Тепловые процессы в зоне трения колеса локомотива с рельсом

• Автор: Говорков, Олег Александрович
• Шифр специальности: 05.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЁС С
РЕЛЬСАМИ
1.1. ЗА KOI ЮМЕРІ ЮСІ И TPF.1 ІИЯ КАЧЕНИЯ И СКОДЬЖЕ! ІИЯ КОЛЕСА НО РЕЛЬСУ
1.2. Структура коэффициента сцеплетіия колеса с рельсом
1.3. Осі ЮННОЙ КОЭФФИЦИЕНТ сциишния И ФРИКЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТ ИКИ КОЛЁС
ІЮДВИЖНОІ О СОСТ АВА И РЕЛЬСОВ
1.4. ВОПРОСЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФРИКІ (ИОІШЫХ СВОЙСТВ ПАРЫ КОЛЕСО-РЕЛЬС
1.5. Влияние тепловых проі (весов на взаимодействие колеса и рельса
1.6. Закономерност и изнашивания колёс и рельсов
2. СОСТОЯНИЕ И ФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ РЕЛЬСОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ С ШИРИНОЙ КОЛЕИ 1520 ММ
2.1. Основные существующие профили рельсов и ьаидажей колёс т ягового
IЮДВИЖНОГО СОСТАВА
2.2. Наиболее характ ерные виды дорожек катания колёс по рельсам
2.3. Методы, приборы и методика проведения работ по исследованию
ФРИКІ ІИОНІ1ЫХ свойст в дорожек трения колёс и рельсов
2.3. Результаты полевых испытаний
2.4. Лабораторные исследования
2.5. ЭКС1ШРИМЕНТЛЛЬНО-ЛНЛЛИТ ИЧЕСКИН исследования фрикционных возможност ей колёсной пары, перекатывающийся но рельсовой колее
3. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ВО ФРИКЦИОННОМ КОШ АКТЕ КОЛЕСА С
РЕЛЬСОМ
3.1. ТЕПЛОВАЯ ДИНАМИКА ТРЕНИЯ И ИЗНОСА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КОЛІ'іСУ И РЕЛЬСУ
3.2. Определение теплофизических свойств материалов на поверхностях КОЛЕСА И РЕЛЬСА
4. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ЗОНЕ КОНТАКТА КОЛЕСА И РЕЛЬСА
4.1. Мощі юсть теплового потока в ког пакте колеса с рельсом
4.2. Расчё т температурных нолей на поверхности и в объёме рельса при
ст ационарном движении поезда на прямой
4.3. Трикоткхмическин подходы к исследованию трения и изнашивания твёрдых ТЕЛ
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение.
От уровня реализации сцепления колёс локомотивов с рельсами зависят многие технические и экономические показатели работы железных дорог (масса и скорость движения поездов, расход энергии, затраты на эксплуатационные и восстановительные работы и др.). Для повышения реализуемых коэффициентов сцепления ведётся поиск по совершенствованию, как самих технических средств, так и методов их эксплуатации. Вместе с тем реализуемые коэффициенты сцепления колёс локомотива с рельсами на ±40% отличаются от расчётных. Это, с одной стороны, свидетельствует об имеющихся резервах, а с другой - о дополнительных потерях. В последнее десятилетие, на многих железных дорогах мира, возникли серьёзные затруднения, связанные с необходимостью улучшения сцепления колёс с рельсами, с ростом интенсивности изнашивания контактирующих тел и увеличением уровня материальных затрат при эксплуатации пары трения колесо - рельс. Как правило, они имели место при значительном росте нагрузок на колесо и увеличении скорости движения поездов. Решением ряда конструкционных и материаловед-ческих вопросов (выбором более рационального профиля головок рельса и обода колеса, их материала, внедрением поворотных механизмов, обеспечивающих лучшее вписывание колёс подвижного состава в колею рельсового пути и др.), возникающие трудности эксплуатации транспортных средств в значительной мере снимались. На железных дорогах Российской Федерации, при спаде объёма перевозок и практически без увеличения скоростей движения поездов, с 1986 по 1991 год интенсивность изнашивания и повреждаемость колёс и рельсов в отдельных случаях уве-

личилась в 6 - 10 раз. Помимо нанесения больших материальных и технических потерь, этот факт повлиял и на безопасность работы железнодорожного транспорта. Созданная по инициативе руководства МПС специальная программа “колесо - рельс”, возглавляемая В.М.Богдановым - первым заместителем головного института МПС (ВНИИЖТ), за счёт быстрого и широкого внедрения систем смазывания рельсов и упрочнения материала трущихся пар, в известной мере позволила снять остроту данной проблемы. Интенсивность изнашивания снижена до уровня, который в 2 - 3 раза превышает аналогичный уровень в период, предшествующий 1986 году.
При анализе сложившегося положения дел с интенсивностью изнашивания колёс и рельсов на железных дорогах России, проводимом в августе 1998 г на НТС МПС РФ, министр путей сообщения [1] потребовал более глубокого изучения природы этого явления и поиска более эффективных путей решения данной проблемы, стоящей перед железнодорожниками.
Трение и износ колёс и рельсов, как и других пар трения, представляют комплексное явление, обусловленное сложными физическими и химическими процессами, происходящими непосредственно в зоне взаимодействия трущихся тел. В вышеупомянутой программе МПС РФ по проблеме “колесо - рельс", основное внимание было сосредоточено на влиянии внешних механических воздействий на трение и износ, а также на скорейшей борьбе со следствиями этих процессов. Сейчас остаётся более сложная задача познания и эффективного использования природы (физической, химической и механической) этого явления. При решении этой проблемы можно добиться дальнейшего снижения интенсивности изнашивания колёс и рельсов, открыть новые

Х20 -- электрический ток, протекающий через контакт.
Рис.1.9. Результаты ранжирования факторов, влияющих на процесс
сцепления.
1.5. Влияние тепловых процессов на взаимодействие колеса, и рельса.
При относительном перемещении двух контактирующих поверхностей, сопровождающем процесс сцепления колеса и рельса, вследствие упругих и пластических деформаций мест контакта и преодоления молекулярного взаимодействия макродвижения тел, выделяется тепловая энергия. Температура трения 9, являющаяся одним из определяющих критериев оценки трения и износа, зависит в большей степени от скорости скольжения и в меньшей - от нагрузки в контакте [5].
Задача о распределении теплового потока между двумя трущимися телами при граничной смазке теоретически была решена А.В.Чичинадзе и В.С.Щедровым [69, 70]. На основании решения уравнения теплопроводности они пришли к выводу, что граничная смазочная плёнка уменьшает неравенство в распределении тепловых потоков между трущимися телами, причём, чем