1 Совершенствование системы ремонта грузовых вагонов на основе комплексной оценки нагруженности трибоузлов Черепов О.В. УрГУПС

2 ЦЕЛЬ совершенствование методов оценки эксплуатационных качеств трибоузлов грузового вагона. НАУЧНАЯ НОВИЗНА Разработка метода системного оценки состояния трибоузлов грузового вагона, позволяющего проводить оценку влияния геометрических и линейных параметров рассматриваемых пар трения на энергетический баланс всей системы. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ Оценка межремонтного ресурса вагона исходя из минимального ресурса трибоузлов. Разработка требований к максимальным износам пар трения в эксплуатации. Рекомендации по корректировке физико-механических и трибологических характеристик деталей и материалов используемых в парах трения. Оценка необходимости производства ремонта отдельных узлов с точки зрения их влияния на износостойкость других узлов вагона.

3 Постановка задачи исследования проведение оценки технического состояния, а также определение остаточного ресурса, как вагона в целом, так и его отдельных узлов на любом этапе его жизненного цикла; приниятие решение о возможности дальнейшего использования как вагона, так и его отдельных узлов, в случае возникновения нештатных ситуаций (сход и т.д.); обеспечение высокого уровня работоспособности вагона в течении межремонтного периода с перспективой выхода на систему ремонта по техническому состоянию.

4 износ скользунов износ узла пятник-подпятник износ фрикционных поверхностей гасителя колебаний изменение размера рессорного проема износ поверхностей челюстного проема износ профиля колесной пары Зоны ходовых частей, по которым учитывается изменение линейно-геометрических параметров

5 Модель энергетического баланса грузового вагона Разработка структурного графа механической системы – вагон. Вывод уравнения энергетического баланса подсистемы – тележка. Модель движения вагона для определения работы сил сопротивления и движущих сил пар трения Определение энергетического баланса реального вагона Модель износа Рассчитываются темпы износа каждого трибоузла в зависимости от фактически выполненного объема работы Натурный эксперимент Определение сил трения и пути трения пар трения в зависимости от характера пути и скорости движения вагона Прогнозирование остаточного ресурса узлов и деталей вагона с точки зрения состояния его пар трения Оценка энергетического баланса грузового вагона в зависимости от изменения линейно-геометрических размеров пар трения Определение коэффициента эффективности трибосистемы «идеального вагона» Оценка межремонтного ресурса вагона исходя из минимального ресурса трибоузлов Разработка требований к максимальным износам пар трения в эксплуатации Разработка рекомендаций по корректировке физико- механических и требологических характеристик деталей и узлов Оценка необходимости производства ремонта узлов Структурная схема исследования

6 А=А 1 +А 2 +А 3 +А 4 В.Д. Кузнецов Работа трения А затрачивается на образование теплоты А 1, на разрушение трущихся поверхностей А 2, на пластические деформации А 3 и на образование шума и звука А 4 С.В. Федоров - критическое балансовое значение коэффициента трения (характеризует условие разрушения объема трения – условие разрушения по теории максимальных касательных напряжений); – количество энергии на выходе (в конце работы) элементарной трибосистемы; - количество энергии на входе (в начале работы элементарной трибосистемы); - величина энергии внешнего относительного движения (работа внешних сил); - сопротивление относительному перемещению поверхностей (величина теряемой энергии)

7 Инструментальный контроль трибоподсистем реального вагона Определение энергетического баланса реального вагона Восстановление линейно-геометрических размеров ТЕЛЕЖКА ДВУХОСНАЯ Связь с кузовом Боковые опорыПодвешиваниеХодовые части трибоподсистемы трибоузлы Пятник- подпятн ик 1 n ······ Скользу ны на тележке Скользу ны на кузове 1 n ······ 1 n ······ Цен тра льн ое 1 n ······ Над букс ово е 1 n ······ Рама Надресс орная балка Боковая рама 1 n ······ 1 n ······ Букс овы й узел 1 n ······ Кол есн ая пар а 1 n ······ нет Выпуск вагона Сравнение с критерием min max Энергетический баланс «идеального»вагона К с.и.в Критерий оценки Алгоритм оценки технического состояния вагона да (i)

кинематические связи силовые связи Граф модели грузового вагона

9 P д – мощность, развиваемая движущими силами; P п.с. – мощность, на преодоление производственных (полезных) сопротивлений (расходуемая на перемещение вагона; P т – мощность на преодоление сил трения в подвижных соединениях автосцепного устройства и ходовых частях; Pи – мощность, затрачиваемая на приращение кинетической энергии механизма или, наоборот (в зависимости от знака); P с.т. – мощность, затрачиваемая на преодоление сил тяжести или, наоборот (в зависимости от знака); P пр – мощность затрачиваема на преодоление сил упругости пружин автосцепных устройств и рессорных комплектов ходовых частей Уравнение энергетического баланса механизма

10 A Т – работа сил трения A Д – работа движущих сил КЭМС (коэффициент эффективности механической системы)

11 Схема энергетических потоков грузового вагона КВ Т1Т1 Т2Т2 АдАд А вых А вх А1А1 А2А2 где, i – коэффициент, учитывающий долю расходуемой энергии или силы, приходящейся на грузовую тележку (Т i ) (i=1,2) Работа производственных сил вагона где, Работа движущих сил вагона где, – общие КЭМП каждого из потоков Общий КЭМС вагона КВ – кузов вагона; Т1 и Т2 – тележки вагона

12 Кузов вагона Надрессорная балка Рессорный комплект и фрикционные гасители колебаний (подвешивание) Железнодорожный путь Буксовый узел Колесная пара Буксовый узел Колесная пара Боковая рама Структура ходовых частей (тележек) грузового вагона

13 НБ i – надрессорная балка СК i – скользун; ПП i – подпятник; ФК i – фрикционный клин; ПР i – двойная пружина рессорного комплекта; ФП i – фрикционная планка; БР i – боковая рама; КБ i –корпус буксы; ПК i – комплект подшипников качения; КР i – колесо Схема энергетических потоков грузовой тележки

14 где, i, i, i, i – коэффициенты, учитывающие долю расходуемой энергии приходящейся на каждый узел; i – КЭМС трибосистемы. Уравнение для определения КЭМС тележки

15 где,

16

17 ½ расчетной схемы модели движения грузового вагона

18 staki_key – признак (наличие) скользуна; heavi(y) ; - наличие упругой составляющей (0 – нет, 1 - да); - наличие вязкой составляющей (0 – нет, 1 - да); - наличие переменной вязкой составляющей (0 – нет, 1 - да); x0 – преднатяг скользунов; x – внедрение; d – коэффициент диссипации; v – скорость внедрения; kd – коэффициент определяющий зависимость коэффициента диссипации от величины внедрения.

19 где S( k) – спектральная плотность неровностей пути, м3/рад; k – частота k-ой гармоники, рад/м; N – количество гармоник; k – случайная фаза, распределенная равномерно в интервале [-, ]. Функция неровности рельсовой нити по ее длине Задание возмущающего воздействия в виде неровностей рельсовых нитей а) вертикальные возмущения, б) горизонтальные возмущения а)б) Функция спектральной плотности мощности возмущений, действующих на вагон со стороны пути (в логарифмических осях)

20 Горизонтальные неровности Вертикальные неровности Сгенерированные неровности пути

21 Результаты численных экспериментов по определению работы сил трения в трибоузлах тележки грузового вагона

22

23 Спасибо за внимание