Цикл статей:
Введение
Глава 1 – Анализ процессов в зоне фрикционного контакта колеса с рельсом
Глава 2 – Методика экспериментальных наблюдений и обработка данных
Глава 3 – Основные результаты наблюдений
Глава 4 – Исследование неравномерности износа рельсов по длине звена
Глава 5 – О влиянии соотношения твердости бандажной рельсовой сталей на интенсивность изнашивания рельсов
Глава 6 – Влияние нагруженности локомотивов на интенсивность износа рельсов
ВВЕДЕНИЕ
Проблема уменьшения интенсивности износа рельсов и колес подвижного состава в последние два десятилетия становилась все более актуальной. Усилия ведущих научно-исследовательских институтов, ученых высших учебных заведений страны и инженеров транспорта направлены на решение разнообразных вопросов, имеющих отношение к вопросам взаимодействия подвижного состава и пути.
Увеличивавшийся объем перевозок в восьмидесятые годы требовал увеличения мощности и осевых нагрузок тягового подвижного состава (ТПС), увеличения массы и длины поездов, загруженности вагонов, применения кратной тяги.
Интенсификация перевозочного процесса требовала принятия адекватных мер по усилению верхнего строения пути и улучшения его содержания. Механизация текущего содержания пути, совершенствование конструкции пути позволили решить некоторые вопросы. Вместе с тем необходимо отметить, что конструкция верхнего строения пути остается наименее подверженной изменениям, качество рельсовой стали, её сопротивляемость износу в течение длительного времени не повышаются.
Возросшая в последние годы по сравнению с началом восьмидесятых годов интенсивность износа рельсов (в 4-5 раз) и подреза гребней подвижного состава требует решения целого ряда научных проблем. Многие железные дороги (ВСЖД, ЗабЖД, ДВЖД, Красноярская) несут большие экономические потери, связанные с преждевременной сменой рельсов, периодическими обточками колес подвижного состава и уменьшением их ресурса. Требуют уточнения или решения задачи прогнозирования износа рельсов и бандажей ТПС в различных условиях эксплуатации, количественной оценки влияния различных факторов на интенсивность износа рельсов и бандажей. Определение допустимого с технической и экономической точек зрения предела использования тяговых возможностей локомотивов имеет первостепенное значение для продления срока службы рельсов, бандажей, локомотивов в целом. В определенных условиях эксплуатации увеличение интенсивности износа рельсов нельзя объяснить только увеличением загруженности локомотивов, повышением твердости бандажей, характером контактирования колес с рельсами и на первый план выступают проблемы продольно-поперечной динамики длинносоставных поездов. Недостаточно изучены вопросы оптимального соотношения твердостей рельсовой и бандажной сталей с учетом их химического состава, технологии упрочнения, чистоты обработки поверхности. Мнения об оптимальной ширине колеи часто противоположны и в свете возможной унификации ширины колеи 1520 мм при радиусе кривой Л > 300 м этот вопрос приобретает важное значение. Несмотря на широкое внедрение антифрикционных смазок на сети дорог эффект оказался значительно меньше ожидаемого и требуются дополнительные меры для того, чтобы повысить экономическую эффективность лубрикации рельсов и колес подвижного состава. Требования сохранения и охраны природы ставят задачу создания экологически чистых методов смазывания рельсов и колес подвижного состава. Подвергаются сомнению устоявшиеся взгляды на проблему оптимального контактирования колеса с рельсом с точки зрения уменьшения интенсивности износа контактной пары колесо-рельс без учета особенностей кинематики взаимодействия при больших скольжениях. Заслуживает внимания вопрос закономерностей изменения износа по длине звена и введения правил измерения износа и статистической обработки экспериментальных данных.
Несмотря на более чем двукратное уменьшение грузонапряженности железных дорог в последние годы интенсивность износа рельсов продолжала возрастать и необходимо выяснить основные причины этого явления.
Проблемы износа являются традиционно одними из самых трудных, а литература, посвященная им, труднообозрима. Изменяющиеся технические и экономические условия эксплуатации железных дорог порождают новые вопросы. Экономические требования не могут быть решены без увеличения производительности транспорта. Производительность, экономическая эффективность железнодорожного транспорта зависит от комплекса взаимосвязанных технических проблем, в т. ч. от нормы массы поезда, скоростей движения поездов, состояния путевого хозяйства. Путь является наиболее дорогостоящим устройством железнодорожного транспорта, от его состояния зависят скорости движения, безопасность перевозочного процесса. Перерывы в движении, связанные с дорогостоящими ремонтными работами, ограничение скоростей движения по состоянию пути наносят значительный экономический ущерб. Проблема увеличения пропускной и перевозочной способности дорог лишь временно в связи с уменьшением объема перевозок отошла на второй план и дорогам необходимо быть готовыми обеспечить в будущем увеличивающийся объем перевозок.
Требования снижения эксплутационных расходов сети выдвигают на первый план внедрение ресурсосберегающих технологий и технологических средств, что нашло отражение в Указании МПС «О программе ресурсосбережения на 1999 год». В настоящей работе делается попытка внести вклад в решение выше перечисленных вопросов.
Большая часть работы посвящена изучению износа рельсов и в меньшей степени проблем износа бандажей ТПС.
Многие явления, связанные с износом рельсов и бандажей колесных пар, достаточно полно изучены и не рассматриваются в работе. На ряд причин, повлиявших на увеличение износа рельсов и бандажей, таких как переход на электрическую тягу, переход с подшипников скольжения на подшипники качения, изменение профиля головки рельсов, повлекшее неблагоприятное с точки зрения износа двухточечное контактирование, повышенная и неравномерная загрузка вагонов и некоторые другие, указывали другие исследователи. Влияние иных факторов, таких как ширина колеи, соотношение твердостей рельсов и бандажей тягового подвижного состава, возвышение наружного рельса в кривых, подвергнуто пересмотру и активно дискутируется в научной литературе.
Износ рельсов и колес подвижного состава зависит от многих факторов. Теоретический расчет интенсивности износа, который бы учитывал все эти факторы, вряд ли возможен. Поэтому при анализе причин интенсивного износа рельсов прежде всего использован метод натурного эксперимента и накопление статистического материала, для анализа которого применен метод теории множественной корреляции.
Основными целями работы являются: выявление причин интенсивного износа рельсов Р65 в сложных условиях эксплуатации, влияние геометрических параметров пути на износ рельсов; разработка прогнозирования износа рельсов методами регрессионного анализа в зависимости от наработки тоннажа, радиуса кривой и продольного уклона пути как интегральных факторов, характеризующих эксплутационную работу и геометрию пути; изучение влияния тяги (нагруженности локомотивов) на износ рельсов и бандажей тягового подвижного состава; влияние рекуперативного торможения на износ рельсов; изучение особенностей неравномерного износа рельсов по длине звена и отработка методики наблюдения за износом рельсов дистанциями пути; изучение влияния смазки на износ рельсов; разработка способов уменьшения интенсивности износа рельсов и бандажей колёсных пар.
Существенными признаками сложных условий эксплуатации являются наличие большого количества кривых малого радиуса, затяжные подъемы и спуски, перевозка грузов длинносоставными и тяжеловесными поездами при работе локомотивов в нестационарных режимах тяги и торможения.Основным способом изучения динамики износа рельсов явились натурные эксперименты в 1981-97 годах на перевальном участке ВСЖД и в 1992-93 годах на Улан-Баторской железной дороге, тяговые и по воздействию на путь испытаний электровозов ВЛ10,ВЛ10У,ВЛ85, проведённая автором или с его участием на ВСЖД.