Обоснование технологических параметров и обеспечение их контроля при алюминотермитной сварке рельсов

• Автор: Королев, Роман Александрович
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 201 с. : ил.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1. Анализ материалов и конструктивных особенностей современных рельсов

1.2. Анализ существующих способов сварки рельсов и их применимости на различных участках пути
1.3. Особенности технологического процесса сварки рельсов алюминотермитным способом

1.4. Основные результаты и выводы первого раздела. Цель и задачи исследования

2. Методы расчёта температурных полей

2.1. Дифференциальное уравнение теплопроводности

2.2. Методы решения дифференциального уравнения теплопроводности

2.3. Выбор и обоснование методов расчёта температур применительно к алюминотермитной сварке рельсов

2.4. Основные результаты и выводы по второму разделу

3. Разработка расчётных моделей и алгоритмов для анализа температурных

^ полей при алюминотермитной сварке рельсов
® 3.1. Описание расчётных моделей и алгоритмов
3.1.1. Разработка расчётной модели и расчётного алгоритма на основе метода источников
3.1.2. Разработка расчётной модели и расчётного алгоритма на основе метода конечных разностей
3.2. Сопоставление результатов расчёта температур, рассчитанных с
| использованием разработанных моделей
3.3. Основные результаты и выводы по третьему разделу

4. Экспериментальные исследования тепловых процессов при алюминотермитной сварке рельсов
4.1. Технология алюминотермитной сварки рельсов
4.2. Экспериментальные методы замера температур
4.3. Разработка методики определения температур при сварке рельсов
4.4. Сопоставление расчётных и экспериментальных данных
4.5. Основные результаты и выводы по четвертому разделу
5. Исследование температурных полей, термических циклов и структур, получаемых при сварке рельсов алюминотермитным способом
5.1. Разработка методики расчёта количественного состава структурных составляющих
5.2. Численные исследования влияния технологических параметров алюминотермитной сварки рельсов на структуру металла сварного шва и околошовной зоны
5.3. Результаты испытаний рельсовых стыков, сваренных алюминотермитным способом
5.3. Основные результаты и выводы по пятому разделу
Общие выводы по работе
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ

Железнодорожный транспорт Российской Федерации занимает особое место в жизнеобеспечении страны. Он позволяет обслуживать производящие отрасли хозяйства и удовлетворять потребности населения в перевозках вне зависимости от погоды, практически во всех климатических условиях и в любое время года. Поэтому, несмотря на относительно бурное развитие автомобильного, воздушного и трубопроводного транспорта, вот уже более 170 лет железнодорожный транспорт остается основным средством перемещения грузов и массовых перевозок населения [1].
Одюш из важнейших технических средств железнодорожного транспорта является железнодорожный путь. Он состоит из верхнего строения пути и нижнего строения пути [2]. Изучением и совершенствованием конструкции верхнего строения пути занимались такие известные учёные, как В.Г. Альбрехт, Г.Е. Андреев, Е.М. Бромберг, В.И. Власов, В.Д. Данилов, В.Н. Зверев, П.С. Иванов, Н.И. Карпущенко, А.Я. Коган, З.Л. Крейнис,
H.H. Кудрявцев, М.И. Кулагин, А.И. Лебедев, Н.Т. Митюшин,
Н.П. Парфёнов, С.П. Тимошенко, Г.М. Шахунянц, Л.М. Школьник, В.Ф. Яковлев и многие другие учёные.
Конструкция верхнего строения пути может быть звеньевой или бесстыковой [1]. В настоящее время, как на железных дорогах России, так и за рубежом, происходит отказ от звеньевой конструкции пути. Одним из основных недостатков звеньевого пути является наличие стыка.
Рельсовый стык представляет собой место, в котором происходит “разрыв” рельсовой нити, что, несмотря на стыковые накладки, приводит к уменьшению жёсткости и увеличению просадки. Это приводит к тому, что при движении подвижного состава через стык происходит удар колеса о головку принимающего конца рельса. Толчки и удары в стыках приводят к интенсивному износу, как ходовых частей подвижного состава, так и самих
Уравнение теплопроводности (2.15) в ряде частных случаев можно упростить. Например, если рассматривать элементарный объём в пластине, то из трёх потоков тепла, следует учитывать только тепловые потоки в направлении осей х и у, но при этом можно учесть теплоотдачу с поверхностей г = О и г = 5 {6 - толщина пластины). В этом случае уравнение (2.15) примет вид
где Ь - коэффициент температуроотдачи, 1/с; Тс - температура окружающей среды.
В стержне температура по поперечному сечению распределена равномерно и не зависит от тепловых потоков по осям у и г, но по ним можно учесть теплоотдачу в окружающую среду, тогда уравнение (2.15) примет вид:
где Ь - коэффициент температуроотдачи для стержня.
Физический смысл дифференциального уравнения теплопроводности вида (2.15) заключается в связи между изменениями температуры во времени и её распределением в пространстве. Левая часть уравнения характеризует скорость изменения температуры некоторой точки тела, правая часть уравнения (оператор Лапласа) выражает пространственное распределение температуры вблизи этой точки. Положительный знак этого оператора означает, что в данный момент тепло подводится к данной точке от соседних, а отрицательный - тепло отводится от данной точки к соседним. Таким образом, уравнение (2.15) выражает, что скорость изменения температуры в данной точке пропорциональна оператору Лапласа.
[54, 55]:
(2.16)
(2.17)