Влияние характеристик тележек на энергоэффективность грузовых вагонов

• Автор: Комарова, Анна Николаевна
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 88 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАБОТ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДВЕШИВАНИЯ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ
2.1. Исследование влияния типа и параметров гасителей колебаний на сопротивление
движению вагона при вынужденных вертикальных колебаниях
2.2. Исследование влияния жесткости рессорного комплекта на величину сопротивления
движению вагона
2.3. Исследование влияния горизонтальных колебаний вагона при движении по прямому
участку пути на величину сопротивления движению
2.4. Оценка влияния параметров рессорного подвешивания вагона на величину энергии,
потребляемой локомотивом
2.5. Выводы
3. ОЦЕНКА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ВАГОНА НА ТЕЛЕЖКАХ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. Математическая модель для оценки сопротивления движению вагона
3.2. Разработка методики оценки сопротивления движению вагона
3.3. Сравнительные расчеты вкладов удельного сопротивления движению от диссипации
энергии в окружающую среду при колебаниях в суммарное удельное сопротивление движению вагона на различных тележках
3.4. Проведение сравнительных расчетов для тележек различных типов на наиболее
вероятной скорости движения 80 км/ч
3.5. Проведение сравнительных расчетов тележек различных типов на различных скоростях движения
3.6. Оценка удельного сопротивления движению
3.7. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕЖЕК НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ВАГОНА
4.1. Оценка влияния вертикальной жесткости скользунов на сопротивление движению
вагона
4.2. Оценка влияния поперечной жесткости центрального подвешивания на сопротивление движению вагона
4.3. Оценка влияния величины зазоров в узле рама-букса на сопротивление движению
вагона
4.4. Выводы
5. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ИСПЫТАНИЙ
5.1. Сопоставление величин энергетических потерь, полученных при математическом
моделировании и испытаниях
5.2. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов, поэтому снижение количества используемого топлива и электроэнергии является важнейшей задачей для повышения его конкурентоспособности и дальнейшего развития. Основная доля расходов энергоресурсов на железнодорожном транспорте приходится на тягу поездов. Так, в 2011 году доля затрат на топливно-энергетические ресурсы в эксплуатационных расходах Дирекции тяги ОАО «РЖД» достигла 54% [39]. В связи, с этим вопрос снижения затрат на передвижение поездов является актуальным.
В последнее время в России ведутся работы, направленные на снижение энергозатрат, но они в основном касаются совершенствования конструкции локомотивов и рекуперации энергии, а вопросу снижения сопротивления движению вагонов уделяется не достаточно внимания.
На сопротивление движению вагона в составе поезда влияет огромное количество факторов: конструкция кузова и ходовых частей, скорость движения, положение в составе поезда, степень загрузки, тип груза и др. В середине XX века отечественными учеными проводилось много работ по исследованию сопротивления движению вагонов и поискам мер по его снижению [1-3, 12-17, 44-46]. В основном работы были связаны с определением эмпирической формулы для расчета удельного сопротивления движению, снижением аэродинамического сопротивления, преимуществам подшипников качения перед подшипниками скольжения. Исследований, касающихся влияния колебаний вагонов и особенностей конструкций ходовых частей вагонов на сопротивление движению, не проводилось.
Также необходимо добавить, что в настоящее время разрабатываются инновационные конструкции вагонов и тележек, к которым не применима существующая методика расчетов сопротивления движению [5].

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что вопрос влияния характеристик тележек и их состояния на сопротивление движению вагона является не достаточно разработанным.
Целью диссертационного исследования является определение влияния характеристик тележек на удельное сопротивление движению грузовых вагонов.
В соответствии с целью диссертационной работы необходимо решить следующие основные задачи исследования:
1. Разработать методику оценки сопротивления движению вагона, учитывающую диссипацию энергии в узлах трения вагона и контактах колес с рельсами.
2. Определить вклад сопротивления движению от колебаний в суммарное сопротивление движению вагона.
3. Оценить влияние конструктивных особенностей тележек на сопротивление движению грузовых вагонов.
4. Провести сравнительные расчеты сопротивления движению вагона на тележках различных типов.
5. Подтвердить экспериментом достоверность результатов проведенных исследований.
Научная новизна работы.
1. Разработана методика оценки сопротивления движению вагона, учитывающая диссипацию энергии в узлах трения вагона и контактах колес с рельсами, основанная на математическом моделировании движения вагона.
2. Определен вклад сопротивления движению от колебаний в суммарное сопротивление движению вагона.
3. Подтверждено влияние конструктивных особенностей тележек на сопротивление движению грузовых вагонов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Методика оценки сопротивления движению вагона, учитывающая диссипацию энергии в узлах трения вагона и контактах колес с рельсами, основанная на математическом моделировании его движения.
2. Вклад сопротивления движению от колебаний в суммарное сопротивление движению вагона.

мощности, потребляемой локомотивом, в резонансной зоне, а в зарезонансной зоне приводит к увеличению мощности силы тяги.
Увеличение вертикальной жесткости подвешивания приводит к резкому увеличению мощности силы тяги в зоне резонанса и зарезонансной зоне.
Анализируя результаты расчетов удельного сопротивления движению, обусловленного диссипацией энергии в гасителях колебаний, мощностей диссипативных сил в гасителях и результаты оценки мощности силы тяги локомотива можно сделать вывод о влиянии вертикальных колебаний на величину сопротивления движению и потребляемую мощность локомотива при резонансе. На резонансной скорости происходит существенное увеличение энергии потребляемой локомотивом, вызываемое резким скачком мощности диссипативных сил в гасителях колебаний.
2.5. Выводы
1. Исследовано влияние вертикальных колебаний на величину удельного сопротивления движению, обусловленного рассеянием энергии в гасителе:
1.1. для снижения исследуемого сопротивления движению в 3 раза, необходимо увеличить коэффициент вязкого трения на 20%, а коэффициент относительного трения в 1,5 раза;
1.2. увеличение вертикальной жесткости подвешивания в 4 раза приводит к увеличению величины рассматриваемого удельного сопротивления движению в 4 раза — для сухого трения в подвешивании и в 6 раз - для вязкого трения в подвешивании.
2. Исследовано влияние горизонтальных колебаний вагона на величину сопротивления движению на прямом участке пути:
2.1. при колебаниях виляния кузова малая величина коэффициента вязкого трения в подвешивании в горизонтальном направлении приводит к резкому скачку удельного сопротивления движению в резонансной области;