CC BY
45
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дшпропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
УДК 629.463
Л. А. МУРАДЯН1 , Д. О. ПОДОСЬОНОВ2 , В. Ю. ШАПОШНИК
1*
2*
•3*
1 Каф. «Вагони та вагонне господарство», Днгпропетровський нац1ональний ушверситет зал1зничного транспорту iMeHi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дтпро, Украгна, 49010, тел. +38 (056) 373 15 19,
ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0003-1781-4580
2 Региональна фiлiя «Приднiпровська залiзииця», пр. Дмитра Яворницького, 108, Днiпро, Украгна, 49038, тел. +38 (056) 373 15 19, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-7058-5230
3 Каф. «Вагони та вагонне господарство», Дтпропетровський нацiональний утверситет залiзничного транспорту iмeнi акадeмiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Украша, 49010, тел. +38 (056) 373 15 19,
ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0003-4701-6491
ЗАЛЕЖН1СТЬ ВЕЛИЧИНИ ЗНОСУ ПАРИ ТЕРТЯ
«П'ЯТНИК - П1ДП'ЯТНИК» В1Д ПРОБ1ГУ ВАНТАЖНОГО ВАГОНА
Мета. Дослвдження спрямоване на розгляд взаемодп цилiндричних поверхонь пари тертя «п'ятник -пiдп'ятник» вантажного вагона. Необхвдно теоретично дослвдити процес зносу та отримати залeжнiсть ве-личини зносу пiдп'ятника ввд пробiгу вагона з урахуванням силового навантаження, фiзико-мeханiчних i триботeхнiчних властивостей сполучених матeрiалiв для подальшого моделювання та керування величиною м1жремонтного пробiгу за критeрieм зносу ввдповвдних ресурсовизначальних елеменпв вантажних вагонiв. Методика. Для теоретичних дослiджeнь залeжностi величини зносу пари тертя «п'ятник -тдп'ятник» вщ пробiгу вантажного вагона було використано теорш тертя та зношування твердих тш. Результати. У роботi розглянуто взаeмодiю цилiндричних поверхонь пари тертя «п'ятник - пвдп'ятник» вантажного вагона у виглядi модeлi «вал-втулка». У результата запропонованi залeжностi постiйного та змшного зносiв дано! пари тертя для випадшв, коли дiють сили в поперечному та поздовжньому напрямах. Отримана залeжнiсть величини зносу тдп'ятника вiд пробiгу вантажного вагона, що враховуе силове навантаження, фiзико-мeханiчнi та триботeхнiчнi властивостi сполучених матeрiалiв. На li основi, застосовуючи для ремонту новi матeрiали з рiзними властивостями, можна моделювати стан зносу цилiндричних поверхонь пари тертя «п'ятник-тдп'ятник», що дозволяе у подальшому керувати величиною м1жремонтного пробiгу вантажного вагона. Також у роботi, на приклащ пiввагона 12-7023, на основi отриманого виразу були побудоваш залeжностi середньо! величини зносу тдп'ятника для випадшв iз рiзними значениями коефь цiента використання пробiгу та швидкосп руху по!зда. При цьому показано, що з щдвищенням швидкосп руху по!зда до 100 км/год, середня величина зносу пiдп'ятника тввагона 12-7023 нижче на 25 %, тж при швидкостi 80 км/год. Наукова новизна. У робот за критeрiем зносу розглянуто взаемодiю цилiндричних поверхонь пари тертя «п'ятник - шдп'ятник» вантажного вагона та вперше отримано залeжиiсть величини зносу тдп'ятника ввд пробiгу, що враховуе силове навантаження, фiзико-мeханiчнi та триботeхнiчнi власти-востi сполучених матeрiалiв. Застосовуючи для ремонту новi матeрiали з рiзними властивостями, на основi отримано! залежноси можна проводити моделювання стану зносу цилiндричних поверхонь пари тертя «п'ятник - тдп'ятник», тобто керувати величиною м1жремонтного пробку ваитажиого вагона. Практична значимкть. Результати роботи дозволяють встановити величину зносу пiдп'ятника для вщпо-ввдного eксплуатацiйного пробiгу вантажного вагона.
KmHoei слова: вантажт вагони; величина зносу; тдп'ятник; мiжрeмонтний пробiг; силове наваитажeния
Зал1зничний транспорт в усьому свт займае значну частину ринку послуг, яю пов'язан1 з оргашзащею та забезпеченням перев1зного процесу [5-7, 11, 13, 14]. Основною i головною задачею зал1зниць, що входять до ПАТ «Украшська зал1зниця», е шдвищення р1вня безпеки руху по!зд1в, на яку при оргашзацп пе-
Вступ
рев1зно! роботи значною м1рою впливае техшч-ний стан вантажного вагонного господарства [3, 4, 6, 15]. Для шдвищення техшко-економ1чних показниюв в останнш час розгля-даеться можливють збшьшення м1жремонтних пробтв вантажних вагошв без зниження р1вня безпеки руху по!зд1в. Останне досягаеться на основ1 застосуванням нових, бшьш ефективних, технологш ремонту та вщновлення робочих поверхонь вузл1в вантажних вагошв, що забез-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
печують необхщне тдвищення зносостшкост юнуючих експлуатованих зразюв з подальшим збшьшенням !х м1жремонтного пробпу.
Експлуатащя вагонного парку в наступний час вщбуваеться в умовах тдвищення ванта-жошдйомносп вагона i швидкостей руху, у результат чого навiть при рус на прямолiнiйниx дiлянкаx сила шерцн досягае значень, що дос-татнi для вiдриву п'ятникiв вщ поверxнi пiдп'ятника [5-7]. При обстеженнях надресор-них балок установлено [5-7], що глибина зно-шування опорних поверхонь пiдп'ятникiв, упо-рних поверхонь зовшшшх i внутрiшнix буртiв рiзко зросла. Зазначене вiдбуваеться при тд-вищеннi iнтенсивностi перемiщень п'ятникiв вщносно пiдп'ятникiв. Додатковий вплив вщ-буваеться при кромочному обпиранш п'ятникiв на тдп'ятники на наступному !х вщносному поворотi пiд час проходження кривих, що в ре-зультатi призводить до максимально! глибини зношування опорно! поверхш пiдп'ятникiв, ш-тенсивнiсть яко! може складати 1..3 мм у рш.
В експлуатацп вантажних вагошв вщбува-еться нерiвномiрне зношування шдп'ятниюв, що пов'язане з iнтенсивнiстю проходження вагошв по кривим коли малого радiусу [5-7]. При цьому вщбуваеться нерiвномiрне збiльшення навантажень у вiзку вантажного вагона (розва-нтаження одного буксового вузла, надмiрне збшьшення навантаження на протилежний бук-совий вузол тощо). Типовий стан шдп'ятника вантажного вагона при надxодженнi до планового ремонту зображений на рис.1.
У теоретичних викладках, наприклад у [8-10, 12, 13, 15], не юнуе достовiрниx залеж-ностей для визначення величини чи штенсив-носп зношування для робочих поверхонь шдп'ятниюв вантажних вагонiв. Таю залежнос-тi необxiднi для подальшого моделювання про-цесу зношування п'ятникових вузлiв при вико-ристаннi нових матерiалiв з рiзними фiзико-мехашчними та триботеxнiчними властивостя-ми у процес ремонту та вiдновлення для отри-мання можливостi керування величиною мiж-ремонтного пробiгу за критерiем зносу вщпов> дних ресурсовизначальних елеменпв вантажних вагонiв.
Рис. 1. Знос бурта пiдп'ятника вантажного вагона
Fig. 1. Depreciation of the centert pad rim in the freight car
Мета
Розглянути взаемодда цилшдричних поверхонь пари тертя «п'ятник - шдп'ятник» вантажного вагона. Теоретично дослщити процес зношування та отримати залежнють величини зносу шдп'ятника вщ пробпу вагона з ураху-ванням силового навантаження, ф1зико-мехашчних та триботехшчних властивостей сполучених матер1ал1в для подальшого моделювання та керування величиною м1жремонт-ного пробпу за критер1ем зносу вщповщних ресурсовизначальних елеменпв вантажних ва-гошв.
Методика
Взаемод1ю цилшдричних поверхонь пари тертя «п'ятник - шдп'ятник» вантажного вагона методом моделювання представимо у вигля-д1 модел1 «вал-втулка». При виведенш вираз1в зношення будемо використовувати теоретичш положення Б.1. Костецького [1, 2, 8].
Розглянемо модель «вал-втулка» у вигляд1 спрощено! схеми взаемодп пари тертя «п'ятник - шдп'ятник», що приведена на рис. 2.
Як бачимо, у ненавантаженому сташ м1ж п'ятником та тдп'ятником юнуе зазор 5. Але
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
у процес1 експлуатаци, цеи зазор по тырнш, залежно вщ навантаження, буде змшюватися. Тобто взаемод1я цптндричних поверхонь пари тертя «п'ятник - тдп'ятник» вщбуваетъся на деякш контактнш площш з виникненням вщ-повщного контактного тиску м1ж елементами.
Дал1 (на рис. 3) представимо спрощену розрахункову схему взаемоди пари тертя «п'ятник - тдп'ятник» для випадку, коли п'ятник д1е на тдп'ятник з силою Q для визна-чення контактного тиску та величин зносу.
Площа контакту елементарно! площадки в даному випадку буде визначатися наступною формулою:
dS = —- da, 2
(1)
де da - кут сегменту, що визначае площу контакту елементарно! площадки; h - висота взаемоди цитндричних поверхонь пари тертя «п'ятник - тдп'ятник».
Сила нормального тиску на елементарну площадку при дп на тдп'ятник навантаження Q визначатиметься як
,,r hd, dN = p—1 d a , 2
(2)
де p - величина контактного тиску на елемен-тарну площадку.
Тод1 при взаемоди, контактний тиск на елементарнш площадщ буде дор1внювати:
Р =
2 dN hd2 d a
(3)
На елементарнш площадщ буде виникати сила тертя, яка пропорцшна нормальному тис-
ку:
hd.,
dF = fp ^-^ d a . 2
(4)
З останнього виразу контактний тиск на елементарнш площадщ буде дор1внювати:
Р =
2 dF fhd2 d a
(5)
де f - коеф1щент тертя м1ж поверхнями п'ятника та шдп'ятника.
Рис. 2. Спрощена схема взаемоди пари тертя «п'ятник - пвдп'ятник»:
1 - вал; 2 - втулка
Fig. 2. Simplified scheme of interaction of a friction pair «center plate - center pad»:
1 - shaft; 2 - sleeve
Рис. 3. Розрахункова схема взаемоди пари тертя «п'ятник - тдп'ятник»
Fig. 3. Scheme of the interaction of the friction pair «center plate - center pad»
Результати
Постшний знос на елементарнш площадщ ab (рис. 3) у зворотному напрямку, дп сили тертя dF, позначимо через SF , а змшний знос, що д1е в напрямку сили Q , позначимо як bN .
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету затзничного транспорту, 2017, N° 6 (72)
Для зазначених величин зносу, що ддать на елементарнiй площадцi запишемо стввщно-шення в наступному виглядк
5F=5W cos а. (6)
Оскшьки рaдiaльний знос 5Ж повинен бути пропорцшним питомому тиску та вщноснш знaкозмiннiй швидкостi ковзання при контакт пари тертя «п'ятник - шдп'ятник», то можна записати наступний вираз:
d-,
площi контактно! взаемодп, то в цьому випадку покладемо наступне спiввiдношення:
k = fK HBi L
K1HB2
V
cos ф,
(9)
де K, K - пружнi постiйнi для мaтерiaлу п'ятника та пiдп'ятникa вiдповiдно, як визна-чаються за виразами:
K =
5 N = kpa~2
(7)
E
2
2
K =
E.
(10)
де k - коефщент пропорцшносп, який зале-жить вщ властивостей взaемодiючиx мaтерia-лiв; ю - колова знaкозмiннa швидкiсть обер-тання пiдп'ятникa навколо п'ятника в експлуатацп при рус вагона.
Тодi величина постiйного зносу поверхш елементарно! площадки 5F буде мати наступне сшввщношення:
5Р = kpa d^cos а
(8)
Оскшьки коефщент пропорцiйностi k за-лежить вщ властивостей взaемодiючиx мaтерia-лiв п'ятника та пiдп'ятникa, а також положення
ц1 , ц2 - коефщенти Пуассона для мaтерiaлу п'ятника та шдп'ятника вщповщно; E, Е - модулi пружностi мaтерiaлу п'ятника та шдп'ятника вщповщно; HB, HB2 - твер-дiсть (або мшротвердють) мaтерiaлу п'ятника та шдп'ятника вщповщно; L -довжина коли шд час руху вагона у склaдi по!зда, м; v - шви-дкiсть руху вагона у склaдi по!зда, м/с; ф - кут мiж прикладеним зусиллям та контактом взаемодп сполучених елементiв, 0 < ф < п /2 .
У вирaзi (8) урахуемо остaннi викладки з урахуванням штегрування виразу (5) Тодi для величини постшного зносу пiдп'ятникa 5F бу-демо мати наступне спiввiдношення:
5f = f
E (1 -ц2)HB ю^ QL
E22(1 -ц2) HB hd1 а v
х cos а cos ф.
(11)
Для реального контакту при взаемоди п'ятника та шдп'ятника, не знижаючи достов> рнють розрaxункiв, можна прийняти значення а , що не перевищуе декiлькоx грaдусiв, тодi як з cos а = 1.
У результат вираз для визначення зносу шдп'ятника прийме наступний вигляд:
5f = f
E(1 -M2)hb ю^ QL
E2(1 -Ц?)НВ2 hd1 а v
cosф. (12)
Якщо при взаемоди цилiндричниx поверхонь п'ятника та шдп'ятника враховувати вс сумарш сили, що дiють у горизонтальнш пло-щинi (у поперечному i поздовжньому напря-
мах), як наведено на рис. 4, тобто при поворот вiзкa при подолaннi криво!, то отримаемо сума-рну силу контактно! взаемоди SP :
SP = SQ cos ф+EN sin ф, (13)
а точка дотику перемютиться на кут ф .
Тодi вираз (12) для величини зносу цилшд-рично! поверxнi шдп'ятника буде мати бшьш точне значення (для руху на кривих), оскшьки буде враховувати вс сили, що ддать в горизонтальнш площиш, у тому чи^ боковi, рамш та iнерцiйнi:
5 FN = f
E (1 -ц2)2 HB ®d2 L E22(1 -ц2)2 HB hd^ v
х (SQ cos ф + SN sin ф)
(14)
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
/
ч/'
/Ч
Ч Ч. Ar ГЧ и ! ч.......— (/ /\\ / \\ / \ /' 1
1 / \ \ip / ' / ч / — ч. h ч // 'ч ч.
Рис. 4. Взаeмодiя цилiндричних поверхонь п'ятника та пвдп'ятника з врахуванням Bcix сумарних сил, що дiють в горизонтально площинi (у поперечному i поздовжньому напрямах)
Fig. 4. Interaction of the cylindrical surfaces of the center plate and the center pad considering all the total forces acting in the horizontal plane (in the transverse and longitudinal directions)
На основi отриманого виразу (14) побудуе-мо залежносп середньо! величини зносу пiдп'ятника для шввагона 12-7023, який руха-еться у складi по!зда зi швидюстю 80 км/год (рис. 5, а) i 100 км/год (рис. 5, б) для випадюв рiзних значень коефщента використання про-бiгу.
З рис. 5 простежуеться лiнiйна залежшсть середньо! величини зносу пiдп'ятника вщ про-бiгу вагона, на прикладi пiввагона 12-7023. Крiм того, з тдвищенням швидкостi руху по!з-да до 100 км/год, середня величина зносу тдп'ятника шввагона 12-7023 нижче на 25 % шж при швидкосп 80 км/год.
Отриманi теоретичш данi середньо! величини зносу тдп'ятника шввагона 12-7023 не су-перечать даним, що отримаш шд час експлуа-тацiйних дослiджень та наведених у роботах [12-15]. Рiзниця теоретичних та експеримента-льних значень знаходиться в межах допустимо! похибки i не перевищувала 8,7 %.
Наукова новизна та практична значимкть
У робот за критерiем зносу розглянуто вза-емодiю цилiндричних поверхонь пари тертя «п'ятник - тдп'ятник» вантажного вагона
i вперше отримано залежнiсть величини зносу тдп'ятника вщ npo6iry вагона, що враховуе силове навантаження, фiзико-механiчнi та три-ботехнiчнi властивостi сполучених матерiалiв. Застосовуючи новi матерiали з рiзними власти-востями для ремонту, на основi отримано! за-лежностi проведено моделювання стану зносу цилiндричних поверхонь пари тертя «п'ятник -тдп'ятник», тобто запропонований зашб керу-вання величиною мiжремонтного пробiгy ван-тажного вагона.
Результати роботи дозволяють встановити величину зносу тдп'ятника при вщповщному експлyатацiйномy пробiгy вантажного вагона.
a - а
4 3.5
5 -
4 3
J 2
ri 1.5
1
0.5 -0 -
0 10 20 30 40 50 60 70 30
ripoSir, тис. км
б - b "l
о,s -о -
О 10 20 30 40 50 60 70 80
npo6ir, тис. км
Рис. 5. Залежшсть середньо! величини зносу тдп'ятника шввагона 12-7023 який рухаеться у складi по!зда:
а - 3i швидюстю 80 км/год, б - 100 км/год для значень коефщента використання пробку: 1 - 0,5; 2 - 0,6; 3 - 0,7; 4 - 1,0
Fig. 5. Dependence of the average wear value of the gondola center pad 12-7023, which moves as a part of a train:
a - with the speed of 80 km/h, b - 100 km/h, for values of the coefficient of use of the run:
1 - 0.5; 2 - 0.6; 3 - 0.7; 4 - 1.0
Висновки
У робот розглянуто взаемодда цилшдрич-них поверхонь пари тертя «п'ятник -тдп'ятник» вантажного вагона у вигляд! моде-л1 «вал-втулка». У результат! запропоноваш
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
залежност для постiйного та змшного зносу дано! пари тертя для випадюв, коли дiють сили в поперечному i поздовжньому напрямах. Отримана залежшсть величини зносу пiдп'ятника вщ пробiгу вантажного вагона вра-ховуе силове навантаження, фiзико-механiчнi та триботехшчш властивостi сполучених мате-рiалiв, на основi яко!, застосовуючи новi мате-рiали для ремонту з рiзними властивостями, можна моделювати стан зношування цилшдри-чних поверхонь пари тертя «п'ятник -пiдп'ятник», що дозволяе в подальшому керу-вати величиною мiжремонтного пробiгу ванта-жного вагона.
Також у робот, на прикладi пiввагона 12-7023, на основi отриманого виразу були по-будованi залежностi середньо! величини зносу тдп'ятника для випадкiв рiзних значень коеф> цiента використання пробту i швидкостi руху по!зда. При цьому середня величина зносу його пiдп'ятника досягае 2 мм для пробту в 80 тис. км, швидкост руху 100 км/год i кое-фщент використання пробiгу 0,6. Крiм того, показано, що з тдвищенням швидкост руху по!зда до 100 км/год, середня величина зносу тдп'ятника тввагона 12-7023 нижче на 25 % тж при швидкостi 80 км/год.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Балтер, М. А. Упрочнение деталей машин / М. А. Балтер. - Москва : Машиностроение, 1978. - 182 с.
2. Износ гребней колес грузовых вагонов и рельсов: проблема и путь ее решения / И. Э. Мартынов,
B. Г. Маслиев, Д. С. Мокроусов, В. П. Щербаков, В. И. Нестеренко // Вагонный парк. - 2013. - № 5 (74). - С. 4-7.
3. Костецкий, Б. И. Структурно-энергетические основы управления трением и износом в машинах / Б. И. Костецкий. - Киев : Знание, 1990. - 31 с.
4. Мурадян, Л. А. Опытные маршруты ДИИТ: «Опытная эксплуатация - научные обоснования - массовое внедрение» / Л. А. Мурадян, В. Ю. Шапошник, А. А. Мищенко // Вагонный парк. - 2016. - № 5-6 (110111). - С. 57-59.
5. Мурадян, Л. А. Шдвищення м1жремонтного ресурсу в1зшв вантажних вагошв. Модель геометрп зносу тдп'ятника / Л. А. Мурадян, Д. О. Подосьонов // Наука та прогрес транспорту. - 2017. - № 1 (67). -
C. 79-87. doi: 10.15802/stp2017/92533.
6. Мурадян, Л. А. Повышение надежности грузовых вагонов с применением новых технологий изготовления и восстановления рабочих поверхностей / Л. А. Мурадян, В. Ю. Шапошник, Д. О. Подосенов // Електромагнггна сумюшсть та безпека на зал1зничному транспорт!. - 2016. -№ 11. - С. 49-54.
7. Совершенствование конструкции тележек грузовых вагонов с целью снижения износа гребней колес и рельсов / И. Э. Мартынов, В. Г. Маслиев, С. Д. Мокроусов [и др.] // Зб. наук. пр. Укр. держ. акад. зал1зн. трансп. - Харшв, 2013. - Вип. 139. - С. 25-34.
8. Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог / под ред. А. Н. Савоськина. - Москва : Машиностроение, 1990. - 288 с.
9. Устич, П. А. Надежность вагона : учеб. для вузов / П. А. Устич, В. А. Карпычев, М. Н. Овечников. - Москва : Маршрут, 2003. - 382 с.
10. Damage calculation and fatigue life prediction for freight car body / F. W. Zhao, J. L. Xie, Y. Q. Yuan, X. L. Shi // Advanced Materials Research. - 2013. - Vol. 652-654. - P. 1357-1361. doi: 10.4028/www.scientific.net/amr.652-654.1357.
11. Experimental Investigations on Operational Reliability of Diesel Locomotives Engines / L. P. Lingaitis, S. Mjamlin, D. Baranovsky, V. Jastremskas // Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability. -2012. - № 1. - P. 5-10.
12. Myamlin, S. V. Investigation of dynamic characteristics of gondola cars on perspective bogies / S. V. Myamlin, V. M. Bubnov, Ye. O. Pysmennyi // Наука та прогрес транспорту. - 2014. - № 5 (53). -С. 126-137. doi: 10.15802/stp2014/30789.
13. Myamlin, S. V. The modeling of economic efficiency of products carriage-building plant in conditions of dynamic pricing / S. V. Myamlin, D. M. Baranovskiy // Проблеми економши транспорту : зб. наук. пр. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. !м. акад. В. Лазаряна. - Дшпропетровськ, 2014. - Вип. 7. - С. 6166.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету з&тзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
14. Prediction methodology of durability of locomotives diesel engines / L. P. Lingaitis, S. Mjamlin, D. Baranovsky, V. Jastremskas // Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability. - 2012. -Vol. 14, no. 2. - P. 154-159.
15. Zhao, F. Influence of small stress cycles on the fatigue damage of C70E car body / F. Zhao, J. Xie // J. of Mechanical Engineering. - 2014. - Vol. 50. - Iss. 10. - P. 121-126. doi: 10.3901/jme.2014. 10.121.
Л. А. МУРАДЯН1*, Д. А. ПОДОСЁНОВ2*, В. Ю. ШАПОШНИК3*
1 Каф. «Вагоны и вагонное хозяйство», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 19,
эл. почта [email protected], ORCID 0000-0003-1781-4580
2 Региональный филиал «Приднепровская железная дорога», пр. Дмитрия Яворницкого, 108, Днипро, Украина, 49038, тел. +38 (056) 373 15 19, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-7058-5230
3 Каф. «Вагоны и вагонное хозяйство», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 19,
эл. почта [email protected], ORCID 0000-0003-4701-6491
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА ПАРЫ ТРЕНИЯ «ПЯТНИК - ПОДПЯТНИК» ОТ ПРОБЕГА ГРУЗОВОГО ВАГОНА
Цель. В исследовании необходимо рассмотреть взаимодействие цилиндрических поверхностей пары трения «пятник - подпятник» грузового вагона. Предполагается теоретически исследовать процесс износа и получить зависимость величины износа подпятника от пробега вагона с учетом силовой нагрузки, физико-механических и триботехнических свойств взаимодействующих материалов для последующего моделирования и управления величиной межремонтного пробега по критерию износа соответствующих ресурсоопре-деляющих элементов грузовых вагонов. Методика. Для теоретических исследований зависимости величины износа пары трения «пятник - подпятник» от пробега грузового вагона была использована теория трения и износа твердых тел. Результаты. В работе рассмотрено взаимодействие цилиндрических поверхностей пары трения «пятник - подпятник» грузового вагона в виде модели «вал-втулка». В результате предложены зависимости постоянного и переменного износов данной пары трения для случаев, когда действуют силы в поперечном и продольном направлениях. Полученная зависимость величины износа подпятника от пробега грузового вагона учитывает силовую нагрузку, физико-механические и триботехнические свойства сопряженных материалов. На ее основе, применяя для ремонта новые материалы с различными свойствами, можно моделировать состояние износа цилиндрических поверхностей пары трения «пятник - подпятник», что позволяет в дальнейшем управлять величиной межремонтного пробега грузового вагона. Также в работе на примере полувагона 12-7023, на основе полученного выражения были построены зависимости средней величины износа подпятника для случаев с различными значениями коэффициента использования пробега и скорости движения поезда. При этом показано, что с повышением скорости движения поезда до 100 км/ч, средняя величина износа подпятника полувагона 12-7023 ниже на 25 %, чем при скорости 80 км/ч. Научная новизна. В работе по критерию износа рассмотрено взаимодействие цилиндрических поверхностей пары трения «пятник - подпятник» грузового вагона и впервые получена зависимость величины износа подпятника от пробега, учитывающая силовую нагрузку, физико-механические и триботехнические свойства сопряженных материалов. Применяя для ремонта новые материалы с различными свойствами, на основе полученной зависимости можно проводить моделирование состояния износа цилиндрических поверхностей пары трения «пятник - подпятник», то есть управлять величиной межремонтного пробега грузового вагона. Практическая значимость. Результаты работы позволяют установить величину износа подпятника для соответствующего эксплуатационного пробега грузового вагона.
Ключевые слова: грузовые вагоны; величина износа; подпятник; межремонтный пробег; силовая нагрузка
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛВНИЦЬ I ТЯГА ПОЙДИ
L. A. MURADIAN1*, D. O. PODOSENOV2*, V. Y. SHAPOSHNYK3*
'*Dep. «Cars and cars Facilities», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazarian, Lazarian St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 19, e-mail [email protected], ORCID 0000-0003-1781-4580
2 Regional Branch of «Prydniprovska Railway», Dmytro Yavornytskyi Av., 108, Dnipro, Ukraine, 49038, tel. +38 (056) 373 15 19, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-7058-5230
3 Dep. «Cars and cars Facilities», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazarian, Lazarian St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 19, e-mail [email protected], ORCID 0000-0003-4701-6491
THEORETICAL DEPENDENCE OF WEAR VALUE OF FRICTION PAIR «CENETR PLATE - CENTER PAD» ON A FREIGHT CAR MILEAGE
Purpose. The paper considers the interaction of the cylindrical surfaces of the friction pair «center plate - center pad» of the freight car and theoretically investigates the wear process. It is also necessary to obtain the wear value dependence of center pad on the mileage, taking into account the power load, the physical-mechanical and tribo-technical properties of the interacting materials for the subsequent modeling and control of the value of overhaul mileage by the wear criterion of the corresponding resource-determining elements of freight cars. Методика. For theoretical studies of the wear value of friction pair «center plate - center pad» on the freight car mileage, the theory of friction and wear of solids was used. Findings. In this paper interaction of cylindrical surfaces of the friction pair «center plate - center pad» of a freight car in the form of a «shaft-sleeve» model is considered. Dependences of the permanent and variable wear of a given friction pair are proposed for cases in which forces act in the transverse and longitudinal directions. Obtained dependence of the wear value of center pad on the freight car mileage takes into account the power load, physical and mechanical and tribo-technical properties of the conjugated materials. On its basis, using new materials for repair with various properties, one may simulate the wear state of cylindrical surfaces of the friction pair «center plate - center pad», which will make it possible to control the value of overhaul mileage of freight car. Also (on the example of gondola 12-7023) on the basis of obtained expression there were constructed dependences of the average wear value of center pad for the cases of different values of the mileage use coefficient and the train movement speed. It was shown that with an increase in the train speed to 100 km/h, the average wear value of the gondola 12-7023 center pad is lower by 25% than at the speed of 80 km/h. Originality. In the work on the wear criterion, the interaction of cylindrical surfaces of the friction pair «center plate - center pad» of a freight car is considered. For the first time it was obtained the dependence of wear value of center pad on the mileage taking into account the power load, physical and mechanical and tribo-technical properties of the conjugated materials. Applying new materials for repair with different properties, based on the obtained dependence one can carry out a simulation of the wear state of cylindrical surfaces of friction pair «center plate - center pad», that is to control the value of between-repair mileage of freight car. Practical value. The results of the work make it possible to establish the wear value of canter pad for the corresponding operating mileage of the freight car. Keywords: freight cars; wear value; center pad; overhaul mileage; power load
REFERENCES
1. Balter, M. A. (1978). Uprochneniye detaley mashin. Moscow: Mashinostroyeniye. (in Russian)
2. Martynov, I. E., Masliev, V. G., Mokrousov, D. S., Shcherbakov, V. P., & Nesterenko, V. I. (2013). Iznos grebney koles gruzovykh vagonov i relsov: problema i put ee resheniya. Car Fleet, 5(74), 4-7. (in Russian)
3. Kostetskiy, B. I. (1990). Strukturno-energeticheskiye osnovy upravleniya treniyem i iznosom v mashinakh. Kyiv: Znaniye. (in Russian)
4. Muradyan, L. A., Shaposhnik, V. Yu., & Mishchenko, A. A. (2016). Opytnyye marshruty DIIT: «Opytnaya ekspluatatsiya - nauchnyye obosnovaniya - massovoye vnedreniye». Car Fleet, 5-6(110-111), 57-59. (in Russian)
5. Muradian, L. A., & Podosonov, D. O. (2017). Improving TBO of freight car bogies. Geometry model of center pad wear. Science and Transport Progress, 1(67), 79-87. doi: 10.15802/stp2017/92533. (in Ukrainian)
6. Muradyan, L. A., Shaposhnik, V. Y., & Podosenov, D. O. (2016). Povysheniye nadezhnosti gruzovykh vagonov s primeneniyem novykh tekhnologiy izgotovleniya i vosstanovleniya rabochikh poverkhnostey. Electromagnetic Compatibility and Safety on Railway Transport, 11, 49-54. (in Russian)
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 6 (72)
7. Martinov, I. E., Masliev, V. G., Mokrousov, S. D., Nesterenko, V. I., & Shcherbakov, V. P. (2013). Improved design cargo trucks-cars out to prevent wear paddle wheels and rails. Collected scientific works of Ukrainian State University of Railway Transport, 139, 25-34. (in Russian)
8. Savoskina, A. N. (1990). Prochnost i bezotkaznost podvizhnogo sostava zheleznykh dorog. Moscow: Mashinostroeniye. (in Russian)
9. Ustich, P. A., Karpychev, V. A., & Ovechnikov M. N. (2003). Nadezhnost vagona: uchebnik dlya vuzov. Moscow: Marshrut. (in Russian)
10. Zhao, F., Xie, J., Yuan, Y., & Shi, X. (2013). Damage Calculation and Fatigue Life Prediction for Freight Car Body. Advanced Materials Research, 652-654, 1357-1361. doi: 10.4028/ www.scientific.net/AMR.652-654.1357. (in English)
11. Lingaitis, L.P., Mjamlin, S., Baranovsky, D., & Jastremskas, V. (2012). Experimental Investigations on Operational Reliability of Diesel Locomotyves Engines. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability,, 1, 5-10. (in English)
12. Myamlin, S. V., Bubnov, V. M., & Pysmennyi, Ye. O. (2014). Investigation of dynamic characteristics of gondola cars on perspective bogies. Science and Transport Progress, 5(53), 126-137. doi: 10.15802/stp2014/30789. (in English)
13. Myamlin, S. V., & Baranovskiy, D. M. (2014). The modeling of economic efficiency of products carriage-building plant in conditions of dynamic pricing. Zbirnik naukovich prac' Dnipropetrovs'kogo nacional 'nogo universitetu zaliznichnogo transport imeni akademika V. Lazarana "Problemi ekonomiki transportu", 7, 61-66. (in English)
14. Lingaitis, L. P., Mjamlin, S., Baranovsky, D., & Jastremskas, V. (2012). Prediction methodology of durability of locomotives diesel engines. Eksploatacja i Niezawodnosc-Maintenance and Reliability, 14(2), 154-159. (in English)
15. Zhao, F., & Xie, J. (2014). Influence of small stress cycles on the fatigue damage of C70E car body. Journal of Mechanical Engineering, 50(10), 121-126. doi: 10.3901/jme.2014. 10.121. (in English)
Стаття рекомендована до друку д.т.н., проф. В. В. Мямл1ним (Украгна), д.т.н., проф.
I. Е. Мартиновим (Украгна)
Надшшла до редколегй: 06.06.2017
Прийнята до друку: 12.09.2017
