CC BY
2УДК 303.447:622.625.6
Е.Л. Игнаткина, А.В. Костенко
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ОСОБЕННОСТИ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ ШАХТНЫХ ПОДВЕСНЫХ МОНОРЕЛЬСОВЫХ ДОРОГ
В работе описан этап планирования эксперимента по исследованию коэффициента трения, возникающего при взаимодействии тормозной колодки и стенки монорельса во время торможения подвижного состава шахтной подвесной монорельсовой дороги. Приведены задачи, которые необходимо решить, выбраны факторы, и приведен алгоритм проведения эксперимента.
Ключевые слова: шахтная подвесная монорельсовая дорога, коэффициент трения, эксперимент, факторы, алгоритм.
E.L. Ignatkina, А.V. Kostenko
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]
FEATURES OF PLANNING EXPERIMENTAL STUDIES OF THE FRICTION COEFFICIENT OF BRAKE DEVICES OF MINING SUSPENDED MONORAILS
The paper describes the stage of planning an experiment to study the coefficient of friction arising from the interaction of the brake shoe and the wall of the monorail during the braking of the rolling stock of the mine suspension monorail. The tasks that need to be solved are given, the factors are selected and the algorithm for the experiment is given.
Key words: mine suspension monorail, friction coefficient, experiment, factors, algorithm.
Экспериментальные исследования коэффициента трения являются важной составляющей частью исследований процесса торможения шахтных подвесных монорельсовых дорог (ШПМД), необходимых как для проверки основных положений и теоретических результатов, так и для получения данных для синтеза современных тормозных устройств, используемых в подвесных монорельсовых дорогах.
Одной из целей экспериментальных исследований является получение фактических значений тормозного усилия, развиваемого тормозным устройством ШПМД, и коэффициента трения, возникающего при взаимодействии поверхностей тормозной колодки и стенки монорельса во время торможения с учетом состояния поверхности стенки монорельса.
Цель статьи - спланировать экспериментальные исследования коэффициента трения, возникающего при взаимодействии поверхностей тормозной колодки и стенки монорельса во время торможения подвижного состава ШПМД.
Для планирования экспериментальных исследований необходимо решить следующие задачи:
- выбрать факторы, влияющие на коэффициент трения;
- спроектировать и изготовить установку для определения тормозного усилия и коэффициента трения в лабораторных условиях;
- выбрать измерительную аппаратуру;
- спланировать экспериментальное исследование определения влияния эксплуатационных факторов на коэффициент трения.
Тормозные и тяговые тележки современных ШПМД оборудуются, как правило, тормозными устройствами клещевого типа [2], как показано на рис. 1.
Рис. 1. Схема тормозного механизма ШПМД: 1 - монорельс; 2 - тормозные колодки; 3 - рычаги; 4 - гидроцилиндр; 5 - пружина
На рис. 2 показана схема расположения колодок тормозных устройств относительно монорельса ШПМД.
Рис. 2. Схема расположения тормозных колодок: а - главный вид; б - вид сбоку; 1 - монорельс; 2 - тормозные колодки
Рычажная система тормозного устройства необходима для прижатия колодок к стенке монорельсового пути (МП). В результате прижатия с усилием Р возникает сила трения Т, направленная в противоположную сторону движения состава ШПМД
Эффективность торможения подвижного состава напрямую зависит от тормозной силы Т, которая определяется зависимостью
Т = 2цР,
где ц - коэффициент трения колодок с опорными поверхностями монорельса; Р - усилие прижатия одной колодки к монорельсу.
На рис. 3 показана схема модели тормозного устройства, входящая в состав установки для определения коэффициента трения тормозных колодок с монорельсом. Устройство и принцип действия установки приведен в работе [1]. Там же приведены состав и описание измерительной части установки.
Для проведения эксперимента необходимо выбрать факторы, от которых зависит величина коэффициента трения.
Коэффициент трения зависит от состояния поверхности монорельса, взаимодействующей с рабочей поверхностью тормозных колодок, и степени ее загрязнения. В запыленной и обводненной среде вертикальная стенка монорельса, контактирующая с тормозными колодками, может быть сухой, влажной, а также с присутствием на ее поверхности пыли и смазочных материалов, используемых для эксплуатации и обслуживания узлов подвижного состава.
Ж...... м II - 1 2 -? 4 5 ¡1 II \| г—1
4. Ф Ф / • \ 11 \ \
п ; к ; 1/Й Ш п ч ^—/ 1 1 1
Ф ,Ф ' / /
° 4 «9 / 1 — -1
Рис. 3. Схема модели тормозного механизма: 1 - нагрузочное устройство; 2 - рычаги; 3 - монорельс; 4 - тормозные колодки; 5 - тензометрический датчик; 6 - стяжное устройство; 7 - кронштейны для крепления тормозных колодок; 8 - стрелочный прибор ДПУ-0,5
Наибольшее значение коэффициента трения составляет 0,56 при сухой и незапыленной поверхности; наименьший его показатель получен при влажной и запыленной поверхности монорельсового пути и составил 0,10 [1]. Анализ полученных значений коэффициента трения поверхностей тормозных колодок и стенки монорельса при торможении подвижного состава отличается более чем в пять раз, что необходимо учитывать при расчетах режима торможения.
Для определения коэффициента трения тормозных колодок с монорельсом спроектирован и изготовлен стенд, имитирующий тормозное устройство подвижного состава ШПМД. Общий вид стенда представлен на рис. 2.
В подземных условиях, когда движение ШПМД происходит в запыленной и обводненной среде, поверхность монорельса может быть сухой, влажной, а также с присутствием на его поверхности угольной пыли и смазочных материалов, используемых для эксплуатации и обслуживания узлов подвижного состава [4].
Поэтому в качестве факторов, влияющих на коэффициент трения, были выбраны:
- прижимная сила, Р;
- влажность поверхности трения, Ж;
- загрязненность поверхности трения, Q.
К факторам, используемым для проведения эксперимента, предъявляется определенный ряд требований [3, 4]:
- должны определяться операционно и позволять устанавливать различные комбинации;
- быть однозначными и иметь области определения;
- отсутствие корреляции между факторами;
- совместимость;
- управляемость;
- непосредственно действовать на объект.
Выбранные для проведения эксперимента факторы (Р, Ж, Q) соответствуют требованиям к факторам, кроме того следует отметить, что прижимная сила является количественным фактором, а влажность и загрязненность - качественные.
Наличие трех факторов для исследования предполагает использование многофакторного эксперимента, позволяющего устанавливать действие факторов, характер и величину их взаимодействия при совместном применении.
Важной является необходимость выдержать принцип факториальности - схема эксперимента должна предусмотреть все возможные сочетания факторов. Это позволяет на основе данных многофакторного эксперимента вычислять эффекты действия и взаимодействия факторов [5].
Таким образом, в нашем случае имеем трехфакторный эксперимент 2*2*2, в котором каждый из трех факторов имеет два значения. Значения и характеристики факторов приведены в таблице.
Факторы для эксперимента 2^2x2
Название фактора Характеристика фактора Значение фактора
Уровень 0 Уровень 1
Прижимная сила, Р, кН Количественный 10,0 15,0
Влажность поверхности трения, Ш Качественный Сухое покрытие Мокрое покрытие
Загрязненность поверхности трения, Q Качественный Чистое покрытие Загрязненное покрытие (с пылью)
На рис. 4 показан алгоритм проведения экспериментального исследования, в соответствии с которым планируется проведение эксперимента.
Рис. 4. Алгоритм проведения экспериментального исследования
В статье описан этап планирования эксперимента по исследованию коэффициента трения, возникающего при взаимодействии поверхностей тормозной колодки и стенки монорельса во время торможения подвижного состава ШПМД. Выбранные факторы для исследования -прижимная сила, влажность поверхности трения, загрязненность поверхности трения - отвечают соответствующим требованиям и позволяют в дальнейшем провести эксперимент. В дальнейших публикациях будет описано проведение эксперимента и обработка его результатов.
Литература
1. Игнаткина Е.Л. Экспериментальные исследования тормозных устройств шахтных подвесных монорельсовых дорог // Вестник Донецкого национального технического университета. -2019. - № 2 (16). - С. 27-32.
2. Гутаревич В.О. Динамика шахтных подвесных монорельсовых дорог: Монография. -Донецк: ЛАНДОН-ХХ1, 2014. - 205 с.
3. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. - М.: Наука, 1976. - 390 с.
4. АдлерЮ.П. Введение в планирование эксперимента. - М.: Металлургия, 1968. - 155 с.
5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
