Совершенствование профиля поверхности катания колеса вагона на основе критерия контактной усталости

• Автор: Сакало, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩННЫХ РЕШЕНИЮ

КОНТАКТНЫХ ЗАДАЧ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ И МОДЕЛИРОВАНИЮ НАКОПЛЕНИЯ КОНТАКТНОУСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ.

1.1. Подповерхностные контактноусталостные повреждения колеса.

1.2. Критерии усталостной прочности

1.3. Аналитические решения нормальной контактной задачи

1.4. Решение нормальной контактной задачи численными методами

1.5. Быстрые алгоритмы решения контактных задач

1.6. Методы уменьшения затрат машинного времени

на решение контактных задач.

1.7. Выводы к главе 1
1.8. Постановка цели и задач исследования
1.9. Допущения.
ГЛАВА 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА УМЕНЬШЕНИЯ
СТЕПЕНИ СВОБОДЫ РАСЧТНОЙ СХЕМЫ КОЛЕСА
2.1. Выбор типа конечного элемента.
2.2. Использование расчтных схем с редуцированными узлами.
2.3. Использование суперэлементов
2.4. Выделение фрагмента, опирающегося на упругое основание
2.5. Тестирование зависимостей для задачи с упругими связями.
2.6. Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛ ИРОВАНИЕ
КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОЛЕСЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНЫХ
ФРАГМЕНТОВ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ.
3.1. Приближнное определение жсткости упругого основания.
3.2. Численное определение жсткости упругого основания
для конечноэлементных фрагментов различной толщины.
3.3. Решение контактной задачи методом поузловых итераций
3.4. Математическая обработка результатов решения
3.5. Тестирование
3.6. Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАКОПЛЕНИЯ КОНТАКТНОУСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ КОЛС.
4.1. Определение характеристик усталостной прочности бандажной стали
4.2. Быстрый алгоритм решения нормальной контактной задачи.
4.3. Зависимость коэффициента внедрения от формы пятна контакта
4.4. Программная реализация алгоритма решения нормальной
контактной задачи для колеса и рельса
4.5. Алгоритм БАЗТБШ решения тангенциальной контактной
задачи качения.
4.6. Определение напряжений в области контакта колеса и рельса с использованием конечноэлементного фрагмента
на упругом основании
4.7. Выводы к главе 4.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО
ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ КОЛЕСА НА ОСНОВЕ КРИТЕРИЯ КОНТАКТНОУС ГАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ.
5.1. Программа СОЫТБАТ
5.2. Моделирование движения полувагона
5.3. Профили поверхностей катания колс.
5.4. Тестирование колс с различными профилями
5.5. Выводы к главе 5.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Это приводит к термомеханическим повреждениям поверхности катания и достаточно быстрому выкрашиванию поверхностных повреждённых слоёв под действием контактных напряжений. В зарубежной литературе для обозначения такого распространённого повреждения поверхности используют термин spalling, подчёркивая, что выкрашивание происходит в поверхностном слое в отличие от подповерхностной контактной усталости, к которой относится термин shelling. В российском железнодорожном техническом лексиконе применяется термин «выщербины», объединяющий оба вида повреждений []. Классификация [] выделяет три типа выщербин (рис. Статистические данные, получаемые по запросу ЦВ МПС, об обточке колёсных пар, поступивших в плановый и текущий отцепочные ремонты, свидетельствуют о заметном перераспределении причин обточек за лет (табл. И если причины уменьшения числа обточек по тонкому гребню объясняются широким внедрением лубрикации на Российских железных дорогах (РЖД), то существенное увеличение образования выщербин на колёсах грузовых вагонов требует детального исследования. Рис. Более подробно распределение дефектов поверхности катания в г. В г. Рис. Распределение дефектов поверхности катания колёс грузовых вагонов в г. Таким образом, дефекты поверхности катания, образовавшиеся в результате контактной усталости [], составляют ,3%. В результате обработки сетевых статистических данных по колёсам за г. Анализ 9 случаев отцепок грузовых вагонов с выщербинами, ползунами и наварами, выполненный в г. Увеличение образования выщербин на колёсах фузовых вагонов за эти годы происходило и на железных дорогах Северной Америки. Так за лет с по г. Статистические данные по железным дорогам Северной Америки приводятся также в работе []. Примерно из 0 0 колёс фузовых вагонов, находящихся в ремонте, около 0 0 в год полностью выходят из строя и не подлежат ремонту по причине выщербин. За период с по г. В и г. Лосиноостровская Московской дороги и депо Череповец Северной дороги. Депо Череповец ремонтирует грузовые вагоны, перевозящие руду, окатыши и уголь. Через пункт технического осмотра проходят - составов в сутки, из них четыре с рудой, два с окатышами и пять с углём. В среднем в каждом составе вагонов. Было обследовано 6 колёсных пар, проходящих деповские и текущие ремонты. При обследовании измеряли толщину гребня и прокат поверхности катания, описывали вид дефекта, его расположение на поверхности катания, размеры, дефект фотографировали и измеряли твёрдость поверхности в различных местах внутри светлых пятен и ползунов, а также для сравнения в других местах поверхности катания. Всего было обнаружено 2 выщербины на 4 колёсах, из которых 4 расположены попарно на колёсных парах, а у колёс - по одной на колёсной паре. Таким образом, выщербин примерно в 1,2 раза больше, чем повреждённых колёс, и в 1,8 раз больше, чем обточенных колёсных пар (у колёсной пары обтачивают оба колеса для обеспечения их одинакового диаметра) []. В рамках выполнения диссертационной работы в г. Брянск-Льговский Московской железной дороги. Из колёсных пар, поступивших на участок обточки, содержала выщербины, ползуны и навары. Все перечисленные дефекты располагались в пределах дорожки катания, на контактирующих поверхностях гребней колёс подобных дефектов обнаружено не было. Глубина некоторых выщербин достигала 5 мм. Фотографии обследованных колёс приведены на рис. Рис. Доля железнодорожного транспорта в общем грузообороте РФ остаётся вне конкуренции и превышает %. Ежегодно по железным дорогам перевозится более 1,5 млрд. В г. ОАО «РЖД» от грузоперевозок составили 8,4 млрд. Как видно из габл. России составляют полувагоны и цистерны []. Увеличение их срока службы - важная экономическая задача. Структура вагонного парка России, январь г. Тип вагона Количество, шт. Контактно-усталостные повреждения могут привести к выходу из строя колёсной пары и нарушению безопасности движения на железных дорогах. Определение условий возникновения таких дефектов и поиск новых конструктивных решений, позволяющих снизить вероятность их появления, являются актуальными.