Повышение надежности колесных пар электровозов ВЛ80

Додатковий кут, на який розгорнеться візок під воздейс-твием сил  тертя F, F, F5, F, обумовлених подовжнім  прослизаючи ¬ ням, можна визначити  з рівності розвертає і повертаю ¬ ного моментів.Сума сил, що виникають  при відхиленні задніх коліс візка  від дотичній кола, дорівнює 2Р (1 / 2) (/ П), де П = у, - по ¬ переліку прослизання, що виникає при відхиленні кута перекосу двоколісної візки від рівноважного; Р-навантаження на вісь.Приравн ¬  ням розвертає і повертає моменти  щодо точки С (см.ріс.29., Б): 2P (l / 2) (/ j2) = (F5 + Ff) {u = 2Р (1 / 2) (/-П , ") 1Ш« P (fJJR) lm 'Звідси у, = / 2 / {RI). Для вантажного візка в  кривій радіусом 300 м кут у2 = 0,004 радий = 0,2 °'.

Кут перекосу у, вантажного візка під дією сил поздовжнього прослизання в кривій 300м дорівнює 0,46 ° 

Максимальний кут перекосу візка при зазорах між гребенем і рейкою А] ~ 55 мм і базі візки / т = 1,85 м дорівнює у ~ 1,7 ° (П1 = 3%). Оскільки на внутрішньому рейці не виявляється  слідів дотику колеса другої колісної пари, такі кути в експлуатації досягаються  рідко. Візки встають «в розпір»  тільки за наявності несправностей, призводять до сильного перекосу осей.

Таким чином, наведена оцінка показує, що кут набігання направляючого  колеса, а отже, і катастрофічний бічний знос не залежать від ширини колії і у великій мірі залежать від со ¬ стояння візки (нагадаємо,що на «хороших» візках гребені можуть зношуватися в кілька разів повільніше,ніж на «поганих»).

Сила тяги, прикладена до шворня візки, додає ще деякий момент, що збільшує кут набігання, оцінювати  який ми також не будемо, оскільки експлуатаційні спостереження показують, що інтенсивність  бічного зносу практично не відрізняється  на ділянках тяги і гальмування.

2.4.2.2 Рух візка зі швидкістю нижче рівноважної

У кривих зовнішню  рейку  розташований на деякім піднесенні відносно внутрішнього, тому при вході в  криву зі швидкістю нижче рівноважної  кузов вагона нахиляється в напрямку центру кривої і спирається на внутрішні  скользуни. Візок при цьому стопориться  відносно кузова тертям на скользунах, і частина ваги кузова перерозподіляється на внутрішні колеса. Внутрішні колеса, на які зміщена тяжкість кузова, котяться з мінімальним прослизанням, внаслідок чого візок рухається  практично по прямій до тих пір, поки гребінь направляючого колеса не увійде в контакт із зовнішнім  рейкою.При цьому виникає направляюче  зусилля Ун від рейки на гребінь  колеса (рис. 2.9, б), яке при малих  швидкостях руху є єдиною силою, яка  розгортається візок у напрямку вписування в криву. Величина цього  зусилля приблизно дорівнює Ун = Ft + F2, де Fl і F2 - бокові складові сил тертя  на колесах перший колісної пари. Оскільки навантаження на внутрішнє колесо більш  висока, а зовнішню рейку розвантажений  і зазвичай змащується, то Ун у великій  мірі визначається силою тертя на внутрішньому колесі першим колісної пари F. Змащуючи внутрішній рейок, можна  значно знизити сили, що штовхають  візок на зовнішню рейку, а також  знос і ймовірність сходження, однак  це одночасно знизить зчеплення  коліс з рейками і зменшить ефективність тяги і гальмування.

Під дією направляє зусилля  Ун візок розгортається, слідуючи за вигином кривої ближче до точки опори  заднього внутрішнього колеса, оскільки це єдине колесо, яке при низькій  швидкості руху котиться без прослизання (поворотний або спінове прослизання  мало,і їм можна знехтувати).

При такому режимі руху візок  параллелограмміруется не щодо середньої  лінії, як при рівноважній швидкості, а повертається на внутрішніх колесах (див. схему на рис. 2.9, в), що значно полегшує деформування, особливо в момент задирака, коли різко зростає поздовжня  складова Y.

Але, як показують експлуатаційні спостереження, збільшення кута набігання  при зниженні швидкості руху не так  сильно позначається на виникненні задирака, як розвантаження зовнішніх скользунов і полегшення вкочування направляючого  колеса на бічну поверхню зовнішньої рейки. Наприклад,в 1995 р.при проходженні  з Іркутська в Знахідку експериментального складу з 24 восьмивісних цистерн на одній з візків зносився підп'ятник  і «павук» повністю сів на скользуни  візки (скользуни кузова восьмиосного вагона спираються не на боковини візка, а на проміжну деталь - «павук»).Здавалося  б, в візка, що позбулася можливості вписуватися в криву, гребені  повинні моментально зноситися. Однак рівномірний розподіл ваги виявилося більш потужним фактором, і знос гребенів повністю припинився. Гребені стали гладкими, без слідів задирака (за 1,5 тис.км знос був у  межах помилки вимірювання). До усунення задирака призвело, звичайно ж, не зменшення  бічних зусиль, а збільшення навантаження на спрямовуючий колесі і утруднення вкочування його на бічну поверхню рейки, що зменшило нерівномірність  прослизання.Візок б ¬ ла забракована  на півдорозі до Знахідки, оскільки велика опір ¬ ня повороту могло  призвести до виходу з ладу багатьох деталей ходової частини, але  тим не менше вже одне те, що гребені  провідних коліс візка при посадці її на скользуни вигладили,свідчить про велику роль обезгружіванія направляючого колеса.

2.4.2.3 Рух візка зі швидкістю вище рівноважної

Очевидно з попереднього прикладу, збільшення навантаження на на-правляє колесі здатне повністю припинити задир.Мабуть, це є основною, але не єдиною причиною зниження швидкості  бічного зношування при збільшенні швидкості руху. Збільшення швидкості  призводить також до зменшення кута набігання, аж до заняття візком верхнього  хордова положення при високих  швидкостях руху внаслідок зміни  напрямку непогашеного прискорення  і перерозподілу навантаження на колесах.При високій швидкості  руху зовнішні колеса більше навантажені, жорстко зчеплені з рейкою й котиться без прослизання. Як і при низьких  швидкостях, візок деформується, але  менше, оскільки в деформуванні не приймає  участі поздовжня складова що направляє  зусилля.

Встановленню хордова  положення та вписуванню візки в  криву сприяє також відцентрова  сила (позитивне непогашене прискорення), притискає задню колісну пару до зовнішнього рейці.

Таким чином, на підставі проведеного  якісного аналізу можна стверджувати, що не існує критичної швидкості  руху потягу, при якій би катастрофічне  зношування несподівано починалося або припинялося. Збільшення швидкості  призводить до поступового зменшення  кута набігання направляючого колеса і перерозподілу навантаження на колесах візки. При високих швидкостях, набагато перевищують рівноважну, візок  встановлюється у верхнє хордова  положення, кут набігання направляючого  колеса досягає мінімального значення у.= II2R, кузов перевалюється на зовнішні скользуни, а ймовірність вкочування колеса гребенем на бічну повер ¬  верхнею рейки і виникнення задирака наближається до нуля. Збільшення швидкості  руху хоча і не є вирішальним чинником, безсумнівно  сприяє суттєвому зниженню бічних сил і швидкості бічного зношування.

На завершення ще раз нагадаємо, що квазістатіка дає тільки загальні уявлення про вплив швидкості  на установку візки. Динаміка може вносити, суттєві зміни. Наприклад, візки, як уже згадувалося, рухаються нерівномірно, з бічними коливаннями і в  прямих, і в кривих, у результаті чого гребені і рейки зношуються нерівномірно.На стиках бічний знос через  віджата рейок зазвичай мінімальний  і зростає в міру віддалення на 1 - 3 м від стику. Ділянки максимального  і мінімального зносу можуть зрушуватися  при ви ¬ застосуванні швидкості  руху. Облік динаміки виходить за рамки  завдань трибології.

2.4.3 Вплив ширини колії на установку візки і бічний знос

Ширині колії приділялася  і приділяється так багато уваги, як жодному іншому питанню. Витрачені величезні кошти на перешивку рейок з широкої колії на вузьку та зворотно, на проведення спеціальних експериментів, на наукові дослідження та обговорення. Це свідчить не про важливість питання, а про абсолютне нерозуміння трибологічного аспекту проблеми взаємодії колесо - рейка.

Прямим доказом відсутності  впливу ширини колії на боковий знос є також те, що в міру зношування рейок в кривих і зміни внаслідок цього зазору h швидкість їх зношування практично не змінюється. Аналогічні дані отримані Марковим Д.П. при дослідженні швидкості зношування рейок в кривій R ~ 200 м у період з листопада 1994 по грудень 1995 р. на ділянці приміського сполучення Московської залізниці (рис. 2.10). Швидкість бічного зносу рейок відчувала сезонні коливання, але в середньому залишалася постійної ~ 6-10 ~ (1мм за прохід колеса, незважаючи на те що ширина головки рейки за час спостереження зменшилася на 11 мм. Приблизно таку ж швидкість зношування мають рейки на вантажних маршрутах.

Рисунок 2.10 – Залежність ширини головки рейки в кривій радіусом 200 м від кількості проходів коліс електропоїзда

Наведені експериментальні дані переконливо доводять, що ширина колії в межах нормативної, так  само як навантаження на вісь, не робить істотного впливу на бічній знос рейок  і гребенів коліс.У попередньому розділі був проведений аналіз квазістатичної рівноваги візка в кривій, згідно з яким кут набігання направляючого  колеса знаходиться в межах 1 ° -2 °, тобто менше максимально можливого  кута 2,8 °, який візок приймає при  граничному перекосном положенні.

Перехід до катастрофічного  зношування визначається не шириною  колії і не навантаженням на вісь, а конформностью профілів, кутом  нахилу гребенів, швидкістю руху і  жорсткістю візки.

2.5 Вплив стану візка на його установку в кривій

Різні відхилення в технічному стані (збірці) візки викликають підвищений знос, КУП і безліч інших несправностей  вузлів і деталей ходової частини. Особливо ці відхилення проявля ¬ ються в екстремальних режимах, причому не тільки, як прийнято вважати, при високих, але і при низьких швидкостях руху. Установка візки в колії і її триботехнические властивості визначаються неспіввісність колісних пар, різницею діаметрів коліс, опором перекосу (твердістю), перевалкою кузова.Тертя в подпятнике, якому приділяється так багато уваги, мало відбивається на установці візки,ізносних і КВ-пошкодженнях внаслідок малого діаметра п'ятникових вузла (момент сил тертя на підп’ятнику навіть при відсутності мастила в кілька разів менше моменту на колісних парах) і короткочасність дії сил тертя при повороті візка в кривій. Підвищене тертя в п'ятників вузлі призводить лише до підвищеного зносу самого вузла.

Колісні пари у візку можуть повертатися в горизонтальній площині  на кут до 1 ° при зсуві букс в буксових отворах і Параллія-лограммірованіі  візка. Хоча виникає при цьому  прослизаючя невелика (-1,7%), неспіввісність осей колісних пар призводить до відчутних  зносів і КУ-пошкоджень.

Момент сил тертя на опорній поверхні букс перевершує момент сил тертя на колесах візки.

Перевалка кузова і перепрерозподіл  ваги на колесах візки істотно  залежать від піднесений ¬ ня центру ваги кузова. Наприклад, всім відома схильність восьмивісних вагонів до зносу гребенів пояснюється більш високим розташуванням  центру тяжіння.Зниження центру ваги представляє  складну, але цілком вирішувана технічне завдання.

2.6 Роль лубрикації у зменшенні зносу гребенів колісних пар локомотивів

Рішення про масове застосуванні мастила для боротьби з боковим  зносом в КРМ було прийнято на початку 1990-х років як паліатив. Передбачалося, що мастило буде застосовуватися  до тих пір, поки не розроблені теоретичні основи бічного зношування і не знайдені кардинальні заходи щодо його запобігання. Але рішення проблеми затягувалось, і поступово з тимчасового напівзахода мастило перетворилася в основний заход. Нажаль, лубрикація в нинішньому її втіленні не тільки не здатна вирішити всі проблеми, що виникають на транспорті, але, знижуючи їх гостроту і затягуючи рішення,завдає тим самим великої шкоди. Вирішуючи одну проблему, мастило створює безліч інших. За останні роки зменшилася кількість обточек коліс і вилучення рейок по бічному зносу, але збільшилася бракування їх по КУП. Так, в J976-1979 рр.. по вищербини бракувалося лише 1,6% коліс вантажних вагонів, в 1999 р., За даними відділення вагонного господарства ВНИИЖТ, вже 20%, а в 2001 р. - 30-35%. Було б неправильно пояснювати це збільшенням частки гальмівних дефектів. Число гальмівних дефектів, швидше за все, навіть знизилася. Так, якщо в 1976 - 1979 рр.. по повзуна і наваром бракувалося 70% коліс, то в 1999р. лише 20%. Підміна реальної оптимізації КРТ мастилом призвела до того, що в даний час вже важко знайти колісну пару, не пошкоджену вищербини. Мастило не є комплексним вирішенням всіх проблем, як це намагаються представити деякі автори. Без дійсно кардинальних змін про ¬ філей, швидкостей руху, конструкції колії та ходової частини оптимізація КРТ неможлива.

Мастило КРТ обходиться дуже дорого. Тільки обточування коліс по вищербини нівелює всі переваги, одержувані від зниження бічного зносу, а витрати на потужну індустрію виробництва лубрікаційних мастил, на утримання мастильної техніки, витрати мастильних матеріалів, зниження зчеплення, збільшення витрати піску йдуть на збиток. Економіка, як і всі гуманітарні науки, значною мірою суб'єктивна і допускає різні оцінки нововведень. Але існують об'єктивні показники стану КРТ. Як вже не раз повторювалося, об'єктивним індикатором ресурсу коліс і рейок і стану КРТ є прокат. Швидкість прокату є порівняно консервативної характеристикою, мало змінюється при зміні різних чинників. У зв'язку з цим відсутність прокату в даний час свідчить про малий ресурс коліс і поганому стані КРТ.Прокат не є економічним показником, але, поки його немає, можна гарантувати, що проблема залишається. В ідеалі колеса повинні бракувати переважно за граничним прокату.

Необхідно відзначити, що мастило  гребенів і рейок в кілька разів  змінює сили тертя, отже, і напруги  в контакті і є потужним засобом  формування профілів. Мастило може активізувати або припинити локальну пластичну деформацію, тому застосування мастила на кожній дільниці в кожен період його роботи має бути науково обґрунтоване і використовуватися лише тоді, коли всі інші засоби вичерпані. Неприпустимо безладне застосування мастила, як це має місце в даний час. Якщо сформувалися, приробитися профілі почати змащувати, це може викликати порушення рівноваги, привести до зміни форми профілів і пошкодження контактних поверхонь. У загальному випадку потрапляння мастильного матеріалу на поверхню катання неприпустимо, оскільки призводить до втрати зчеплення, пробуксовка, невиправданим енергетичним втрат і пошкоджень контактних поверхонь коліс і рейок. Але можуть бути і винятки. В даний час в кривих змащується бокова поверхня зовнішньої рейки. Це виправдано при низьких швидкостях руху, коли більша частина навантаження припадає на внутрішній рейок і колеса прослизають по зовнішньому рейці. При високих швидкостях руху велика частина навантаження перерозподіляється на зовнішні колеса, тому можна рекомендувати змазувати поверхню катання внутрішнього рейки.У цьому випадку мастило не призведе до істотної втрати зчеплення локомотивними колесами, оскільки в кривих при високих швидкостях внутрішні колеса і без змащення втрачають зчеплення і прослизають. Мастило внутрішнього рейки в кривих на ділянках руху з високими швидкостями знижує дотичні напруги на поверхнях коліс і рейок, зумовлені подовжнім прослизанням, і сприяє встановленню візки у верхнє хордова становище. Вирівнювання положення візка і кочення задніх і передніх коліс по близьким окружностях знижують інтенсивність і нерівномірність пластичної деформації і тим самим призводять до зниження КУП коліс і рейок.