CC BY
15
AUNiVERSUM:
№ 4 (97)_- » • •¿-■-i-i-ir.:.- ■:>: - I _апрель. 2022 г.
РАСЧЕТ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В МАТЕРИАЛЕ БАНДАЖА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ТЕПЛОВОЗА UZTE16M
Файзибаев Шерзод Собирович
д-р техн. наук, проф., Ташкентский государственный транспортный университет,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: meravaz@gmail. com
Касимов Обиджон Тоирджонович
ст. преподаватель,
Ташкентский государственный транспортный университет,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: kasimov 7072 726@mail. ru
CALCULATION OF THE TEMPERATURE FIELDS IN THE BANDAGE MATERIAL DURING BRAKING OF A DIESEL LOCOMOTIVE UZTE16M
Sherzod Fayzibaev
doctor of technical sciences, professor, Tashkent State Transport University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Obidjon Kasimov
Senior lecturer, Tashkent State Transport University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассмотрены расчетные методики оценки износа тормозной системы подвижного состава и изучены температурные поля, а также напряжение в материале бандажей колесных пар при эксплуатации. В ходе методики исследовались оценки температурных полей в материале бандажа при торможении тепловоза UzTE16M.
ABSTRACT
In this paper, computational methods for assessing the wear of the rolling stock braking system are considered and temperature fields, as well as stresses in the material of wheelset bandages during operation, are studied. In the course of the methodology, estimates of temperature fields in the bandage material during braking of the UzTE16M diesel locomotive were investigated.
Ключевые слова: локомотив, колесная пара, бандаж, рельс, тормозная колодка.
Keywords: locomotive, wheelset, bandage, rail, brake pad, braking.
На сегодняшний день уделяется oгрoмнoе внимание обеспечению высокого уровня безопасности движения пoездoв [3; 4; 8; 13; 6]. Пoследствиями трансшртных прoисшествий являются горча грузoв и техники, разрушение путей и кoнтактнoй сети, прекращение движения пoездoв го участку, что при-вoдит к бoльшим экoнoмическим и челoвеческим тетерям [7; 5; 9; 11].
Надежная рабoта годвижгого устава и устрoйств железнoдoрoжнoгo трансгорта является oснoвoй для oбеспечения прoпускнoй и прoвoзнoй спoсoбнoсти железных дoрoг, а также безoпаснoсти движения пoездoв. Это является oснoвнoй задачей всех служб и годразделений АО «УТЙ». Показатели рабoты напрямую зависият oт числа крушений,
убытий, oтказoв технических средств. Oсoбая рoль в oбеспечении безoпаснoсти движения заключается в надежюсти тoрмoзнoгo oбoрудoвания шдвижюго тостава.
Тoрмoза железнoдoрoжнoгo шдвижюго устава предназначены для регулирoвания скoрoсти движения oт максималью вoзмoжнoй дo голюй oстанoвки, а также удержания устава на месте.
Проблема повышения долговечности колесных пар локомотивов исследуется специалистами железных дорог всего мира. Однако до ностоящего времени мало обоснованы расчетные методики оценки их износа, недостаточно изучены температурные поля и напряжения в материале бандажей колесных пар при эксплуатации.
Библиографическое описание: Файзибаев Ш.С., Касимов О.Т. РАСЧЕТ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В МАТЕРИАЛЕ БАНДАЖА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ТЕПЛОВОЗА UzTE16M // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4(97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13345
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Исследования для оценки температурных полей в материале бандажа при торможении локомотивов в рассмотенной задаче осуществим с использованием следующих допущений.
1. Выбираем модель бандажа колесной пары локомотива, на которую воздействуют 2 тормозные колодки с передачей нагрузок Рт при скорости скольжения ¥т и силе трения ^ при реализации мощности торможения колеса [3; 14; 15]:
NT = 2КфкV х 2,345
(1)
2. Вся реализуемая мощность при торможении одного колеса поглощается материалом бандажа весом ^. Материал бандажа характеризуется коэффициентами теплопроводности КЕ , теплоемкостью Сг,
которые осреднены для диапазонов температур нагревания.
3. В каждом цикле времени г торможения мощность Ыт поглощается частью масс бандажа аЕ Ое , где аЕ - коэффициент, зависящий от приращения температуры нагревания Тг бандажа.
При этом выполняется уравнение теплового баланса для средних аЕ и Тг :
аБОбСбТб = NTt = (Nm + Nte ) t. (2)
При известных NTE можно определить:
j, _ NТБ t
2аб ОБС Б
(3)
Из последних формул видно, что при постоянной N = const наибольшее влияние на температуры нагревания играют отношения t / аЕ . При аЕ в течение времени t = 0 + tT.
Выполним расчет для условий торможения колесной пары тепловоза типа UzTE16M при СТБ = 253кг ; Стк = 180кг ; N = 39,55ккал / с , соот-ветствущих начальной скорости торможения V = 100км / ч, конечной скорости V = 36км / ч , длительности цикла торможения гГ = 40с, .
При условии Nte = 0,5 • NT = 19,78ккал / с , аБ = 1,0 получили:
Т = -
19,78 • 40 2 253 • 0,1173
= 13,33°С .
В первой фазе торможения поглощение тепловой мощности осуществляется при малых аЕ (около 0,1) и г = ^ = 10с, получили:
Уточнение температурных полей с учетом уравнения теплопроводности провели с учетом основного потока отводимого тепла в направлении по радиусу Кк бандажа.
Площадь теплопередачи принимаем равной для:
• бандажа ЯЕ = 2лКквЕ (в£ - ширина бандажа,
измеренная вдоль оси колесной пары).
С учетом введенных допущений получим уравнения теплопроводности для:
• бандажа колесной пары:
дТБ Кб д ТБ
NTK tZ -----г =-Тб-cos-, (4)
dt Сб/б 9Z 2 тRкZБвБGБУБ 2ZE
где ZE - толщина бандажа, измеренная по координате Z;
уБ - плотность материала бандажей; К£ - коэффициенты теплопроводности в материале моделей бандажа в направлении по координате Z.
Частное решение уравнения (4) получили в виде [10]:
Тб (t,Z) = Тб (t)cos
ж • Z 2Z„
(5)
с функцией времени ТБ (t), удовлетворяющей уравнению:
al*.тб=—NM-
at 2жЯк вк ZECE уЕ
где
Wб =
ж2 • Кб
4СбУк ZБ
(6)
(7)
Решения уравнений (6) при начальных условиях для г = 0 ТЕ (0) = ТЕ , выполненные методом операционного исчисления, получим в виде:
ТБ(1) = ТВГ'<+ (8)
ж ЯквБКБ
Производим расчет температуры нагревания Тг бандажа по формулам (8) при использовании исходных данных:
_ 2Nro Z б
Т г
2 • 19,78 • 0,075
Б _3
ж3ЯквБКБ 30,96 • 0,525 • 0,14 • 90-1
= 117,35° С
ж2 • 90-1 1
Wn = -т = -
4 • 0,1173 • 7860 • 0,0752 187,4
= 0,0053
Т =-
Г1
19,78 •Ю
2 • 0,1-253 • 0,1173
- = 33,25°С .
При ^ = 10с;
! = 117,35 •(! - 0 . 83 0 0053'10 ) = 1,15°С
При t2 = 20с ;
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
^ == 117,35 • (1 - 0.830 0053-20) = 2,295° С .
При г3 = 30с ;
^ = 117,35 • (1 -0.830005330) = 3,426°С .
При /4 = 40с ;
^ = 117,35 -(1 -0.830'0053'40) = 4,545°С .
Если начальная температура ТБ = 30°С, то фактическая температура бандажа будет равна:
(100) = 30-0,83°,°053'10 +1,15 = 30,86°С .
По формулам (8) определим полную температуру нагревания бандажей по t = 40с и ^ = 30°С:
(40°) = 30-0,830'0053'40 + 4,545 = 33,383°С .
После окончания торможения через ^ = 120с секция температура определяется по формулам:
Т (120) = 33,383 • 0,83-0,0053100 = 36,848° С.
Оценка охлаждения бандажа через 120 секунд. Бандаж через 120 секунд имеет температуру бандажа ~ и 30°С, не может быть менее 300С. Должен быть задан цикл торможений и отпуска.
Выполним расчет по оценке влияния аЕ при
t = 10,20,...120с по формуле (3).
400
350
50 0
Температура нагревания бандажей при циклах торможения колесных пар тепловоза и2ТБ16М при аБ=1, КБ=46,5 ккал/(м^°С)
10 20 30 40 50 Скорость локомотива
60
70
"при 10с" при 20с при 30с ■при 40с при 50с при 60с при 70с при 80с при 90с при 100с ■при 110с при 120с
80
Рисунок 1. Температура нагревания бандажей при циклах торможения колесных пар тепловоза
0
A UNÎVERSUM:
№ 4 (97)_- » « -c-i-i-ir.:.- - : _апрель. 2022 г.
500
Температура нагревания бандажей при циклах торможения колесных пар тепловоза ШТЕ16М при аБ=0,75, КБ=46,5 ккал/(м-с-°С)
450
400
S 350
5 300 сз
ю а
é 250
6 200 С
s
<D
H 150
100 50 0
10 20 30 40 50
Скорость локомотива
60
70
80
при 10с при 20с при 30с •при 40с при 50с при 60с при 70с при 80с при 90с при 100с ■при 110с при 120с
Рисунок 2. Температура нагревания бандажей при циклах торможения колесных пар тепловоза
Выводы. По итогам проведенных исследований выявлены параметры нагревания бандажей при циклах торможения колесных пар двух типов тепловоза.
Как показано на графиках, при скорости в 80 км/ч температура бандажа достигает более 450 °С.
Список литературы:
1. Бабаков И.М. Теория колебания. - М. : Наука, 1965. - 559 с.
2. Бронштейн И.Н. Справочник по математике. - М. : Наука, 1986. - 671 с.
3. Глущенко А.Д., Файзибаев Ш.С. Моделирование импульсного динамического и теплового нагружения материала колесных пар локомотивов. - Ташкент : Фан, 2002. -194 с.
4. Конструкция и динамика тепловозов / под ред. проф., д-ра техн. наук В.И. Иванова. - М. : Транспорт, 1974. -С. 336.
5. Махкамов Н.Я., Илесалиев Д.И., Мерганов А.М. Сравнительный анализ факторов, влияющих на доставку пакетных грузов // Инновационный транспорт. - 2019. - № 3. - С. 50-57.
6. Медель В.Б. Подвижный состав электрических железных дорог. - М. : Транспорт, 1974. - С. 232.
7. Мерганов А.М. Подход к экономическому обоснованию затрат на энергетические потери, связанные с состоянием железнодорожных путей // Вестник ИНЖЭКОНа. Серия: Экономика. - 2012. - № 5. - С. 317-319.
8. Механическая часть тягового подвижного состава / под ред. д-ра техн. наук И.В. Бирюкова. - М. : Транспорт, 1992. - С. 440.
9. Файзибаев Ш.С. Исследование влияния пластических деформаций на поверхности упрочняемого бандажа // Universum: технические науки. - 2022. - № 1-1 (94). - С. 106-110.
10. Файзибаев Ш.С., Косимов О.Т. Моделирование сдвига поверхностного слоя бандажа колесной пары локомотива в зонах контакта с чугунными тормозными колодками // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 10(79). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10815 (дата обращения: 04.04.2022).
11. Файзибаев Ш.С., Хисматулин М.И. Динамические явления в тяговой зубчатой передаче теповозов и использование их для диагноза технического состояния зубчатой передачи // Вестник транспорта Поволжья. -2016. - № 4. - С. 69-72.
0
A UNÎVERSUM:
№ 4 (97)_- » « -¿---i-i-ir.:.- ■■>: i _апрель. 2022 г.
12. Филонов С.П., Зиборов А.Е., Ренкуна В.В. Тепловозы 2ТЭ10М, 3ТЭ10М. Устройство и работа. - М. : Транспорт, 1986. - 288 с.
13. Djanikulov A., Kasimov O. Simulation Of Transients In The Power Circuit Of The TE-10 Diesel Locomotives When The Diesel Generator Set Protection Is Triggered // International Journal of Advanced Technology. - 2020. - Vol. 29, № 7.
14. Djanikulov A.T., Mamayev S.I., Kasimov O.T. Modeling of rotational oscillations in a diesel locomotive wheel-motor block // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 1889, № 2. - P. 022017.
15. Kasimov O.T., Djanikulov A.T., Mamayev S.I. Modeling the bending of the tire surface by pads during braking // AIP Conference Proceedings. - 2021. - Vol. 2402, № 1. - P. 070030.
