CC BY
15
Раздобаров Алексей Васильевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Старший преподаватель кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог», ОмГУПС.
Тел.: (3812) 31-34-19.
E-mail: RazdobarovAV@omgups.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Бакланов, А. А. Принципы классификации влияющих факторов на расход энергии электроподвижным составом / А. А. Бакланов, А. П. Шиляков, А. В. Раздобаров. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2020. - № 4 (44). - С. 65 - 75.
Razdobarov Aleksey Vasilevich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Senior lecturer of the department «Rolling stock of electric railways», OSTU.
Phone: (3812) 31-34-19.
E-mail: RazdobarovAV@omgups.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Baklanov A. A., Shilyakov A. P., Razdobarov A. V. Principles of classification of influencing factors on the energy consumption of electric rolling stock. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 4 (44), pp. 65 - 75 (In Russian).
УДК 629.4-592
Ю. В. Кривошея, Д. С. Кривошея
Донецкий институт железнодорожного транспорта (ДонИЖТ), г. Донецк, Донецкая Народная Республика
КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ ПОКОЯ ДИСКОВОГО ТОРМОЗА
Аннотация. Статья посвящена экспериментальному исследованию силового взаимодействия рабочих элементов дискового тормоза с целью установления зависимости коэффициента трения покоя, принятого в качестве критерия потенциальных фрикционных свойств узла трения, от силы прижатия тормозных накладок к тормозному диску и коэффициента взаимного перекрытия. Эксперименты выполнены на натурном стенде, основой которого являются электрический привод мощностью 75,0 кВт и натурный дисковый тормоз трамвая ЛТ-10. Стенд позволяет осуществлять замеры силы трения покоя в условиях реальных сил, давлений, геометрии области контакта, а также коэффициента взаимного перекрытия. В качестве фрикционных материалов для тормозных накладок взяты TR119 и УТ22-В, у первого из которых согласно заявленным производителем характеристикам коэффициент трения снижается с ростом температуры, у второго - растет. Данные материалы при проведении экспериментов работали в паре трения с материалом сталь 35, из которого изготовлен тормозной диск. Результаты экспериментов обработаны с помощью методов математической статистики и представлены в графической форме. Показано, что в диапазоне нагрузок, реализуемых при торможении, напряженно-деформированное состояние области контакта рабочих элементов дискового тормоза по критерию микродеформаций соответствует ненасыщенному упругому контакту. Этот вид контакта характерен для исследуемых коэффициентов взаимного перекрытия (0,33; 0,66; 0,98). Установлено, что с ростом силы прижатия тормозных накладок к тормозному диску коэффициент трения покоя имеет тенденцию к снижению, а с ростом коэффициента взаимного перекрытия наблюдается увеличение коэффициента трения покоя для всех заданных величин усилия прижатия. При этом для материала УТ22-В характерны более низкие значения коэффициента трения покоя по сравнению с материалом TR119. Область применения результатов: разработка и проектирование перспективных конструкций дисковых тормозов.
Ключевые слова: торможение, коэффициент трения покоя, коэффициент взаимного перекрытия, упругий ненасыщенный контакт.
Yuriy V. Krivosheya, Darya S. Krivosheya
Donetsk Institute of Railway Transport (DRTI), Donetsk, Donetsk People's Republic
DISC BRAKE STATIC FRICTION COEFFICIENT
Abstract. The article is devoted to the experimental study of the force interaction of the working elements of a disc brake in order to establish the dependence of the coefficient of static friction, taken as a criterion for the potential fric-tional properties of the friction unit, on the pressing force of the brake linings to the brake disc and the coefficient of mutual overlap. The experiments were performed on a full-scale stand, the basis of which is an electric drive with a
power of 75.0 kW and a full-scale disc brake of the LT-10 tram. The stand allows to measure the static friction force under conditions of real forces, pressures, geometry of the contact area, as well as the coefficient of mutual overlap. TR119 and UT22-B were taken as friction materials for brake linings, in the first of which, according to the characteristics declared by the manufacturer, the coefficient of friction decreases with increasing temperature, in the second it increases. During the experiments, these materials worked in a pair of friction with the material steel 35, from which the brake disc is made. The experimental results were processed using the methods of mathematical statistics and presented in graphical form. It is shown that in the range of loads realized during braking, the stress-strain state of the contact area of the working elements of the disc brake according to the criterion of microstrains corresponds to an un-saturated elastic contact. This type of contact is typical for the studied overlap coefficients (0,33; 0,66; 0,98). It was found that with an increase in the pressing force of the brake linings to the brake disc, the static friction coefficient tends to decrease, and with an increase in the overlap coefficient, an increase in the static friction coefficient is observed for all specified values of the pressing force. At the same time, the UT22-V material is characterized by lower values of the coefficient of static friction compared to the TR119 material. Field of application of the results: development and design of advanced designs of disc brakes.
Keywords: braking, coefficient of static friction, coefficient of mutual overlap, elastic unsaturated contact.
Торможение подвижного состава реализуется в условиях, когда прижатие тормозных колодок к тормозному диску дискового тормоза осуществляется в широком диапазоне сил и скоростей относительного перемещения элементов трения [1 - 4]. В процессе торможения характеристики трения дискового тормоза изменяются в зависимости от фрикционных свойств рабочих элементов дискового тормоза, интенсивности действия нагрузочно-скоростных факторов, а также от уровня генерируемой при торможении тепловой энергии [5 - 8].
Характеристикой уровня тепловой энергии является температура, которая зависит от количества подведенной к дисковому тормозу механической энергии, физико-механических и теплотехнических свойств материалов элементов трения и эффективности диссипации энергии в окружающую среду [7, 8]. В связи с этим коэффициент трения покоя дискового тормоза, который по определению не учитывает влияние температуры, можно рассматривать как характеристику потенциальных фрикционных свойств дискового тормоза, предопределяющих интенсивность реализации процесса торможения [5, 6].
Рассмотрим результаты экспериментального исследования зависимости коэффициента трения покоя, который характеризует потенциальные фрикционные свойства дискового тормоза, от силы прижатия тормозных накладок к тормозному диску и коэффициента взаимного перекрытия.
Известно [5, 6], что напряженно-деформированное состояние области контакта элементов трения можно классифицировать по критерию микродеформаций в области контакта. Согласно этому критерию представляется возможным идентифицировать напряженно-деформированное состояние элементов трения по трем видам контакта:
- упругий контакт (ненасыщенный и насыщенный);
- пластический контакт (ненасыщенный и насыщенный);
- контакт, при котором проявляется интерференция деформаций микронеровностей.
В зависимости от вида контакта изменяются характеристики трения. На рисунке 1 представлена классическая закономерность изменения коэффициента трения в зависимости от контурных давлений [5], которые являются прямым следствием влияния уровня нормальной нагрузки прижатия тормозной накладки к тормозному диску. Зона 1 относится к упругому контакту (ненасыщенному и насыщенному), зона 2 - к пластическому контакту (ненасыщенному и насыщенному), зона 3 - к контакту, при котором проявляется интерференция деформаций микронеровностей.
Зависимость, представленная на рисунке 1, проходит через минимум, соответствующий точке перехода преимущественно упругих деформаций в преимущественно пластические деформации микронеровностей. Максимум коэффициента трения покоя соответствует точке, в которой начинает проявляться влияние интерференций деформаций микронеровностей.
В данной работе соответствие виду контакта элементов дискового тормоза при их силовом взаимодействии установлено на основании экспериментального исследования. Эксперименты выполнены на натурном стенде [9, 10], представленном на рисунке 2. Стенд позволяет
осуществлять замеры силы трения покоя в условиях реальных сил, давлений и геометрии области контакта, а также коэффициента взаимного перекрытия Кв.п.
/
L
max
t.
L/ mit
1 2 3
---- I I
max
Pr
0 /■■ f
u min m
Рисунок 1 - Зависимость коэффициента трения f от контурных давления PC в области контакта
Рисунок 2 - Стенд для исследования коэффициента трения дискового тормоза: 1 - асинхронный электродвигатель; 2 - блок управления; 3 - упругая муфта; 4 - коробка передач; 5 - подшипниковый узел; 6 - тормозной диск; 7 - тормозная колодка; 8 - упор; 9 - тормозные накладки; 10 - кронштейн; 11 - подшипник; 12 - вал; 13 - подшипник; 14 - рычаг; 15 - механизм нагружения тормозной
колодки; 16 - платформа; 17 - груз
Исходные параметры проведения экспериментов сведены в таблицу. Для повышения уровня обобщения результатов исследования в качестве исходных фрикционных материалов для тормозной накладки взяты материалы TR119 и УТ22-В, первому из которых характерно
снижение коэффициента трения покоя f под влиянием температуры, второму - повышение коэффициента трения покоя f под влиянием температуры [7, 11].
Исходные параметры экспериментов
Параметр Количественная оценка
Коэффициент взаимного перекрытия Квп Сила прижатия тормозных накладок Г, кН Материал тормозных накладок Материал тормозного диска 0,33; 0,66; 0,98 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 TR119; УТ22-В (углерод-углеродный композит) Сталь 35
При проведении экспериментов контролировались следующие характеристики:
- коэффициент взаимного перекрытия Кв.п;
- тангенциальная сила нагружения рабочих элементов дискового тормоза;
- нормальная сила F прижатия тормозных накладок к тормозному диску.
Эксперименты выполнены в соответствии со следующим алгоритмом:
- устанавливалась тормозная колодка 7 с заданным коэффициентом Квп;
- тормозной диск 6 механически фиксировался с целью недопущения его поворота;
- создавалось заданное нормальное усилие F прижатия тормозных накладок к тормозному диску за счет механизма нагружения 15;
- осуществлялось постепенное пошаговое механическое нагружение рычага 14;
- нагружение продолжалось до момента перехода трения покоя в режим трения скольжения;
- рассчитывался коэффициент трения покоя.
По результатам замеров выполнено графическое построение зависимостей коэффициента трения покоя f от нормальной силы F прижатия тормозной накладки 9 к тормозному диску 6. Результаты экспериментов представлены на рисунках 3 и 4.
/
0,45
0,3
0 1,5 2,0 2,5 3,0 F, кН
О - А-В.П = 0,33; - Кв.и = 0,66; □ - Кв.и = 0,98
Рисунок 3 - Зависимость коэффициента трения покоя f от силы прижатия Г тормозной колодки к тормозному диску для пары трения TR119 - сталь 35
f
0,1
0,05
1,5
2,0
2,5
3,0
F, кН
О - А"в.п = 0,33; - КЪл = 0,66; □ - Кв.п = 0,98
Рисунок 4 - Зависимость коэффициента трения покоя f от силы прижатия F тормозной колодки к тормозному диску для пары трения УТ22-В - сталь 35
Как следует из приведенных результатов, снижение коэффициента трения покоя во всем диапазоне реализуемых сил прижатия F однозначно указывает на то, что напряженно-деформированное состояние рабочих элементов дискового тормоза при силовом взаимодействии соответствует упругому контакту. Эта закономерность наблюдается для пар трения TR119 - сталь 35 и УТ22-В - сталь 35.
С ростом коэффициента взаимного перекрытия Квп при прочих равных условиях наблюдается увеличение коэффициента трения покоя, что вероятнее всего объясняется снижением давления в области контакта тормозной накладки и тормозного диска.
На основании изложенного можно сделать выводы.
1. В диапазоне реальных нагрузок, реализуемых при торможении в области контакта тормозной накладки с тормозным диском, напряженно-деформированное состояние контакта по критерию микродеформаций в контакте соответствует упругому контакту.
2. С ростом силы нормального прижатия тормозной накладки к тормозному диску коэффициент трения покоя имеет тенденцию к снижению, а с ростом коэффициента взаимного перекрытия Квп - тенденцию к увеличению. Отмеченные закономерности наблюдаются для пар трения TR119 - сталь 35 и УТ22-В - сталь 35.
Список литературы
1. Иноземцев, В. Г. Тормоза железнодорожного подвижного состава. Вопросы и ответы / В. Г. Иноземцев. - Москва : Транспорт, 1986. - 283 с. - Текст : непосредственный.
2. Асадченко, В. Р. Автоматические тормоза подвижного состава / В. Р. Асадченко. -Москва : Маршрут, 2006. - 392 с. - Текст : непосредственный.
3. Ehlers H.-R. Potential and limits of opportunities of the block brake. Glasers Annalen, 2002, no. 6/7, pp. 290 - 300.
4. Моисеенко, М. А. Анализ нагруженности деталей дискового тормоза скоростного вагона / М. А. Моисеенко // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 2. -Текст : электронный. - URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=5906 (дата обращения: 21.04.2020).
5. Крагельский, И. В. Узлы трения машин : справочник / И. В. Крагельский, Н. М. Ми-хин. - Москва : Машиностроение, 1984. - 280 с. - Текст : непосредственный.
|о 4(44) 2020
0
6. Справочник по триботехнике / под общ. ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе. В 3 т. - Т. 1. Теоретические основы. - Москва : Машиностроение, 1989. - 400 с. - Текст : непосредственный.
7. Фрикционные материалы на базе углерод-углеродных и углерод-асбестовых волокон для тормозных устройств / В. Н. Старченко, В. А. Гурин [и др.]. - Текст : непосредственный // Железные дороги мира. - 2006. - № 2. - С. 38 - 42.
8. Чичинадзе, А. В. Расчет и исследование внешнего трения при торможении / А. В. Чичинадзе. - Москва : Наука, 1967. - 231 с. - Текст : непосредственный.
9. Стенд для исследования характеристик взаимодействия элементов трения дискового тормоза / Ю. В. Кривошея, В. В. Бугаенко [и др.]. - Текст : непосредственный // Вестник РГУПСа. - 2020. - № 1 (77). - С. 83 - 88.
10. Патент № 144107 Украина, МПК G01L 5/28. Стенд для исследования взаимодействия рабочих элементов дискового тормоза подвижного состава : № u 2019 10169; заявлено 03.10.2019 : опубликовано 10.09.2020 / Кривошея Ю. В., Бугаенко В. В., Осенин Ю. И., Антошкина Л. И., Шапран Е. Н. - 5 с.: ил. - Текст : непосредственный.
11. Вуколов, Л. А. Сравнительные характеристики тормозных колодок различных поставщиков / Л. А. Вуколов, В. А. Жаров. - Текст : непосредственный // Вестник ВНИИЖТа. -2005. - № 2. - С. 16 - 20.
References
1. Inozemtsev V. G. Tormoza zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Voprosy i otvety (Railway rolling stock brakes. Questions and answers). Мoscow: Transport Publ., 1986, 283 p.
2. Asadchenko V. R. Avtomaticheskie tormoza podvizhnogo sostava (Automatic rolling stock brakes). Мoscow: Marshrut Publ., 2006, 392 p.
3. Ehlers H.-R. et al. Potential and limits of opportunities of the block brake. Glasers Annalen, 2002, no. 6/7, рр. 290 - 300.
4. Moiseenko M. A., Moiseenko M. A. Analysis of loading of high-speed car disk brake parts [Analiz nagruzhennosti detalej diskovogo tormoza skorostnogo vagona]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniia - Modern problems of science and education, 2012, no. 2, Available at: http://science-education.ru/ru/article/view?id=5906 (accessed 21 April 2020).
5. Kragelsky I. V., Mikhin N. M. Uzly treniya mashin (Friction units of machines). Мoscow: Mashinostroenie Publ., 1984, 280 p.
6. Spravochnikpo tribotekhnike (Handbook of tribotechnics). Ed. M. Hebdy, A. V. Chichinad-ze. Мoscow: Mashinostroenie Publ., vol. 1, 1989, 400 p.
7. Starchenko V. N., Gurin V. A., Bykadorov V. P., Shapran E. N. Friction materials based on carbon-carbon and carbon-asbestos fibers for braking devices [Friktsionnye materialy na baze uglerod-uglerodnyh i uglerod-asbestovyh volokon dlja tormoznyh ustrojstv]. Zheleznye dorogi mira - Railways of the world, 2006, no. 2, pp. 38 - 42.
8. Chichinadze A. V. Raschet i issledovanie vneshnego trenija pri tormozhenii (Calculation and study of external friction during braking). Мoscow: Nauka Publ., 1967, 231 p.
9. Krivosheya Yu. V., Bugaenko V. V., Sosnov I. I., Malakhov O. V., Malakhova V. V. Stand for studying the characteristics of interaction of friction elements of a disc brake [Stend dlya issle-dovaniya harakteristik vzaimodejstviya elementov treniya diskovogo tormoza]. Vestnik RGUPS -Bulletin of RGUPS, 2020, no.1 (77), pp. 83 - 88.
10. Krivosheja Y.V., Bugaenko V.V., Osenin Y.I., Antoshkina L.I., Shapran E.N. Patent. 144107 Ukraine, № u 2019 10169, 10.09.2020.
11. Vukolov L. А., Zharov V. A. Comparative characteristics of brake pads from different suppliers [Sravnitel'nye harakteristiki tormoznyh kolodok razlichnyh postavschikov]. Vestnik VNIIZhTa - Bulletin of VNIIZhT, 2005, no. 2, pp. 16 - 20.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Кривошея Юрий Владимирович
Донецкий институт железнодорожного транспорта (ДонИЖТ).
Горная ул., д. 6, г. Донецк, 283018, Донецкая Народная Республика.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», ДонИЖТ.
Тел.: +38 (071) 333-19-37.
E-mail: krivosheya.drti@yandex.ru
Кривошея Дарья Сергеевна
Донецкий институт железнодорожного транспорта (ДонИЖТ).
Горная ул., д. 6, г. Донецк, 283018, Донецкая Народная Республика.
Старший преподаватель кафедры «Подвижной состав железных дорог», ДонИЖТ.
Тел.: +38 (071) 333-19-35.
E-mail: krivosheya.drti@yandex.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Кривошея, Ю. В. Коэффициент трения покоя дискового тормоза / Ю. В. Кривошея, Д. С. Кривошея. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2020. - № 4 (44). - С. 75 - 81.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Krivosheya Yuriy Vladimirovich
Donetsk Railway Transport Institute (DRTI).
6, Gornaya st., Donetsk, 283018, Donetsk People's Republic.
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department «Rolling stock of railways», DRTI.
Phone: +38 (071) 333-19-37.
E-mail: krivosheya.drti@yandex.ru
Krivosheya Darya Sergeevna
Donetsk Railway Transport Institute (DRTI).
6, Gornaya st., Donetsk, 283018, Donetsk People's Republic.
Senior Lecturer of the department «Rolling stock of railways», DRTI.
Phone: +38 (071) 333-19-35.
E-mail: krivosheya.drti@yandex.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Krivosheya Y. V., Krivosheya D. S. Disc brake static friction coefficient. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 4 (44), pp. 75 - 81 (In Russian).
УДК 629.4.053.3
О. Е. Пудовиков, Н. О. Жухин
Российский университет транспорта (РУТ(МИИТ)), г. Москва, Российская Федерация
НОВЫЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДЛИННОСОСТАВНЫХ ПОЕЗДОВ
Аннотация. Один из способов повышения пропускной и провозной способности железных дорог - применение длинносоставныи грузовых поездов с системой распределенной тяги. С целью снижения влияния человеческого фактора на локомотивах таких поездов целесообразно применение систем автоматического управления скоростью движения, учитывающих переходные процессы, протекающие в поезде. Определение продольных сил, возникающих в поезде, может осуществляться путем использования либо эталонной математической модели поезда, либо заранее рассчитанных зависимостей этих сил от параметров движения поезда. Второй способ позволяет упростить структуру и повысить быстродействие систем автоматического управления.
Ключевые слова: длинносоставный поезд, математическая модель поезда, показатели качества управления, система автоматического управления скоростью, система распределенной тяги.
Oleg E. Pudovikov, Nikita О. Zhukhin
Russian University of Transport (RUT(MIIT)), Moscow, the Russian Federation
NEW APPROACHES TO THE DEVELOPMENT OF AUTOMATIC SPEED CONTROL SYSTEMS FOR LONG-DISTANCE TRAINS
Abstract. One of the ways to increase the capacity of railways is to use long-distance freight trains with a distributed traction system. In order to reduce the influence of the human factor, it is advisable to use automatic speed control
