CC BY
44
10. Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov (Mathematics Handbook for Scientists and Engineers). Moscow: Science, 1974. 832 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Бакланов Александр Алексеевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-19.
E-mail: [email protected]
Шиляков Андрей Петрович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-34-19.
E-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Baklanov Alexandr Alexeevich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor of the department «Electric Railways Rolling Stock», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-34-19. E-mail: [email protected]
Shilyakov Andrey Petrovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor of the department «Electric Railways Rolling Stock», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-34-19. E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Бакланов, А. А. Энергетическая эффективность рекуперативного торможения пассажирских электровозов постоянного тока [Текст] / А. А. Бакланов, А. П. Шиляков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 2 (38). -С. 23 - 33.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Baklanov A. A., Shilyakov A. P. The regenerative braking energy efficiency of DC passenger electric locomotives. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 2, no. 38, pp. 23 - 33 (In Russian).
УДК 534.134
А. Ю. Портной, О. В. Мельниченко, К. П. Селедцов, А. О. Линьков
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
ОСОБЕННОСТИ ВИБРАЦИИ, ВОЗНИКАЮЩЕЙ В ПАРЕ «КОЛЕСО ЭЛЕКТРОВОЗА - РЕЛЬС» В КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА
Аннотация. Статья посвящена экспериментальному исследованию параметров вибраций, возникающих при вписывании в кривые малого радиуса, при помощи вибропреобразовательных датчиков. Представлены значения амплитуд виброускорений с математической обработкой и анализом данных. Приведены результаты исследования амплитуды вибрации, возникающей на буксе электровоза при взаимодействии колеса и рельса на горно-перевальном участке с большим количеством кривых малого радиуса. Установлено, что при вписывании в кривую малого радиуса даже в режиме выбега возникает псевдослучайная вибрация, по уровню превышающая вибрацию при прохождении стыка на прямом участке пути, а по времени эта вибрация является непрерывной. В режимах тяги также регистрируются гармоники, связанные с частотой зубчатой передачи. Спектральная плотность виброускорений представлена в трехмерном виде, кодируется цветом на двумерной диаграмме «время - частота» для оценки спектров колебаний и их вероятных источников.
Ключевые слова: тяговый подвижной состав, вибрация, система «колесо электровоза - рельс», вибрационное воздействие, кривые малого радиуса, тяга поездов, вейвлет-анализ.
Aleksandr Y. Portnoy, Oleg V. Melnichenko, Konstantin P. Seledtsov, Aleksey O. Linkov
Irkutsk State Transport University (ISTU), Irkutsk, the Russian Federation
FEATURES OF VIBRATION ARISING IN A PAIR OF «ELECTRIC LOCOMOTIVE WHEEL - RAIL» IN CURVES OF SMALL RADIUS
Abstract. The paper is vibration investigation in a case of guiding of railroad vehicle in curves with low radius. Experimental methods. Examine results of the investigation of vibrations on box bearing of railroad locomotive in a case of mountain trucking with large count of curves with low radius. It is show, that in a case of locomotive guiding in a low radius curves a pseudo-random vibration arise. The level of the pseudo-random vibration in a low radius curves exceeds the vibration in the rail joint, but vibration in the guiding is semi continuous. In a case of locomotive working, also the harmonics of gearing is shown. The spectral density of vibration accelerations is presented in a three-dimensional form, coded in color on a two-dimensional time-frequency diagram for estimating the vibration spectra and their probable sources.
Keywords: traction rolling stock, vibration, "wheel - rail" system, vibration impact, small radius curves, traction trains, wavelet analysis.
В настоящее время уменьшение количества отказов элементов тягового подвижного состава в эксплуатации с обеспечением увеличения скорости поездов является приоритетной задачей в сфере железнодорожного транспорта [1]. Взаимодействие в системе «колесо электровоза - рельс», особенно в кривых малого радиуса, до сих пор остается лимитирующим фактором, ограничивающим как скорость движения, так и надежность рельсов и подвижного состава. В связи с ростом процессов грузоперевозок, в том числе весов поездов, и соответственно возрастающих нагрузок на тяговое оборудование локомотивов одним из актуальных неизбежных требований является обеспечение безотказной работы техники. Исследование вибрационного воздействия пути на тяговый подвижной состав в условиях кривых малого радиуса позволит выявить причины критического износа колеса и рельса в кривых малого радиуса, а также причины возникающих вибраций на деталях локомотивов и в дальнейшем разработать инженерные решения для уменьшения амплитуд вибраций или уменьшения влияния вибраций на надежность пути и подвижного состава.
Наличие вибрационных колебаний в сложных системах, особенно с повышенными амплитудами, приводит к резкому уменьшению срока службы механического оборудования и конструкций [2]. В качестве только одного из примеров можно привести кожух зубчатой передачи колесно-моторного блока грузового электровоза, на который непосредственно передаются вибрации при моторно-осевом подвешивании.
Наиболее полно взаимодействие пары «колесо электровоза - рельс» отражено в работе [3], однако в ней отсутствуют данные о характеристиках вибрационных возмущений, особенно в кривых малого радиуса.
Исследование фрикционного взаимодействия в системе «колесо электровоза - рельс» обычно проводится с точки зрения предельно возможной тяги на прямых участках пути, при этом вибрацией, возникающей дополнительно в кривых малого радиуса, пренебрегают [4].
Использование же гребнесмазывания колеса и (или) рельса в горно-перевальных условиях [5] является недостаточным, поскольку возможное попадание смазки на поверхность качения рельса резко уменьшает силу тяги локомотива.
Целью данной работы являлось экспериментальное исследование характеристик вибраций, возникающих при вписывании в кривые малого радиуса.
Вибрация, возникающая при работе машин и механизмов, является одним из определяющих факторов надежности их элементов. В практически важных случаях вибрация приводит к самораскручиванию элементов конструкции, трещинообразованию и т. п.
Традиционно считается, что основная вибрация, влияющая на подвижной состав железных дорог, возникает в районе стыков рельсов. С введением бесстыкового пути с длиной плетей около 2 км влияние вибрации на стыках, естественно, падает. Диапазоны частот и
максимальные амплитуды ускорения вибраций для различных условий эксплуатации приведены в ГОСТ 30631-99 [6], который устанавливает единые требования по стойкости к механическим внешним воздействующим факторам для технических изделий. Требования представлены в виде групп механического исполнения, для каждой из которых установлены конкретное описание условий применения, а также виды и значения механических внешних воздействующих факторов.
Для необрессоренных изделий тележек транспортных средств железнодорожного транспорта механического исполнения М27 предъявляется ряд требований.
По стойкости изделий к воздействию номинальных механических внешних воздействующих факторов предъявляются следующие технические требования:
- диапазон частот синусоидальных вибраций - 0,5 - 100 Гц;
- максимальная амплитуда ускорения синусоидальных вибраций - 150 (15) м/с (£).
Предельные рабочие значения механических внешних воздействующих факторов:
- диапазон частот синусоидальных вибраций - 100 - 500 Гц;
- максимальная амплитуда ускорения синусоидальных вибраций - 40 (4) м/с
При анализе причин вибраций, возникающих на электровозе, необходимо учитывать сложность самой системы; наличие зубчатых передач, имеющих свой спектр частот; набор зазоров; наличие мощного магнитного поля, способного изгибать оболочки [7].
Разработка такой достаточно сложной модели без экспериментальных данных затруднительна. Получение экспериментальных данных о вибрации с их последующей интерпретацией необходимо для понимания причин, приводящих к выходу из строя элементов системы.
В настоящее время появилась возможность измерения длительных сигналов вибрации в практически непрерывном режиме с документированием вибрационных сигналов в файлах [8]. При этом после измерения сигнал может быть преобразован в удобную для рассмотрения форму. В настоящей работе использовалась аналогичная система, позволяющая по восьми каналам собирать информацию с частотой дискретизации 12,8 кГц.
Измерение вибраций осуществлялось на электровозе 3ЭС5К «Ермак» при помощи вибропреобразователя АР-2038-100. Упрощенная схема головной секции электровоза 3ЭС5К «Ермак» в соответствии с руководством [9] представлена на рисунке 1,а. Данный электровоз имеет двухступенчатое подвешивание, которое показано на примере задней тележки. Установка вибропреобразователя производилась на буксу первой колесной пары (рисунок 1,б). Оси вибропреобразователя представлены на рисунке 1,а: Х - ось поперек пути; Y - ось вдоль пути; 2 - вертикальная ось.
Электровоз, на котором производились измерения, был предоставлен после проведения ТР-1 и обточки бандажей колесных пар.
Расчетные собственные частоты первой и второй ступеней рессорного подвешивания электровоза 3ЭС5К «Ермак» составляют от 0,4 до 2 Гц.
На рисунке 2 представлены диаграммы скорости и тока двигателя электровоза 3ЭС5К-034 с поездом массой 6900 т при опытной поездке на участке Большой Луг - Подка-менная в режиме подталкивания. Температура воздуха от + 5 до + 10 °С, погода ясная, рельсы сухие.
В нижней части рисунка приведен упрощенный профиль пути.
В иб рш 1 реобр азовател ь
б
Рисунок 1 - Расположение вибропреобразователя на буксе колесной пары: а - упрощенная схема головной секции электровоза 3ЭС5К «Ермак»; б - расположение преобразователя на буксе колесной пары
(зубчатая передача представлена без кожухов)
700
Я
к дао
500
< £
400
300
№ &
р
Я 200
и
ь юо
Тяга И Выбег
С \/
я ! \ я 2 а
/ Ч| о Е п и о ю 1 \ с Я Ё с
Стоянка с - 15 1= 1 Тяга ( \
С \
/ ( _
—
Вертикальный профиль пути
до I 7 %о
70 60 50 40 30 20 ¡0 о
о а о
К
и
Рисунок 2 - Параметры работы электровоза 3ЭС5К-034 с поездом № 2326 при опытной поездке 25.10.2017
а
Параметры измерений соответствовали типовым хорошим условиям на данном участке. Путь является в большей части бесстыковым, рельс Р65. Железобетонные шпалы уложены по стандарту: 1840 шпал на 1 км в прямых участках пути и 2000 шпал на 1 км в кривых участках пути.
Типовые дефекты на участках с кривыми малого радиуса:
боковой износ головки на внешнем рельсе (код дефекта 44 по инструкции [10]), где типовым режимом является выбег;
боковой износ головки на внешнем рельсе и волнообразный износ на внутреннем рельсе (код дефекта 40 по инструкции [10]), где типовым режимом является режим тяги или режим рекуперативного торможения.
На участках, где рельс имеет боковой износ от 15 до 20 мм, установлена максимально допустимая скорость 50 км/ч.
Типовая длина рифлей в кривых малого радиуса составляет 0,2 - 0,6 м, типовая глубина - 2 мм (двойная амплитуда).
В ходе опытной поездки регистрировались виброускорения на буксе. На рисунках 3 - 5 приведены среднеквадратические значения ускорений на буксе по осям Х, У, Z соответственно.
В верхней части рисунков в виде условных обозначений приведены направления, радиусы поворотов и длины участков с поворотами.
Радиус кривой Направление кривой Длина кривой
70
Г- ЧЭ сн
|Л чо ^
сп Г 4 п г*-.
0-1 Си Си Си
и
50 №
0-1
п
Си си
го-*
Си
СП "Ч"—1ЧЭСН
О с^смэ^сн
г*") Г4ПГ4Г^)
Си Си 0-1 Си Си
(ЧСНСЧСН С1Г4 т
СиСиСиО-1 СиСи Си
г-
т
Й
'-Г-!
о ст^
СП п 0-,Си
ТГ сп
(N0 №
СП ГП П
Си Си Си
п
Рисунок 3 - Зависимость среднеквадратичных значений ускорений на буксе колесной пары по оси X
Радиус кривой Направление кривой Длина кривой
50
Ь 'Д а «
ш чй Оч
Л п м
Он Он Он Он
о —I —I
с.-г}-—о гг. О
Оч&ч&ч&чОч
0\0 Г^гЛГ^гЛ С4Г* -ч-ОнРцОнОч ОчОч Он
О. 1Л| О О ГЧ Он Он
(Г,
Г) О 0\
Он Он Он
и
п
п
4> £ £
<и
о а
£
40
30
20
10
Е ^
И ^
VI
VI
м
<4 «Л
ь
м
СЧ 1Л
о
ГЦ VI
ГЦ
«л
VI
ГЧ
«л
ГЛ ГЦ VI
о
ГЦ 1Л
ГЦ
«л
чо
ГЦ
«л
ГЦ 1Л
Рисунок 4 - Зависимость среднеквадратичных значений ускорений на буксе колесной пары по оси Y
Радиус кривой Направление кривой Длина кривой
140
^ 'О
шй Ом?,
г*1 гч гч «1 Сц Сц Сц
и
п
» Оч
ГТ, -Т^^^г*! О гЛ
<П ПММ'П Сц СцСцЫЗч
' ГЧ —|Сл О О Г4 гЛГ-4 о Г ) Г4 тг ОчОнРчОч СцСц 0-,
Г--тГ
£
О >Л| О О1, «п сч Он Он
СЧ О О гл «1 <4
п
о
В Я
а
§
и
Рисунок 5 - Зависимость среднеквадратичных значений ускорений на буксе колесной пары по оси Z
0
Даже по предварительным данным измерения среднеквадратичных значений виброускорений видно, что как только электровоз входит в кривую малого радиуса, резко возрастает уровень вибрации.
На рисунке 6 представлены зависимости амплитуды ускорений на буксе от времени по трем координатам, полученные при прохождении стыка на прямом участке стыкового пути.
Характер сигнала и анализируемого спектра в прямых участках пути не дает оснований списывать дальнейшую возникающую вибрацию на радиальные биения колеса.
40
а)
CN О
X
0
с
ф
S
1
ф
CP
о
о >
30 20 10 0 -10 -20 -30 4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
40
CS
30
s
^ 20 о
б) ё 10
i 0 ^ЩШ^тЩфт^ШФш
<и 1 /л
& -10
§
§ -20 -30 -40
-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
160 I2 120
4 80
N
о 40
в) 5 0
к
5 -40 р
8 -80 с
-120 -160
1
I
1,,... ш.....kl"" 1 I hl „ é. -J L
1 14 1 Ч Ц
Г
i
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
Рисунок 6 - Зависимость амплитуды ускорений на буксе от времени по трем координатам при прохождении стыка на прямом участке стыкового пути
На рисунках 7, 8 представлены зависимости амплитуды ускорений на буксе от времени по трем координатам, полученные при вписывании в кривую радиусом 300 м по внутреннему и внешнему рельсам соответственно. Данные получены в режиме выбега при скорости около 30 км/ч. Режим выбега в кривой выбран для упрощения анализа колебаний, возникающих именно в кривых. На указанных участках в режиме выбега был подрез внешнего рельса, визуально рифли зафиксированы не были.
а)
*
о п е и н
е р
рок
£
200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200
1.. ,1.
ШПИ№«ЧП»ГТГ1Ш Туп'МГЧ' }Т т 1 14 г' ^Г" 1, , ш II1 1 ]У1>,1 РНШ ■ г'1 1 1
г |р № |ПП|]1 ППГЧП Н '! РГГГ
¡11 1
1 1 1
б)
о п е и н
е р
рок
£
в)
N
о п е и н
е р
рок
£
500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
150 -
100 -50
0 -
-50 -
-100 -
-150 --200
.1. 1 ■ -
.....II 11. Л „ .,11
"■фитц! Т г ик ьии ,1 1 |г п .1 ,1 инЫ^НиД^ 1 и
'ЦП ' 1Г ИТ п ГЦ
I 1 |п 1 " 1 Р | II
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
|Г
т'инипн пи
| " Г'т-И 'Т [ I I I III ЛI
МА II Уи мНп!, 111II .П1ШЛ1ш1
ииш нлиилпишшишнш
имщттмшпигг11
'И'1 Г' , , М ■ 1 М |
,л1ш , I , ^ Л,4|М1 . , I I
и1ШЛ1шиНП1ШШН11I
I
I
1
1
1Н1Ш11
-II Г
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
Рисунок 7 - Зависимость амплитуды ускорений на буксе от времени по трем координатам при вписывании в кривую радиусом 300 м по внутреннему рельсу в режиме выбега
0
Тем не менее вид ускорения по оси Z как по внутреннему, так и по внешнему рельсу в режиме выбега дает основание предположить, что происходит процесс набегания гребня колеса на рельс с последующими резким срывом и ударом. Так как частота ударов лишь условно периодическая (псевдопериодическая), то в спектре сигнала четко выделить данные частоты не удалось, даже применяя метод огибающих.
250 с2 200 S 150 ^ 100 о 50
а)5 0 -
я -50 -
&-100 -
Л -150 -
^ -200 --250 -300
, i ni \к , I, i JjL.íI i Ii j.i
j
■шшштш1 mmm\ i»™ ишгиттрши
1| i I ■■'?• 1 -|ip|l r 11 'I г1 Pf p < ■"' Г| yij ■ ' I П
II ,i I, i Iii ,.1 LJI ,li I IL I Ii , I lili Iii I , . I I Li I I. LJ
ШМЦШШ11Ш, JiUMflllJ Li Jll li ii.LLI
11 г
i 'i
г ' f IT | i ц
m
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
200 о 150 100 -50 0 --50
о
б)!
я
е р
s
J3 -100 -
>>
-150 -200
Jl . i Li i , .. Ii . .1 l. . , ll.
■ Г i 1 1 1 1 i 1 i ' ir f
1 1 ]' ' 1 111 ■ r| 1 T i| 11 i11
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
в)
N
о с
350 300 250 200 150 100 50 0
1 ГйГ
I
я
I,
шшттг ш iiiiiimii 'i птр ги пгпттпнг im in
ичттг"11! т ■■ "fm irr ,п^,цг|"|ни птпга1 гнт \ш
е
я
я -50 & -100 § -150 & -200 ^ -250 -300 -350
iftU jl i IUL llill . I Ш . I Ii lü lili I J , Ii i IlL J 1 I I.Li, J.IÜjJ ll I I tí 141 Hll.iiftLjjillMlllllUIUIIhl iUMMHtttll illlilUl AI hUH
II 1
r
pl " "11 P'l I I' II1
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Время, мс
Рисунок 8 - Зависимость амплитуды ускорений на буксе от времени по трем координатам при вписывании в кривую радиусом 300 м по внешнему рельсу в режиме выбега
0
0
Очевидно, что вибрация в кривых малого радиуса даже на выбеге возрастает настолько, что подходит к предельным значениям по ГОСТ 30631-99.
Спектральный анализ [11] является одним из мощных средств анализа колебательных процессов, в том числе при анализе вибрационных колебаний [12].
На рисунках 9 и 10 показаны спектры виброускорений в режимах тяги при вписывании в кривую большого радиуса и выбега в условиях вписывания в кривую малого радиуса (300 м) соответственно. В режиме тяги четко видны гармоники 1 - 4 зубчатой частоты. Спектр вибрации при вписывании в кривую малого радиуса является широкополосным без преимущественно выделенных гармоник, что также позволяет говорить о большом количестве псевдослучайных событий типа ударов, приводящих к вибрации.
3
ц Г
я и н
е р
рок
с
у
а
аду
ут и л п
2,5
1,5
< 0,5
0
500
1500
2000
1000 Частота, Гц
Рисунок 9 - Спектр при вписывании в кривую большого радиуса в режиме тяги по оси Z
6
ц Г
я и н
е3 р3
рок
с
у
а 2
ут и л п
0
500
1500
1000 Частота, Гц
Рисунок 10 - Спектр при вписывании в кривую в режиме выбега по оси Z, соответствующий временной части рисунка 8
2000
2
1
0
5
4
1
0
Ручной анализ большого количества спектров является трудоемким и сложным для понимания, поэтому для последующего анализа многочисленных спектров вибраций применялся следующий способ.
Кадр измерений за 1, 2 с подвергался Фурье-преобразованию (с разрешением по частоте примерно 0,8 Гц). В дальнейшем спектральная плотность виброускорений кодировалась цветом в логарифмическом масштабе и наносилась на график зависимости спектральной плотности виброускорений от времени. На данных зависимостях приведены направления поворотов и их радиусы, что позволяет достаточно четко различать вибрации от пути и от механизмов колесно-моторного блока. Полученный трехмерный график для печати «на бумаге» удобнее представлять, если амплитуду спектральной плотности ускорений кодировать цветом.
Такой способ построения спектральных данных может быть рассмотрен как способ вейвлет-преобразования со стандартным для спектрального анализа гармоническим базисом [13].
На рисунках 11 - 13 представлены зависимости спектральной плотности амплитуды ускорения вибрации буксы колесной пары по осям X, У, 2 от времени.
При таком рассмотрении гармоники зубчатой передачи представляют собой кривые, пропорциональные скорости, а широкополосные спектры от вписывания с увеличенной амплитудой вибрации представлены как вертикальные полосы. Горизонтальные полосы, которые могли бы быть связаны с резонансами конструкции электровоза на конкретных звуковых частотах, отсутствуют по сравнению с вибрацией, возникающей в паре «колесо электровоза -рельс».
Очевидно, что рассматриваемый колесно-моторный блок электровоза должен быть устойчивым к вибрациям, возникающим при его работе, в диапазоне примерно до 2 кГц, что по частоте выше, чем вибрации, определяемые по ГОСТ 30631-99 группой М27.
Следует отметить, что надежность узлов локомотивов, работающих на горноперевальных участках с большим количеством кривых малого радиуса, будет меньше, чем у локомотивов, работающих на равнинных участках из-за гораздо большей вибрации, поэтому и межремонтные пробеги для локомотивов, работающих в существенно разных условиях, должны быть разными. Учет вибрации, возникающей в кривых малого радиуса с большей, чем по группе М27, частотой, в будущем необходим для оптимизации механических узлов тягового подвижного состава.
Полученные данные по вибрации, возникающей в кривых малого радиуса на бесстыковом пути, говорят о том, что нет оснований считать переход к бесстыковому пути эффективной мерой подавления вибрации для кривых малого радиуса, поскольку возникающие колебания в ряде случаев являются близкими к предельным и их спектр значительно шире, чем указано в ГОСТе [6].
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и ОАО «РЖД» в рамках научного проекта № 17-20-01059/18.
В статье представлены результаты исследования амплитуды вибрации, возникающей на буксе электровоза при взаимодействии колеса и рельса на горно-перевальном участке с большим количеством кривых малого радиуса.
При вписывании в кривую малого радиуса даже в режиме выбега возникает случайная вибрация, по уровню превышающая вибрацию при прохождении стыка на прямом участке пути, а по времени эта вибрация является непрерывной. В режимах тяги регистрируются также гармоники, связанные с частотой зубчатой передачи.
Шпрйьленне криьой
Рисунок 11 - Зависимость спектральной плотности амплитуды ускорения вибрации буксы
колесной пары от времени по оси Х
Рйцнус крнпиН 5 55 5 г-ц к ¡¡:2*5К8!а <353 Л
Шприц лен не крнюН К Ел л КК Й КлллЕ лКЕЖЙлЕ КЫ КЕ е!
2000
тэоо
1300
1700
1600
1500
_ 1400
с, 1300
1200
я 1100
1000
и эоо
93 еоо
¡т 700
еоо
500
400
зоо
200
100
0
- ^ -4- '
1
ггт^
■ - I ' '| ■ I 1 ■ ■ ■
I . I I I I ■ I I ■ I I I I
£ * •А ГН
Рисунок 12 - Зависимость спектральной плотности амплитуды ускорения вибрации буксы
колесной пары от времени по оси У
Радиус крмьой ^ Нафаыеине кривой £ Длина кривой 11
2000 - и 1900 1800 1700 1600 1500
- 1400
- 1300 1200
" поа £ 1000 у эоо 2 800 Г 700 600 500 400 300 200 100 О
■и 'I ■■■ II 'I I
ТТ I "ГЧ1!"!1
II 1 11 С 11 I Я м
I
1 I
«л
и § 1
Рисунок 13 - Зависимость спектральной плотности амплитуды ускорения вибрации буксы
колесной пары от времени по оси 2
Полученные данные позволяют предположить, что надежность локомотивов, работающих в условиях горно-перевальных участков, будет существенно меньше таковой при работе на равнинных участках. Указанные данные могут использоваться в целях оценки многоцикловой усталости сборных и сварных конструкций элементов колесно-моторного блока.
Список литературы
1. Стратегия научно-технологического развития холдинга «Российские железные дороги» на период до 2020 года и на перспективу до 2025 года. «Белая книга» [Текст] / ОАО «РЖД». - М., 2015. - 63 с. Режим доступа: http://www.rzd-expo.ru /innovation / BelKniga_2015. pdf. (Дата обращения: 14.01.2019).
2. Вибрации в технике: Справочник: В 6 т. [Текст] / Под ред. В. Н. Челомея. - М.: Машиностроение, 1978. - Т. 1. - 352 с.
3. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса: Пер. с англ. [текст] / У. Дж. Харрис, С. М. Захаров и др. М.: Интекст, 2002. -408 с.
4. Самме, Г. В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами. Теория и практика сцепления локомотива: Монография [Текст] / УМЦ ЖДТ. - М., 2014. - 104 с.
5. Черняк, А. Ю. Проблема износа трибосистемы «колесо - рельс» [Текст] / А. Ю. Черняк, Е. О. Гриндей // Вюник Хмельницького нащонального ушверситету. - № 6. - 2014 (219). -С. 53 - 58.
6. ГОСТ 30631-99. Межгосударственный стандарт. Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам при эксплуатации [Электронный ресурс] / Техэксперт URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-30631-99 (Дата обращения: 20.01.2019).
7. Вибрации в технике: Справочник: В 6 т. [Текст] / Под ред. В. Н. Челомея. - М.: Машиностроение, 1980. - Т. 3. - 544 с.
8. Лукьянов, А. В., Система защиты обрабатывающих центров от опасных динамических нагрузок на основе параметров вибрации и силы [Текст] / А. В. Лукьянов, Д. П. Алейников, А. Ю. Портной // Вестник Иркутского гос. техн. ун-та / Иркутский гос. техн. ун-т. - Иркутск. - 2017. - Т.21. - № 4 (123). - С. 30 - 38.
9. Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К): Руководство по эксплуатации [Текст] / Новочеркасский электровозостроительный завод. - Новочеркасск, 2007. - Т. 1. - 635 с.; Т. 2. -640 с.
10. Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов», утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 23.10.2014 № 2499р [Электронный ресурс] / Трудовой десант URL: https://www.tdesant.ru/info/item/144 (Дата обращения: 10.06.2019).
11. Сергиенко, А. Б. Цифровая обработка сигналов [Текст] / А. Б. Сергиенко. - СПб.: Питер, 2003. - 604 с.
12. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. [Текст] / Под общ. ред. В. В. Клюева. -М.: Машиностроение, 2005. - Т. 7. - Кн. 2. - 489 с.
13. J. Kovacevic, V.K. Goyal, M. Vetterli. Fourier and Wavelet Signal Processing, Creative Commons, 2013, p. 280.
References
1. Strategiiya nauchno-tehnologicheskogo razvitiya holdinga «Rossiiskie zheleznye dorogi» na period do 2020 goda i na perspektivu do 2025 goda. «Belaya kniga» (The strategy of scientific and technological development of the holding «Russian Railways» for the period up to 2020 and to the perspective up to 2025. «White paper») http://www.rzd-expo.ru/innovation/BelKniga_2015.pdf.
2. Chelomej V. N., Bolotin V. V. Vibratsii v tekhnike: Spravochnik: V 6 t. (Vibrations in the technique: Reference book in 6 volumes). Moscow: Engineering, 1978. Vol. 1. 352 p.
3. U. Dzh. Harris, Zaharov S. M., Dzh. Landgren, H. Turne, V. Jebersen. Obobshhenie peredovogo opyta tjazhelovesnogo dvizhenija: voprosy vzaimodejstvija kolesa i rel'sa: Per. s angl. (Generalization of the best practices of heavy traffic: issues of the interaction of the wheel and rail: Trans. from English). Moscow: Intext, 2002, 408 p.
4. Samme G. V. Frikcionnoe vzaimodejstvie kolesnyh par lokomotiva s rel'sami. Teorija i praktika sceplenija lokomotiva: Monografija (The frictional interaction of the locomotive wheelsets with rails. Theory and practice of locomotive coupling: Monograph). Moscow, 2014, 104 p.
5. Chernjak A. Ju., Grindej E. O. The problem of wear tribosystem "wheel - rail" [Problema iznosa tribosistemy «koleso - rel's»]. Bulletin of the Khmelnytsky National University, 2014, no. 6 (219), pp. 53-58.
6. Mezhgosudarstvennyj standart. Obshhie trebovanija k mashinam, priboram i drugim tehnicheskim izdelijam v chasti stojkosti k mehanicheskim vneshnim vozdejstvujushhim faktoram pri jekspluatacii. GOST 30631-99 (Interstate standard. General requirements for machines, instruments and other technical products in terms of resistance to mechanical external factors affecting the operation. State standard 30631-99) http://docs.cntd.ru/document/gost-30631-99.
7. Chelomej V. N., Dimentbeerg F. M., Kolesnikov K. S. Vibratsii v tekhnike: Spravochnik: V 6 t. (Vibrations in the technique. Reference book in 6 volumes). Moscow: Engineering, 1980. Vol. 3. 544 p.
8. Luk'janov A. V., Alejnikov D. P., Portnoj A. Ju. Vibration and force parameter analysis-based system of machining center protection from dangerous dynamic loads [Sistema zashhity obrabatyvajushhih centrov ot opasnyh dinamicheskih nagruzok na osnove parametrov vibracii i si-ly]. Bulletin of Irkutsk State Technical University, 2017, no. 4 (123), pp. 30-38.
9. Jelektrovoz magistral'nyj 2JeS5K (3JeS5K). Rukovodstvo po jekspluatacii (Main-line electric locomotive 2ES5K (3ES5K). Operator's manual). Novocherkassk, 2007. Vol. 1. 635 p., vol. 2. 640 p.
10. Instruktsiya «Defekty relsov. Klassifikatsiya, katalog i parametry defektnykh i os-trodefektnykh relsov», utverzhdennaya rasporyazheniyem OAO "RZhD"№ 2499r. (Instruction "Defects of rails. Classification, catalog and parameters of defective and sharp-defect rails", approved by the decree of the Russian Railways OJSC № 2499r) https://www.tdesant.ru/info/item/144.
11. Sergiyenko A. B. Tsifrovaya obrabotka signalov (Digital signal processing). St. Petersburg, 2003, 604 p.
12. Kljuev V. V., Balickij F. Ja., Barkov A. V., Barkova N. A. Nerazrushajushhij kontrol': Spravochnik: V 7 t. (Non-destructive testing: A Handbook: In 7 volumes). Moscow: Engineering, 2005. Vol. 7, Book 2. 489 p.
13. J. Kovacevic, V.K. Goyal, M. Vetterli. Fourier and Wavelet Signal Processing, Creative Commons, 2013, p. 280.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Портной Александр Юрьевич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Литвинова ул., д. 9, кв. 11, г. Иркутск, 664003, Российская Федерация.
Доктор физико-математических наук, доцент кафедры «Физика, механика и приборостроение», ИрГУПС.
Тел.: +7 (914) 903-64-19.
E-mail: [email protected]
Мельниченко Олег Валерьевич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Байкальская ул., д. 202/4, кв. 65, г. Иркутск,
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Portnoy Aleksandr Yuryevich
Irkutsk State Transport University (ISTU).
9, Litvinova st., Irkutsk, 664003, the Russian Federation.
Advanced Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department «Physics, Mechanics and Instrument Engineering» (ISTU).
Phone: +7 (914) 903-64-19.
E-mail: [email protected]
Melnichenko Oleg Valeryevich
Irkutsk State Transport University (ISTU).
202/4, Baykalskaya st., Irkutsk, 664075, the Russian Federation.
664075, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электроподвижной состав».
Тел.: +7 (3952) 63-83-99, доб. 0666.
E-mail: [email protected]
Селедцов Константин Павлович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Лермонтова ул., д. 75, к. 328, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электроподвижной состав».
Тел.: +7 (983) 409-43-93.
E-mail: [email protected]
Линьков Алексей Олегович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Пушкина ул., д. 62а, г. Иркутск, 664039, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроподвижной состав».
Тел.: +7 (3952) 63-83-99, доб. 0666.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Портной, А. Ю. Особенности вибрации, возникающей в паре «колесо электровоза - рельс» в кривых малого радиуса / А. Ю. Портной, О. В. Мельниченко, К. П. Селедцов, А. О. Линьков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. -№ 2 (38). - С. 33 - 47.
Advanced Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of the Department «Electric Rolling Stock».
Phone: +7 (3952) 63-83-99, ext. 0666.
E-mail: [email protected].
Seledtsov Konstantin Pavlovich
Irkutsk State Transport University (ISTU).
75, Lermontova st., Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Postgraduate student of the Department «Electric Rolling Stock».
Phone: +7 (983) 409-43-93.
E-mail: [email protected]
Linkov Aleksey Olegovich
Irkutsk State Transport University (IrGUPS).
62a, Pushkina st., Irkutsk, 664039, the Russian Federation.
Ph. D. of Engineering Sciences, Associate Professor of the Department «Electric Rolling Stock».
Phone: +7 (3952) 63-83-99, ext. 0666.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Portnoy A Y., Melnichenko O. V., Seledtsov K. P., Linkov A. O. Features of vibration arising in a pair of "electric locomotive wheel-rail" in curves of small radius. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 2, no. 38, pp. 33 - 47 (In Russian).
УДК 629.42-19(045)
Э. С. Оганьян, Г. М. Волохов, А. С. Гасюк
АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ»), г. Коломна, Российская Федерация
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЛОКОМОТИВОВ
ПО УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Аннотация. Детерминированная оценка долговечности конструкций железнодорожного подвижного состава по коэффициентам запаса сопротивления усталости, установленная нормативными требованиями, не в полной мере учитывает случайный характер нагрузок, под действием которых происходит накопление усталостных повреждений, интенсивность эксплуатации (наработку), не позволяет оценить ресурс и его исчерпание за срок службы. В то же время с развитием тяжеловесного и высокоскоростного движения, а также в связи с введением в действие технических регламентов задачи оценки и обоснования назначенных сроков службы и ресурса объектов железнодорожного транспорта становятся все более актуальными. Предметом исследования, результаты которого представлены в настоящей статье, являлось сопротивление усталости конструкций базовых частей локомотива. Целью проведенной работы было прогнозирование их предельного состояния по ресурсу критических элементов. В представленной работе выполнены расчетно-экспериментальные исследования с проведением ходовых динамико-прочностных испытаний локомотива во всем диапазоне рабочих скоростей его движения, определением напряженно-деформированного состояния конструкций методом тензометрирования, расчетом коэффициентов запаса прочности с вероятностной оценкой сопротивления усталости деталей. По полученным результатам показано влияние характеристик эксплуатационной нагруженности на запас сопротивления усталости и его исчерпание по мере наработки
