Анотація до роботи:

Попов С.В. Зниження рівня силової взаємодії гребенів коліс з рейками удосконалюванням пружних зв'язків екіпажа. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.07 - Рухомий склад залізниць і тяга поїздів. - Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, 2008.

Дисертація присвячена поліпшенню динамічних і експлуатаційних якостей рейкових екіпажів, зниженню силової дії на шлях і зношення коліс локомотивів і рейок. Набула подальшого розвитку математична модель фрикційної взаємодії гребеня колеса з бічною поверхнею головки рейки. Отримали подальший розвиток методи розрахунку пружних характеристик блоку гумо-металевих елементів опор зв'язку кузова з візками, що враховують особливості конструктивного виконання блоку ГМЕ. Теоретично і експериментально обґрунтовано застосування розроблених конструктивних рішень вузлів ходової частини локомотивів, що поліпшують динамічні якості, котрі знижують силову дію на шлях і зношення коліс локомотивів і рейок.

Дисертаційна робота містить отримані автором результати, які в сукупності вирішують актуальне науково-технічне завдання зниження силової дії гребенів коліс з рейками, що приводить до поліпшення динамічних якостей локомотивів і, як наслідок, зниження інтенсивності зношення коліс локомотивів і рейок завдяки використанню резервів удосконалення окремих вузлів конструкції екіпажної частини. Представлені в дисертації результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень дозволяють зробити такі висновки:

1. Аналіз робіт, спрямованих на поліпшення динамічних якостей локомотивів і зниження інтенсивності зношування бандажів колісних пар і рейок показує, що застосування різних заходів щодо зниження зношення здійснюється без урахування їхнього впливу на теплові процеси, що протікають в зоні контакту коліс локомотивів з рейками.

2. Уточнено математичну модель фрикційної взаємодії колеса з рейкою, що дозволяє описати картину зношення гребенів колісних пар і рейок з урахуванням температурного режиму, і розробити рекомендації щодо його зниження. Для цієї математичної моделі створено програму, що дозволяє розрахувати геометрію плями контакту, розподілення по її поверхні виникаючих нормальних напруг, потужності тепловиділення, а також температури.

3. Встановлено ряд теоретичних закономірностей: контурної площі контакту гребеня колеса з головкою рейки від бічної сили дії гребеня колеса на рейку, яка становить 49 мм² при бічній силі дії 65 кН; розподілу по поверхні плями контакту навантаження і температури, максимальні значення яких дорівнюють 2000 МПа (при силі дії гребеня колеса на рейку 65 кН) і відповідно 783 С (при швидкості руху локомотива 60 км/год і ковзанні ); впливу навантаження і швидкості ковзання на максимальне значення температури на поверхні контакту.

4. Встановлено зони ефективного застосування рідких змащувальних матеріалів для розділення контактуючих поверхонь гребенів колісних пар з рейками. Показано, що (для випадку руху локомотива із швидкістю 60 км/год, ковзанням і зміною величини бічної сили) подача мастила в зону контакту дозволяє знизити: середній коефіцієнт тертя до 32%; значення максимальної і середньої температури на поверхні контакту до 9% і 26%; значення потужності тертя в контакті до 23%. Для нанесення мастила на гребені колісних пар залізничного транспортного засобу розроблено пристрій д.п. UA 67225 А.

5. Результати стендових випробувань бічних гумо-металевих опор кузова тепловоза 2ТЕ116 на візок в штатному і модернізованому виконанні показали, що штатна конструкція опори не забезпечує рівномірного напруженого стану елементів опори при роботі її на зсув і стиснення, а також стійкість блоку ГМЕ опори. Це негативно позначається на надійності і довговічності її роботи. На підставі отриманих експериментальних даних і результатів розрахунків пружних характеристик блоку гумо-металевих елементів опорно-повертаючого пристрою, для забезпечення більш рівномірного напруженого стану ГМЕ опори і підвищення її стійкості запропоновано варіанти конструктивного виконання бічних опор кузова на візки. Один з розроблених варіантів виконання блоку ГМЕ, що забезпечує необхідні пружні характеристики другого ступеня ресорного підвішування тепловоза для реалізації локомотивом швидкості руху 160 км/год, упроваджено на тепловозі ТЕП150.

6. Результати порівняльних ходових динамічних випробувань показали, що установка створених дослідних опор кузова на візки дозволила:

– поліпшити розважування тепловоза, знизити значення максимальної фактичної різниці навантажень коліс однієї осі з 5% до 2%;

– поліпшити умови повернення візка з крайнього відхиляючого положення в положення, симетричне осі головного екіпажа;

– зменшити амплітуди поперечних коливань в горизонтальній площині візків щодо кузова при русі в прямих, кривих ділянках шляху і стрілочних переводів, що покращує показник плавності ходу з Wr = 3,5 до Wr = 2,95;

– понизити максимальні величини рамних сил в прямих з 33,5 кН до 31,15 кН, в кривих радіусом 600 м - з 39,9 кН до 36,9 кН, в кривих радіусом 300 м - з 55,6 кН до 51,6 кН, в стрілочних переводах по прямому шляху - з 28,15 кН до 24 кН, на бічний шлях- з 38 кН до 35,9 кН.

7. Проведені дослідження силових характеристик ротаційного гасителя коливань (д.п. UA 6721) показали, що під час експлуатації запропоновані конструктивні рішення забезпечують зміну його робочих характеристик до 20%.

8. Розроблені варіанти конструктивного виконання ресорного підвішування локомотива (д.п. UA 10581) дозволяють значно зменшити жорсткість ресорного підвішування і забезпечити хороші динамічні показники при русі тепловоза з великими швидкостями. Розрахунки показали, що для тепловоза, що рухається на вибігу по прямій ділянці шляху із швидкістю руху від 40 до 160 км/год запропоновані конструкції забезпечують зниження максимальних вертикальних сил взаємодії коліс з рейками на 5%.

Публікації автора:

1. Горбунов Н.И., Кашура А.Л., Попов С.В. О процессах в контакте гребня колеса с боковой поверхностью рельса// Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, СНУ ім. В.Даля, 2003. – №9(67) – С. 100–103.

2. Горбунов Н.И., Кашура А.Л., Попов С.В. К вопросу снижения износа элементов триботехнической системы гребень колеса – рельс// Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, СНУ ім. В.Даля, 2003. –№10(68) – С. 131–135.

3. Горбунов Н.И., Кашура А.Л., Попов С.В., Гундарь В.П. Результаты экспериментальных исследований сопряжений кузова локомотива с тележкой// Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, СНУ ім. В.Даля, 2004. – №8 (78) – С. 143–147.

4. Горбунов Н.И., Кашура А.Л., Попов С.В., Кравченко Е.А. Активное демпфирование колебаний в рессорном подвешивании экипажа локомотива // Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, СНУ ім. В.Даля, 2005. – №8 (90) – С. 152–155.

5. Попов С.В. Влияние конструктивного исполнения ходовой части на условия взаимодействия системы колесо-рельс // Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, СНУ ім. В.Даля, 2006. – №8 (102) – С. 135–136.

6. Попов С.В. Расчет упругих характеристик отдельных элементов опорно-возвращающего устройства // Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, СНУ ім. В.Даля, 2006. – №9 (103) – С. 190–194.

7. Горбунов Н.И., Кашура А.Л., Попов С.В., Кравченко Е.А., Малохатко А.А. Прогнозирование эффективности применения смазочных материалов в паре трения колесо – рельс с учетом температурных условий взаимодействия// Вісник Східноукраїнського нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, СНУ ім. В.Даля, 2007. – №8 (114) – С. 100–104.

8. Деклараційний патент 67225 A Україна, МПК⁶ В 61 K 3/02. Пристрій для нанесення мастила на гребені колісних пар залізничного транспортного засобу / Горбунов М.І., Попов С.В., Кашура О.Л., Могила В.І., Мельников М.П., Басов Г.Г., Найш Н.М., Гундарь В.П.; Східноукр. нац. у-нт ім. В. Даля. – № 2003087565; опубл. 15.06.2004; Бюл. №6, 2004.

9. Деклараційний патент 6721 Україна, МПК⁶ F 16 F 9/12. Роторний гідравлічний гаситель коливань ресорної підвіски локомотива / Горбунов М.І., Кашура О.Л., Попов С.В., Кравченко К.О., Басов Г.Г., Гундарь В.П.; Східноукр. нац. у-нт ім. В. Даля. – № 20041109090; опубл. 16.05.2005; Бюл. №5, 2005.

10. Деклараційний патент 10581 Україна, МПК⁶ В61 F9/12. Ресорна підвіска локомотива / Басов Г.Г., Горбунов М.І., Кашура О.Л., Кравченко К.О., Могила В.І., Найш Н.М., Нестеренко В.І., Попов С.В.; Східноукр. нац. у-нт ім. В. Даля. – № u 200504737; опубл. 15.11.2005; Бюл. №11, 2005.

11. Басов Г.Г., Горбунов Н.И., Кашура А.Л., Попов С.В. К расчету температуры на поверхности пятна контакта гребня колеса с боковой поверхностью головки рельса// “MECHANICAL ENGINEERING TECHNOLOGIES-04” Sofia.- 2004. Vol. 8/76- P. 133-135.

12. Basov G., Gorbunov N., Kashura A., Popov S. The modeling of the heat processes in the pair wheel flange – rail // “Modern Electric Traction in Integrated XXIst Century Europe” Poland, Warsaw.- 2005.