CC BY
89
в машиностроении : межвуз. сб. науч. тр. — Томск, 1972. — С. 164-167.
БЕЛОЗЁРОВ Владимир Анатольевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Технология машиностроения».
СИЛИЧ Александр Анатольевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Технология машиностроения».
УТЕШЕВ Мирабо Хусаинович, доктор технических наук; профессор (Россия), профессор кафедры «Металлообрабатывающие станки и комплексы».
Адрес для переписки: г. Тюмень, ул. Энергетиков, 44/1, кафедра «Технология машиностроения» института промышленных технологий и инжиниринга ТюмГНГУ.
Статья поступила в редакцию 11.04.2012 г.
© В. А. Белозёров, А. А. Силич, М. Х. Утешев
удк 629.421.1 А. п. БУЙНОСОВ
Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ОСТАТОЧНОГО ПРОКАТА БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР
МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ
В статье изложены результаты экспериментальных исследований выбора оптимального остаточного проката бандажей исходя из критерия максимального ресурса до смены колесных пар электровозов. Изменена технология обточки колесных пар, оставляя при этом прокат 0,5 мм, в результате прогнозируемый ресурс до смены бандажей увеличен на 32 % и позволяет эксплуатировать электровозы ВЛ11 в локомотивном депо Свердловск-сортировочный до ремонта КР-1 и не производить замену бандажей колесных пар на ТР-3. При этом количество обточек существенно возрастает: с пяти (полностью восстановленный профиль) до шести—семи (остаточный прокат 0,5 мм). Ключевые слова: электровоз, колесная пара, бандаж, износ, контролируемые параметры, обточка, остаточный прокат, ресурс.
На сети железных дорог имеет место повышенный износ колес, бандажей и рельсов. Интенсивность износа колес и рельсов возросла в середине 1970-х годов и достигла наибольших размеров к началу 1900-х. В этот период на железнодорожном транспорте существенно изменились условия эксплуатации. Завершилась перешивка колеи с 1524 мм на прямых участках на колею 1520 мм, изменились также нормы уширения колеи в кривых. На главных путях были уложены объемно-закаленные рельсы тяжелых типов повышенной твердости, а твердость колесной стали практически не изменилась. Был завершен переход на подшипники качения вместо подшипников скольжения, требующих постоянной смазки в буксах. Произошло увеличение статической нагрузки на ось, а также увеличение массы и длины поезда. Начали внедряться композиционные тормозные колодки вместо чугунных. В больших масштабах деревянные шпалы заменялись на железобетонные, при этом повысилась жесткость пути. Произошло ухудшение состояния пути и подвижного состава [1, 2].
Если раньше барьерными местами были горные перевальные участки с затяжными подъемами и спусками, то в настоящее время износ рельсов и колесных пар стал распространенным явлением по всей сети, в том числе и на равнинной части.
Для решения задачи снижения интенсивности износа гребней колесных пар подвижного состава и рельсов необходимы новые научные исследования и решения. И в первую очередь — разработка
комплекса мероприятий, позволяющих, исходя из конкретных условий эксплуатации, определить и устранить причины износа колеса и рельса.
Установить долю влияния каждой причины износа нельзя, так как преобладающее значение той или иной в их сумме изменяется во времени их участия. Только постоянное наблюдение, анализ технического состояния локомотивов и пути может установить причины и уменьшить их влияние на износ [2].
Анализ опубликованных работ показывает, что однозначной зависимости между износом и твердостью колес и рельсов не существует, так как при различных условиях трения существенно изменятся механизм истирания и, соответственно, интенсивность износа [3].
Тем не менее можно утверждать, что с повышением твердости увеличивается сопротивление материала пластической деформации, снижается образование возможных участков схватывания и, следовательно, повышается износостойкость бандажей колесных пар [4, 5].
При установлении оптимальных свойств сопряженных деталей «бандаж —рельс» решение задач сводится к нахождению методов, которые обеспечивают минимальную остаточную деформацию, не нарушая нормального режима работы бандажа, и исключают возникновение усталостных разрушений [6, 7].
По результатам исследований таким методом является частичная обточка бандажей, при которой профиль поверхности катания бандажа полностью
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012
4 ^*1 ?
3 \ Л * ' 4 У
3 / X
\ V л \
\ \ 2
£ \
✓ А
10 50 100 150 /, тыс. км
Рис. 1. Зависимости среднего значения проката бандажей колесных пар электровозов ВЛ11
от пробега.
1, 2, 3, 4 — зависимости для соответствующих групп электровозов с остаточным прокатом 0; 0,5; 1,0; 2,0 мм соответственно
)' мм 85
И2
79
76
73
70
0 10 50 100 150 /, тыс. км
Рис. 2. Уменьшение толщины бандажей колесных пар электровозов ВЛ11 при обточке без остаточного проката 1 и с остаточным прокатом 2
не восстанавливают, а оставляют некоторый (остаточный) прокат, обеспечивающий наименьший износ и, соответственно, максимальный ресурс до смены бандажей [2].
Для определения оптимальной величины остаточного проката в локомотивном депо Свердловск-сор-тировочный велись наблюдения за 54 электровозами ВЛ11, которые были разделены по сериям на четыре группы: группа 1 — девять электровозов, колесные пары которых обтачивались с полным восстановлением профиля (без остаточного проката); группа 2 — восемь электровозов с восстановлением профиля при остаточном прокате 0,5 мм; группа 3 — пять электровозов с прокатом 1 мм; группа 4 — пять электровозов с прокатом после обточки 2 мм. Все бандажи обтачивались по новому профилю (ГОСТ 11018 — 2000, рис. 2).
Зависимости величины проката и изменение толщины бандажей от пробега определяли с помощью методов регрессионного анализа, который позволил выявить основные закономерности износа. Эти зависимости были аппроксимированы линейными функциями у=а+ЪЬ, где у — значение контролируемого параметра (прокат, толщина бандажей); а — интенсивность нарастания проката, уменьшение толщины бандажей; Ъ — величина остаточного проката, толщина бандажа на начало рассмотрения; Ь — пробег. Результаты расчетов для электровозов ВЛ11 сведены в табл. 1.
Полученные угловые коэффициенты уравнений регрессии контролируемых параметров при разных
величинах остаточного проката отличны друг от друга. Методы сравнения уравнений регрессий позволили установить, что эти отличия существенны и не носят случайного характера [2]. Следовательно, величина остаточного проката сильно влияет на интенсивность износа бандажей колесных пар. Первоначальный интенсивный износ полосы катания полностью обточенного бандажа (отсутствие остаточного проката) можно объяснить воздействием твердой поверхности рельса на неупрочненный бандаж, так как в начальный момент эксплуатации твердость поверхности рельса на 35 — 40 % превышает твердость бандажа [3].
При остаточном прокате 0,5 мм интенсивность нарастания проката (коэффициент а) уменьшается и наступает его стабилизация. В этом случае наблюдаются минимальная остаточная деформация, упрочнение поверхности катания бандажа, увеличивается сопротивление материала пластической деформации. При увеличении остаточного проката до 2 мм интенсивность нарастания проката увеличивается до 0,492 мм/104 км пробега. Это объясняется влиянием большой остаточной деформации, которая ведет к отслаиванию металла с поверхности катания, проскальзыванию колеса по рельсу.
Значения коэффициентов корреляции между зависимостями от пробега среднего значения проката и толщины бандажей колесных пар электровозов ВЛ11 с разным остаточным прокатом представлены в табл. 1. Из нее видно, что значения всех коэффициентов корреляции близки к единице
Таблица 1
Коэффициенты уравнений регрессии проката и толщины бандажей колесных пар электровозов ВЛ11 с различным остаточным прокатом
Контроли- руемый параметр Величина остаточного проката Зависимость Объем выборки, N Коэффициенты уравнения регрессии у = а + ЬЬ Коэффициент корреляции, гуЬ Остаточная дисперсия, 502, мм2
а, мм/104 км Ь, мм
Прокат 0 муц 946 0,471 0,008 0,945 0,027
%(!) 0,091 0,331 0,913 0,022
0,5 муц 640 0,443 0,503 0,993 0,013
%(Ц) 0,060 0,314 0,897 0,045
1,0 МуЩ 400 0,480 1,117 0,923 0,066
Ъу(Ц 0,010 0,120 0,890 0,112
2,0 муц 400 0,492 1,818 0,894 0,097
Ъу(Ц 0,043 0,311 0,926 0,003
Т олщина бандажа
0 Му(Ц 946 -0,677 86,253 -0,991 0,295
0,066 0,468 0,968 0,018
0,5 муц 640 -0,451 86,591 -0,985 0,453
ау(Ц) 0,065 0,802 0,920 0,218
1,0 Му(Ц) 400 -0,488 86,882 -0,964 0,115
°у(Ц) 0,070 0,846 0,885 0,192
2,0 Му(Ц) 400 -0,490 86,709 -0,954 0,984
°у(Ц) 0,105 0,698 0,776 1,150
Таблица 2
Ресурс бандажей электровозов ВЛ11 с различным остаточным прокатом
Величина остаточного проката 90 %-ный ресурс бандажей, тыс. км
обточка по предельному прокату смена по минимальной толщине
ВЛ11 ВЛ11
0 115 578
0,5 124 762
1,0 119 639
2,0 105 516
(0,886 — 0,990), а остаточные дисперсии, характеризующие разброс эмпирических точек около линейной регрессии, на порядок меньше дисперсий соответствующих контролируемых параметров.
Это свидетельствует об адекватности линейной аппроксимации, то есть о достаточно тесной связи контролируемых параметров с величиной пробега [4]. При помощи полученных зависимостей можно спрогнозировать износ бандажей и определить их ресурс [8].
Для прогнозирования процесса изнашивания и определения ресурса бандажей колесных пар с различным остаточным прокатом полученные зависимости экстраполировались в область больших значений пробега, предполагалось, что характер этих зависимостей не изменяется, то есть изнашивание бандажей остается в пределах нормальной эксплуатации (рис. 1 и 2).
Результаты расчетов по прогнозированию ресурса бандажей сводим в табл. 2, определяем зависимости от величины остаточного проката ресурса бандажей до смены для электровозов ВЛ11 (рис. 3).
Как видно из табл. 2, прогнозируемый ресурс до смены бандажей при остаточном прокате 0,5 мм — максимальный и равен 762 тыс. км, то есть увеличен на 32 %. Количество обточек существенно возрастает: с пяти (полностью восстановленный профиль) до шести —семи (остаточный прокат 0,5 мм).
Поэтому целесообразно изменить технологию обточки бандажей колесных пар, оставляя при этом прокат 0,5 мм. Прокат 0,5 мм достигается такой глубиной резания, при которой на поверхности катания остается полоса (площадка) накатанного металла шириной до 20 мм. Через нее передаются как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки.
Площадка отличается тем, что она имеет большие размеры и расположена под углом примерно 35 — 40 градусов к оси (площадка контакта на гребне расположена под углом 65 градусов). Скольжение при таком контакте значительно уменьшается. Меньше становятся и удельные давления, а следовательно, и износ. При таких условиях обточки технологический износ — минимальный и ресурс бандажа до списания определяется только его естественным износом. Из-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012
О 0 5 10 Остаточный
прокат, мм
Рис. 3. Зависимость ресурса бандажей до смены от величины остаточного проката для электровозов ВЛ11
менение технологии обточки бандажей колесных пар электровозов ВЛ11 позволит эксплуатировать электровозы в локомотивном депо Свердловск-сортировоч-ный до ремонта КР-1 и не производить замену бандажей колесных пар на ТР-3.
Величина остаточного проката 0,5 мм, установленная для электровозов локомотивного депо Сверд-ловск-сортировочный, в других условиях может отличаться, однако аналогичные исследования позволят установить оптимальную величину остаточного проката для локомотивов любых серий, эксплуатируемых на разных железных дорогах.
Библиографический список
1. Горский, А. В. Использование ресурса бандажей колесных пар электровозов / А В. Горский, А. П. Буйносов, М. А Волков // Железнодорожный транспорт. — 1991. — № 1. — С. 34-35.
2. Буйносов, А П. Основные причины интенсивного износа бандажей колесных пар подвижного состава и методы их устранения / А П. Буйносов. — Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2009. — 224 с.
3. Буйносов, А. П. Влияние упрочнения на ресурс бандажей колесных пар / А. П. Буйносов, Д. Л. Худояров // Транспорт Урала. — 2010. — № 1 (24). — С. 63 — 68.
4. Буйносов, А. П. Об износе бандажей электровозов ЧС2 и ЧС7 / А. П. Буйносов, В. С. Клинский // Железнодорожный транспорт. — 1992. — № 5. — С. 45 — 46.
5. Буйносов, А. П. Износ бандажей и рельсов: причины и возможности сокращения / А. П. Буйносов // Железнодорожный транспорт. — 1994. — № 10. — С. 39 — 41.
6. Буйносов, А. П. Важный фактор уменьшения износа колес и рельсов / А. П. Буйносов, С. А. Дибров // Железнодорожный транспорт. — 1995. — № 6. — С. 39.
7. Буйносов, А П. Взаимодействие колеса и рельса / А П. Буйносов // Путь и путевое хозяйство. — 1999. — № 5. — С. 22 — 25.
8. Буйносов, А. П. Определение допустимой разности диаметров бандажей колесных пар тягового подвижного состава / А. П. Буйносов // Транспорт Урала. — 2009. — № 4 (23). — С. 53 — 54.
БУЙНОСОВ Александр Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрическая тяга». Адрес для переписки: Ьуіповоу@шаіі. ги
Статья поступила в редакцию 20.03.2012 г.
© А. П. Буйносов
Книжная полка
Бондаренко, Е. В. Основы проектирования и эксплуатации технологического оборудования : учеб. для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» направления подгот. «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования» / Е. В. Бондаренко, Р. С. Фаскиев. - М. : Академия, 2011. - 302 с. - ISBN 978-5-7695-6001-9.
Подробно изложены теоретические основы расчета и конструирования специализированного технологического оборудования для проведения операций технического обслуживания и ремонта автомобилей. Даны классификации групп оборудования. Рассмотрены принципы действия и конструктивные особенности основных типов технологического оборудования. Описан порядок расчета и подбора основных элементов технического оборудования. Приведены основные положения системы технического обслуживания и ремонта технологического оборудования.
Родионов, М. Г. Информационно-измерительные системы: структуры и их применение : учеб. пособие / М. Г. Родионов, А. А. Горшенков ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. - 71 с. - ІSBN 978-5-8149-1093-6.
В учебном пособии рассматриваются общие вопросы, связанные со структурами измерительных систем, показателями надежности функционирования систем, с основными видами систем и их реализацией, вопросами интерфейсного обеспечения и обеспечения связей информационных систем.
