479 -5 1438 3
2 ПКТ- ВНИИЖТ 23/30 1460 0 1476 -2 1438 3
3 ПКС-У1 25/33 1460 0 1473 1 1436 1
4 ПКС-У2 25/33 1462 2 1475 -1 1438 3
5 ПКС-У3 25/32 1460 0 1472 2 1436 1
6 ПКС-У4 25/33 1459 -1 1472 2 1436 0
7 ПКС-У5 25/33 1461 +1 1474 0 1439 2
8 ПКС-У6 25/32 1459 -1 1471 3 1436 0
9 ПКС-У7 25/33 1459 -1 1472 2 1436 0
10 ПКС-У8 25/33 1460 0 1474 0 1439 2
11 ПКС-У9 25/32 1459 -1 1471 3 1436 0
№ 4 (109)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
апрель, 2023 г.
Колесные пары с профилями катания колес ПКС-5 и ПКС-У8 при прохождении желобов остряков и крестовин во всех случаях заклинивания не имеют.
Таблица 3.
Расчетные данные оценки потери устойчивости колесных пар вагонов против провала внутрь рельсовой колеи
№ п/п Тип профиля Расчетное расстояние по кол. паре Dmin BM Расстояние по профилю катания Amin А KM Коэффициент запаса устойчивости K • Ky ,min
1 ПК-Т 1563 9 0,494
2 ПК-В 1561 7 0,462
3 ПКС-1 1561 7 0,462
4 ПКС-2 1563 9 0,494
5 ПКС-3 1560 6 0,446
6 ПКС-4 1563 9 0,494
7 ПКС-5 1565 11 0,526
8 ПКС-6 1562 8 0,478
9 ПКС-7 1563 9 0,494
10 ПКС-8 1565 11 0,526
11 ПКС-9 1562 8 0,478
Обсуждение и заключения
Колесные пары с профилем ПКС-5 и ПКС-У8 обеспечивает все параметры безопасности движения и увеличение ресурса.
Модель позволяет определить координаты точек профиля катания колес подвижного состава, в том числе тягового (локомотивы, вагоны метрополитена, трамваи), а также для изготовления фрезы нового поколения для обточки.
Список литературы:
1. Трудоношин В.А., Пивоварова Н.В. Математические модели технических объектов. В 9 кн. Кн. 4. — М.: Высшая школа машиностроение. 2015. 320 с.
2. Кошелев В.А., Челнокова Л.И. Устойчивость движения вагона и износ рабочих поверхностей колес и рельсов // Конструкционно-технологическое обеспечение надежности подвижного состава .Сборник трудов ПГУПС. -2014.С39-41.
3. Коган А.Я. Поперечные горизонтальные силы действующие на железнодорожный путь в прямых участках // Тр.ВНИИЖТ.2018.-Вып.619.С87.
4. Кудрявцев H.H. Исследования динамики необресоренных масс вагонов .// Тр.ВНИИЖТ -2015.- Вып. 287.-С. 167.
5. К. Сатода, Т. Симицу. Испытания по увеличению сроков службы колес Токийского метрополитена // Железные дороги мира .- 2018.- № 7 .С. 12-15.
6. Новиков В.Ю., Схиртладзе А.Г. Технология станкостроения. М.: Машиностроение. 2017. 256 с.
7. Пуш В.Э., Беляев В.Г., Гаврюшин А.А. и др. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение.2013. 256 с.
8. Схиртладзе А.Г. Работа оператора на станках с программным управлением. М.: Высшая школа. 2000. 175 с.
9. Differential axle for railroad car [Тел] : пат. 4575145 США : МПК B 60 B 37/10 / Norman E. Wolfram, Frederick T. Skalski, William E. Heronemus ; заявитель и патентообладатель Norman E. Wolfram, Frederick T. Skalski, William E. Heronemus. - № 681285 ; заявл. 13.12.84 ; опубл. 11.03.86.
10. Differential action railroad car wheelset ЛхЦ : пат. 6048015 США : МПК B 60 B 37/10 / Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord ; заявитель и патентообладатель Thomas W. Blasingame, Robert E. Hord. - № 09/004362 ; заявл. 08.01.98 ; опубл. 11.04.00.
