Изложены результаты теоретических исследований, выполненных за последние годы в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины, которые направлены на решение актуальной проблемы обновления парка грузовых вагонов, эксплуатирующихся на железных дорогах с шириной колеи 1520 мм. Цель работы - разработка предложений по внесению изменений в конструкцию ходовых частей при выполнении модернизации существующих типовых тележек (модель 18-100) и создании новых перспективных тележек грузовых вагонов для повышения их эксплуатационных и ресурсных показателей. Дано краткое описание предложенной комплексной модернизации тележек модели 18-100 и результатов ее применения. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования, на основании которых разработаны рекомендации по модернизации тележек 89 % вагонов грузового парка Украины. Все элементы комплексной модернизации уже использованы при создании перспективных украинских тележек (модели 18-7020, 18-7033) для грузовых вагонов нового поколения. Описаны проведенные исследования по дальнейшему совершенствованию комплексной модернизации тележек модели 18-100, а также разработке новых износостойких профилей ободьев колес и головок рельсов для снижения их износа и улучшения взаимодействия экипажа и пути. Приведены результаты эксплуатационных испытаний вагонов с предложенным новым износостойким профилем колес ИТМ-73-01, позволившим уменьшить износ гребней колес в 4 раза. Описаны работы по оценке эффективности предложенного износостойкого профиля бандажей колес для тягового подвижного состава.

Індекс рубрикатора НБУВ: О230.4-082.1/9

Рубрики:

Вантажні локомотиви

Шифр НБУВ: Ж16745 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Учитывая приоритетность безопасности движения на железнодорожном транспорте, поиск факторов, способствующих увеличению коэффициента запаса устойчивости против схода колес с рельсов, является актуальной задачей. Цель работы - исследования влияния высокочастотных вибраций на показатель безопасности движения поездов. При этом, источником вибрации был диск колеса особой формы, при которой его жесткость изменяется по гармоническому закону. Для анализа влияния вибрации на изменение значений коэффициента трения использовались методы так называемой вибрационной механики. В работе применен также метод конечных элементов для определения амплитуд вибраций через перемещения точек гребня колеса при упругих деформациях. Расчетами установлено, что коэффициент запаса устойчивости против схода колес с рельсов в значительной степени зависит от коэффициента трения между колесом и рельсом. Показано, что на коэффициент трения в свою очередь оказывают влияние высокочастотные вибрации. В качестве источника вибрации рассмотрено колесо с особой формой диска, рассчитаны параметры, характеризующие вибрацию. Дана количественная оценка изменению коэффициента трения под воздействием вибрации. Научно обосновано влияние высокочастотных вибраций на коэффициент запаса устойчивости против схода колес с рельсов. Доказана возможность влияния на коэффициент запаса устойчивости воздействия высокочастотных вибраций. В исследованиях теоретически обосновано повышение безопасности движения поездов при наличии вибраций в зоне контакта гребня колеса с рельсом, вызванных особой формой диска колеса. Показано, что применение волнообразной формы диска колеса не представляет угроз для безопасности движения, а наличие высокочастотной вибрации может снизить вероятность схода колеса с рельса.

Рассмотрена задача увеличения ресурса колесной пары за счет рационального использования металла при обточках ободьев колес по износостойким профилям. При наличии 2-х износостойких профилей ИТМ-73 и ИТМ-73-01 возникла актуальная задача анализа вариантов их применения в ремонтной практике, учитывая преимущества использования каждого из профилей. Цель работы - провести сравнительную оценку вариантов переточки колес по указанным профилям с позиции увеличения ресурса колесных пар, а также исследование по выбору рациональных вариантов переточки ободьев в зависимости от видов неисправности колес и этапа их эксплуатации. Для решения поставленной задачи использовался графоаналитический метод, применение которого позволяет оценить экономию металла за счет использования износостойкого профиля ИТМ-73-01, а также определить рациональный вариант переточки колес по одному из износостойких профилей. Получен ряд зависимостей возможного количества обточек колес от геометрических параметров обода изношенного железнодорожного колеса. Используя эти зависимости, можно определить рациональный вариант применения одного из износостойких профилей в зависимости от видов неисправности колес и этапа их эксплуатации. Обточка колес по предложенным вариантам позволяет увеличить количество возможных переточек колесной пары за счет рационального использования металла по толщине обода. Сделано предположение, что рациональное использование 2-х износостойких профилей колес ИТМ-73 и ИТМ-73-01 может способствовать увеличению ресурса колесных пар и принести существенный экономический эффект.

Цель работы - разработка способа прогнозирования износа и изменения профилей колес железнодорожных экипажей в процессе эксплуатации. Применены методы математического и компьютерного моделирования, численного интегрирования, теории колебаний, статистической динамики. Предложен способ прогнозирования износа колес и изменения их профилей с использованием ранее разработанной авторами пространственной математической модели взаимодействия железнодорожного экипажа и пути, позволяющей определять положение и размеры неэллиптических контактных пятен, в том числе при конформном контакте, и распределение по ним нормальных и касательных сил взаимодействия. Апробация разработанного математического обеспечения выполнена при анализе пространственных колебаний полувагона с комплексно модернизированными тележками и профилем колес ИТМ-73. Осуществлялось прогнозирование износа колес до толщины гребня 31 мм и 29 мм (толщина гребня неизношенного колеса составляет 32 мм). Проведено сопоставление профилей изношенных колес, полученных в результате теоретического прогнозирования и измеренных при осмотре эксплуатируемых вагонов. Получено достаточно хорошее совпадение расчетных и экспериментальных профилей. Сделан вывод о том, что предложенный способ позволяет на этапе проектирования единиц подвижного состава и разработки новых профилей колес производить прогнозирование износа колес и изменения их профилей в процессе эксплуатации.

Рассмотрена целесообразность использования асимметричных профилей головок рельсов на криволинейных участках пути. Цель работы - анализ влияния изменения профилей головок внутреннего и внешнего рельса на процессы качения колесных пар и динамические показатели вагона при его движении по криволинейным участкам пути. Для этого использовалась математическая модель движения грузового вагона, которая учитывала геометрические параметры контактирующих поверхностей и предусматривала возможность задания различных профилей колес и рельсов. В качестве механизма влияния профиля головки рельса на вписывание тележки в криволинейный участок пути рассмотрена возможность изменения радиуса качения колеса за счет смещения точки контакта колеса и рельса. Для этого в расчетах применялись новые асимметричные профили рельсов, которые обеспечивают контакт колес с внешним рельсом по максимально возможному радиусу качения, а с внутренним - по минимальному, что обеспечит лучшее вписывание тележки в кривую. По результатам моделирования построены зависимости динамических показателей грузового вагона от скорости его движения по криволинейным участкам пути с двумя вариантами профилей головок рельсов. Расчеты показали, что при движении вагона по криволинейному участку пути с асимметричными профилями головок рельсов наблюдается улучшение его динамических показателей. Применение асимметричных профилей позволит достичь увеличения разностей радиусов качения колес при вписывании в кривую, что позитивно влияет как на процессы взаимодействия колеса и рельса, так и на динамические качества вагона.

Исследованы дополнительные поперечные и продольные силы, действующих на консольную часть боковой рамы при ее динамическом взаимодействии с буксовым узлом колесной пары. Действия дополнительных сил, которые не учитываются при расчетах на прочность согласно действующим методикам, могут значительно снизить усталостную долговечность боковых рам и послужить одной из причин их изломов. Цель работы - анализ состава и уровня сил, действующих на консольную часть боковой рамы в процессе эксплуатации грузового вагона. Для этого была построена трехмерная модель сочленения челюстного проема боковой рамы с буксовым узлом и выполнен анализ возможных вариантов их взаимодействия. На основе данного анализа была доработана существующая математическая модель грузового вагона. Выполнено моделирование движения грузового вагона по прямым участкам пути и при вписывании в кривую радиусом 300 м с различными скоростями движения. По результатам расчетов построены зависимости значений дополнительных сил, действующих на консольную часть боковой рамы, от скорости движения вагона. Анализ результатов выполненных расчетов позволил установить состав и уровень сил, действующих на консольную часть боковой рамы вагона, которые не учитывались при расчетах по существующим методикам. Полученные результаты будут использованы на последующих этапах исследования с целью уточнения напряженно-деформированного состояния боковой рамы и разработки рекомендаций по совершенствованию ее конструкции.

Цель работы - исследование влияния изменения формы профилей железнодорожных колес в процессе эксплуатации на устойчивость движения грузовых вагонов. Применялись методы математического и компьютерного моделирования, теории колебаний. Изучено влияние изменения формы профилей колес при износе на устойчивость движения двух полувагонов: с комплексно модернизированными тележками модели 18 - 100 (профиль колес ИТМ-73) и вагона-эталона с типовыми тележками 18 - 100 (стандартные колеса). Получены значения критической скорости движения вагонов при разной степени износа колес. Показано, что чем больше износ колес, тем в большей степени отличаются значения критической скорости рассматриваемых экипажей. Сделан вывод о том, что комплексная модернизация тележек значительно повышает устойчивость движения как порожних, так и груженых вагонов.

Цель работы - исследование влияния изменения формы профилей колес в процессе эксплуатации на динамические качества грузовых вагонов и показатели их взаимодействия с рельсовым путем. Применялись методы математического и компьютерного моделирования, теории колебаний. Приведены результаты исследований влияния изменения формы профилей колес при износе на динамические качества и показатели взаимодействия с рельсовой колеей двух полувагонов: с комплексно модернизированными тележками модели 18-100 и профилем колес ИТМ-73 и вагона-эталона с серийными тележками 18-100 и стандартными колесами. Проанализированы динамические качества данных экипажей при движении по прямым участкам пути со случайными возмущениями, соответствующими его "хорошему" состоянию. Показано, что изменение формы профилей колес вследствие износа приводит к ухудшению динамических качеств как порожних, так и груженых вагонов, причем вагона-эталона в гораздо большей степени, чем экипажа с комплексно модернизированными тележками. Оценено влияние изменения формы профилей колес на показатели взаимодействия вагонов с рельсовой колеей при их движении по криволинейным участкам пути. Показано, что с ростом износа колес характеристики процессов взаимодействия экипажей и рельсовой колеи улучшаются.

Данная работа связана с решением проблемы обновления грузового парка железных дорог Украины с целью улучшения динамических качеств экипажей, у величения ресурса ходовых частей, повышения безопасности движения поездов. Цель работы - разработка рекомендаций по усовершенствованию ходовых частей перспективных грузовых вагонов для повышения их скоростей движения, динамических качеств и уменьшения износа колес. Применены методы математического моделирования, численного интегрирования, теории колебаний, статистической динамики. Приведены результаты исследований эффективности введения новых элементов в конструкцию тележек модели 18-7020, таких как диагональные связи между боковыми рамами, упругий адаптер в буксовом узле и разработанный профиль колес ИТМ-73-02. Изучено их влияние на процессы колебаний грузового вагона и его взаимодействие с рельсовой колеей при движении с различными скоростями по прямым и криволинейным участкам пути. Рекомендованы параметры дополнительных связей. Сделан вывод о том, что предложенные изменения конструкции позволяют создать перспективные тележки для вагонов нового поколения с повышенными ходовыми качествами и низким износом колес.

В настоящее время в Украине для обновления грузового парка железных дорог в качестве одного из вариантов базовых тележек перспективных вагонов приняты новые тележки модели 18-9817 (ICG Motion Control), предназначенные для эксплуатации на железных дорогах колеи 1520 мм в грузовых вагонах с увеличенной до 25 тс осевой нагрузкой. Цель работы - создание износостойкого профиля колес для этих тележек для улучшения их взаимодействия и условий контакта с рельсовой колеей. Применены методы математического моделирования, численного интегрирования, теории колебаний, статистической динамики. Приведены результаты исследований по разработке износостойкого профиля колес. Описана методика отбора профилей колес из серии построенных профилей. Для каждого варианта профиля решена пространственная задача контакта колес и рельсов, выполнен анализ параметров взаимодействия, в том числе размеров и расположения контактных пятен. Проведены расчеты вписывания полувагона с тележками 18-9817 в круговую кривую малого радиуса (300 м) с разной степенью износа рельсов и его движения по прямым участкам пути. При анализе полученных результатов среди построенных профилей выполнен выбор по двум противоречивым критериям: минимуму гребневого износа колес и максимуму запаса устойчивости движения экипажа. Выбранному профилю присвоено название ИТМ-73-03. Показано, что использование нового профиля колес значительно улучшает процесс взаимодействия грузового вагона с увеличенной осевой нагрузкой и пути и существенно снижает гребневой износ колес, обеспечивая при этом высокие динамические качества экипажа. Выполнена оценка возможности использования профиля колес ИТМ-73-03 в тележках с обычной нагрузкой на ось 23,5 тс. Для проведения такого исследования произведены расчеты колебаний полувагона с тележками нового поколения модели 18-7020 при движении по криволинейным и прямым участкам пути. Сделан вывод о допустимости использования нового профиля для обточки колес грузовых вагонов с осевой нагрузкой 23,5 тс.

Розглянуто вирішення проблеми зниження інтенсивності зносу коліс вантажних вагонів, що експлуатуються на залізницях шириною колії 1520 мм. Надано опис запропонованої співробітниками Інституту технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України (ІТМ НАНУ і ДКАУ) та впровадженої на українських залізницях комплексної модернізації типових візків (модель 18 - 100) вантажних вагонів за рахунок використання адаптованих для країн СНД пристроїв американських компаній і коліс із спеціально розробленим в ІТМ НАНУ і ДКАУ зносостійким профілем ІТМ-73, яка дозволяє в декілька разів збільшити ресурс проблемних вузлів ходових частин, у тому числі в 2 - 2,5 рази знизити знос контактуючих поверхонь коліс і рейок. Мета роботи - удосконалення комплексної модернізації візків вантажних вагонів - створенні нових зносостійких профілів коліс, зокрема з урахуванням форми зносу головок рейок. Запропоновано наближений спосіб розв'язання задачі взаємодії колеса і рейки з визначенням положення і розмірів нееліптичних контактних плям, у тому числі при конформному контакті. Розроблено нові профілі коліс для обточування зношених коліс (ІТМ-73-01), а також нових коліс для вагонів з осьовим навантаженням на рейки 23,5 тс (ІТМ-73-02) і 25 тс (ІТМ-73-03). Застосовано методи математичного моделювання, числового інтегрування, теорії коливань, статистичної динаміки. Наведено дані теоретичних і експериментальних досліджень, які свідчать про те, що середня інтенсивність зносу гребенів коліс вантажних вагонів з комплексно модернізованими візками, обладнаними колесами з профілем ІТМ-73-01, в 3,5 - 5 разів нижче, ніж при тому ж пробігу у типового вагона зі стандартним профілем коліс. За прогнозними оцінками, використання коліс із профілем ІТМ-73-02, ІТМ-73-03 у вагонах із комплексно модернізованими візками дозволить досягти ще більшого підвищення ресурсних показників колісних пар за зносом гребенів.

В парке грузовых вагонов железных дорог Украины используются в основном трехэлементные тележки. Одним из основных параметров, характеризирующих техническое состояние вагона, является износ пятникового узла, при котором происходит увеличение ударных сил при трогании с места и торможении, ухудшение передачи продольных усилий через шкворень, его изгиб, срез и т, д. Для детального исследования процессов взаимодействия и износа элементов пятниковых узлов, а также их влияния на динамические показатели вагона необходимо учитывать пространственные колебания элементов его конструкции, вызванные как действием возмущений со стороны пути, так и его продольной динамикой, связанной с действием усилий от соседних вагонов, сил торможения и других воздействий в продольном направлении. Цель статьи - разработка математической модели колебаний сцепа вагонов с детальным учетом особенностей контакта тел в системе опирання кузова на тележки для прогнозирования процессов их взаимодействия и износа пятникового узла. Применены методы математического моделирования, численного интегрирования, теории колебаний, статистической динамики. Представлена математическая модель колебаний сцепа вагонов, соединенных упругодиссипативными связями. В ней все вагоны, кроме среднего, описаны как твердые тела, совершающие колебания в продольно-вертикальной плоскости. Для среднего вагона разработана пространственная модель с детальным учетом процессов взаимодействия тел в системе опирання кузова на тележки и конструктивных особенностей типовых и комплексно модернизированных тележек. Проанализированы процессы взаимодействия и износа боковых рабочих поверхностей пятника и подпятника хопперов с типовыми и комплексно модернизированными тележками. Оценено влияние уточ- нения взаимодействия элементов пятниковых узлов на получаемые динамические показатели экипажей. Показано, что при повышенных скоростях движения вагона расчетные значения его горизонтальных динамических показателей выше в случае использования модели одиночного экипажа.