CC BY
43
Содержание___________________________________________________________3
некоррелированный процесс в задачах расчета многоопорных конструкций Л.Н. Гиман......................................................
Расчёт гидроимпульсного устья
А.Б. Пономарёв.................................................. 85
Экология........................................................ 91
Повышение эффективности обучения работников железнодорожного транспорта вопросам безопасности труда путем использования мультимедийных технологий
Г.К. Зальцман, О.И. Тихомиров, С.А. Лебедев..................... 91
Использование программного комплекса «Шум» для исследования шумового воздействия на окружающую среду предприятий железнодорожного транспорта
A. В. Панин, А.М. Тинус, О.В. Григорьева.......................... 95
Методика комплексной оценки экологичности и качества природозащитных технологий. Индекс IEQ
Т.С. Титова....................................................... 98
Экономика и социальное управление................................ 106
О необходимости создания системы комплексных исследований на транспорте
B. В. Ильин, Н.М. Сидоров........................................ 106
Минимизация трансакционных издержек как фактор создания вертикально интегрированных объединений в российской промышленности
А.Н. Спасскова................................................... 109
Основы теории аксонометрии в рукописном наследии профессора Д.И. Каргина Н.А. Елисеев..................................................... 114
Авторы статей.................................................... 119
Авторский указатель.............................................. 123
Подвижной состав
УДК 629.4.027.44
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАТЕРИАЛОВ ПАРЫ ОСЬ-КОЛЕСО В ЗОНЕ СОПРЯЖЕНИЯ ПРИ ЗАПРЕССОВКЕ
В.Г. Кондратенко
Аннотация
Рассмотрены взаимодействие материалов колеса и оси в зоне сопряжения с позиции молекулярно-механической теории трения, зависимость величины коэффициента трения между ступицей колеса и осью от характера деформации их
Аннотация
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/2
Содержание________________________________________________________3_
материала в зоне контакта. Оценена средняя величина коэффициента трения в паре ось-колесо при запрессовке.
Ключевые слова: ось, колесо, запрессовка, коэффициент трения,
молекулярно-механическая теория.
Введение
Прочность прессового соединения колеса с осью определяется конечным усилием запрессовки Рзк, величина которого зависит от ряда факторов: диаметра подступичной части оси, длины сопряжения, среднего значения коэффициента трения в зоне сопряжения колеса с осью, среднего значения контактных давлений на посадочных поверхностях (величина
Л
которых оценивается в пределах 50...100 МН/м ). Для оценки прочности прессового соединения представляет интерес средняя величина коэффициента трения в зоне сопряжения пары ось-колесо.
1 Основные положения молекулярно-механической теории трения применительно к паре ось-колесо
В последнее время наибольшее распространение для объяснения силового взаимодействия твердых тел при внешнем трении получила молекулярно-механическая теория трения, впервые предложенная в 1939 г. русским ученым И.В. Крагельским [1], предполагавшая следующее.
1. Внедрение более жестких микронеровностей в поверхность менее жесткого контртела в зонах фактического контакта связано с различием в механических свойствах тел и их неоднородностью на отдельных участках и с различием в геометрических очертаниях контактирующих участков. Поэтому при скольжении колеса относительно оси будет происходить деформирование внедренными поверхностями более жесткого тела менее жесткого поверхностного слоя.
Сопротивление деформированию поверхностных слоев называют деформационной составляющей силы трения (Тд). Ее можно вычислить, зная механические характеристики поверхностных слоев (модуль нормальной упругости и твердость), геометрические очертания микронеровностей, напряженное состояние в зоне контакта и используя основные положения механики сплошных сред.
2. На участках, находящихся на достаточно близком расстоянии друг от друга (порядка 10-9 м), отмечаются заметные межмолекулярные взаимодействия. В результате этих взаимодействий возникает сопротивление относительному скольжению - молекулярная составляющая силы трения (Тм).
Общая сила внешнего трения Т составит:
Г = Г +Т (1)
м д Vх/
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/2
Содержание________________________________________________________3_
Теоретически вычислить молекулярную составляющую силы трения не представляется возможным из-за наличия на поверхностях твердых тел пленок, толщина и структура которых зависят от окружающей среды. Величину Тм определяют экспериментально.
Наибольшее распространение при расчетах взаимодействия твердых тел при трении получила сферическая модель шероховатой поверхности. Шероховатость моделируется набором шаровых сегментов одинакового радиуса, расположенных по высоте таким образом, что распределение в слое модели и реальной поверхности описывается одинаковой опорной кривой. Применение этой модели дает погрешность при вычислении силы трения до 7% [1].
Учитывая, что при контактировании оси и колеса происходит внедрение более жестких участков в менее жесткие и при этом деформация более жестких участков незначительна, можно при рассмотрении взаимодействия тел одно из них (ось) считать абсолютно жестким. Контакт шероховатой поверхности с полупространством будет дискретным.
2 Характер взаимодействия материалов колеса и оси в зоне контакта
Силовое взаимодействие колеса и оси при внешнем трении будет зависеть от вида деформации в зонах контакта и от степени насыщенности контакта.
В зонах фактического контакта оси и колеса могут иметь место упругие, упругопластические и пластические деформации. Наиболее широко распространены упругопластические деформации. Взаимодействие пары ось-колесо при упругопластических деформациях изучено мало. В ряде случаев при расчетах можно полагать, что в зонах касания происходят только упругие деформации (контурные давления рс < 9,81-106 Н/м2 для поверхностей, обработанных с Ra от 0,160 до 0,080 мкм и выше) или пластические деформации (рс > 9,81-106 Н/м2 для поверхностей, обработанных с Ra от 0,63 до 0,32 мкм) [1].
При взаимодействии выступов контактирующих поверхностей ступицы колеса и оси по мере увеличения нагрузки в контакт будут вступать все новые пары противостоящих выступов, обладающие все меньшей суммой высот. Вступившие в контакт выступы деформируются вначале упруго, а затем, когда нагрузка превысит некоторую критическую величину, - пластически, точнее - упругопластически, поскольку основа материала, на которой расположен пластически деформируемый выступ, будет упруго проседать.
С возрастанием нагрузки на сопрягаемых поверхностях колеса и оси происходит упругая деформация волн, на которых расположены микронеровности. Если контактируют поверхности тел с разной твердостью, то выступы более твердой поверхности внедряются в выступы сопряженной поверхности. Выступы более мягкой поверхности при этом
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/2
Содержание
3
расплющиваются и изменяют свою форму. В этом случае на свойства контакта будут влиять микрогеометрия поверхности твердого тела и механические свойства более мягкого (колеса).
2.1 Условия упругого контакта материала ось-колесо
При запрессовке колеса на ось имеет место упругопластический контакт.
Коэффициент внешнего трения покоя f равный отношению силы трения Т к нормальной нагрузке, в общем виде определяется по формуле
[3]:
/ = /м + /д > (2)
где ум и - соответственно молекулярная и деформационная составляющие коэффициента трения.
Упругий контакт имеет место, когда максимальные напряжения на наиболее внедренной неровности меньше НВ менее жесткого элемента пары трения. Коэффициент трения при упругом контакте для наиболее распространенных видов обработки поверхностей (у = 2, b = 2 - параметры опорной кривой) рассчитывается по формуле:
f
Зт0(1-цУ/2 Eh1/2
+ Р + 0Д7аЭф
\г )
(3)
где Оэф - эффективный коэффициент гистерезисных потерь при сложном напряженном состоянии, аэф = 2,50т
ар - коэффициент гистерезисных потерь при простом растяжении-сжатии;
т0 - фрикционная константа; в - константа при постоянной температуре;
Е - модуль нормальной упругости менее жесткого материала; h - величина сближения материалов; ц - коэффициент Пуассона; r - средний радиус вершины микронеровности.
Для металла оси и колеса деформационной составляющей коэффициента трения уд при упругих деформациях можно пренебречь. По мере сближения материалов и увеличения контурного давления рс величина коэффициента трения у при упругом контакте уменьшается.
2.2 Условия пластического контакта в зоне сопряжения ось-колесо
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/2
Содержание
3
Пластический контакт имеет место, когда средние нормальные напряжения в зонах касания неровностей достигают значений твердости по Бринеллю деформируемого материала [3].
Контурное давление рс, приводящее к пластическому контакту, для наиболее распространенных шероховатостей, используемых в машиностроении, составляет:
2\4
Рс=М,5 А2
U J
( 1 ^НВ5(1-ц2)
Е
(4)
где А - комплексная характеристика шероховатости поверхности, учитывающая остроту выступов и их распределение по высоте.
При пластических деформациях в зонах касания колеса и оси могут иметь место ненасыщенный и насыщенный пластические контакты.
Коэффициент внешнего трения покоя при пластических деформациях в зонах контакта:
/
'О
НВ
+ р + 0,55у(у-1)&1
\г )
(5)
При пластических деформациях в зонах контакта молекулярная составляющая коэффициента внешнего трения не зависит от сближения между поверхностями колеса и оси. Деформационная составляющая коэффициента трения с увеличением внедрения возрастает. Поэтому общий коэффициент внешнего трения покоя с увеличением внедрения при пластических деформациях в зонах контакта увеличивается [2].
Идеального пластического контакта при контактировании материалов колеса и оси не наблюдается. Пластический контакт может иметь место при сравнительно небольших величинах контурного давления рс для поверхностей, обработанных с параметрами шероховатости Ra от 0,63 до 0,32 мкм.
В зоне насыщенного пластического контакта коэффициент внешнего трения покоя определяется по формуле:
f
'0
НВ
+ Р +
0,54 h
АгЛ1/2
, К
Д/2
(6)
где К - сближение, соответствующее переходу от ненасыщенного к насыщенному контакту.
3 Заключение
На основании рассмотренной методики была произведена теоретическая оценка среднего значения коэффициента трения при
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/2
Содержание
3
запрессовке колеса на ось, величина которого составила 0,08. Для конкретных условий был выполнен расчет конечных усилий запрессовки Рзк с применением найденного коэффициента трения и осуществлено сравнение с экспериментальными данными этих же запрессовок. Расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями не превысило 10%.
Библиографический список
1. Крагельский И.В. Трение, изнашивание и смазка: Справочник в 2-х томах.-М.: Машиностроение, 1978.
2. Кондратенко В.Г. Совершенствование технологии запрессовки цельнокатаных колес на оси // Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте: Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 21. - Самара: СамИИТ, 2001. - С. 53-55.
3. Алисин В.В., Михин Н.М. Исследование зависимости коэффициента трения покоя от нагрузки // Известия высших учебных заведений: Машиностроение. - 1974. -№ 2. - С. 65-69.
УДК 629.02.024
ДИНАМИКА ОСТЫВАНИЯ ПАРАФИНОВ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРНАХ С ТЕПЛОВЫМИ АККУМУЛЯТОРАМИ
В.И. Моисеев, Т.А. Комарова
Аннотация
Рассматривается динамика охлаждения теплоаккумулирующего материала (парафина) в цилиндрическом сосуде (тепловом аккумуляторе), установленном в железнодорожной цистерне для перевозки вязких нефтепродуктов с целью снижения скорости их остывания при транспортировании.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/2
