Савинкин

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Омский государственный университет путей сообщения»
(ОмГУПС (ОмИИТ))
На правах рукописи
САВИНКИН Сергей Владимирович
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ГРУЗОВЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПОСРЕДСТВОМ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА
ЭКИПАЖНОЙ ЧАСТИ
Специальность 2.9.3. Подвижной состав железных дорог,
тяга поездов и электрификация
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
доктор технических наук, доцент
ШАНТАРЕНКО Сергей Георгиевич
Омск 2023
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 4
1
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГРУЗОВЫХ
ЛОКОМОТИВОВ НОВЫХ СЕРИЙ………………………………………………… 12
1.1
Работоспособность деталей и узлов механической части локомотива ...... 12
1.2
Основные
показатели
эксплуатационной
надежности
грузовых
магистральных локомотивов новых серий ............................................................ ..15
1.3
Виды отказов механической части электровозов новых серий .................. 18
1.3.1 Неисправности
узлов
механической
части
и
причины
снижения
эксплуатационной надежности электровозов серии 2ЭС6 .................................... 19
1.4
Рессорное подвешивание грузовых магистральных электровозов новых
серий.. .......................................................................................................................... 26
1.5
2
Постановка цели и задач диссертационной работы………………………..28
ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПОДВЕШИВАНИЯ
ВЛИЯНИЯ
ПАРАМЕТРОВ
НА
КОНСТРУКТИВНЫХ
КУЗОВНОГО
ДИНАМИЧЕСКИЕ
И
РЕССОРНОГО
КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ 2ЭС6…………………………………..............................31
2.1
Экипажная часть электровозов серии 2ЭС6 ................................................. 31
2.2
Влияние положения концевых витков пружин «flexicoil» в кузовном
рессорном подвешивании на динамические качества электровозов серии
2ЭС6……………………………………….. .............................................................. 35
2.2.1 Определение силовых факторов в поперечном сечении рабочего витка
пружины типа «flexicоil» ........................................................................................... 36
2.2.2 Определение оптимального варианта установки кузовных пружин типа
«flexicоil» с ориентированными наружу тележки концевыми витками ............... 38
2.2.3 Оценка влияния угловых перемещений тележки на динамические качества
электровоза серии 2ЭС6………………… ............................................................... .51
3
2.3
Влияние
технологических
параметров
кузовного
рессорного
подвешивания на динамические качества электровозов серии 2ЭС6 .................. 53
2.4
3
Выводы .............................................................................................................. 58
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, ВОЗНИКАЮЩИХ
НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОЦЕССОВ ИЗНАШИВАНИЯ В ЗОНЕ КОНТАКТА
ГОЛОВКИ РЕЛЬСА И ГРЕБНЯ БАНДАЖА КОЛЕСА ЛОКОМОТИВА.............. 60
3.1
Метод определения напряжений и глубины взаимного проникновения
материалов головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в области их
силового контакта ...................................................................................................... 60
3.2
Методика расчета характеристик изнашивания материала гребня бандажа
колеса при движении локомотива в кривой…………. .......................................... .70
3.3
Оценка влияния условий и режимов эксплуатации электровозов серии
2ЭС6 на износ бандажей колесных пар ................................................................... 74
3.4
4
Выводы ............................................................................................................. .81
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КУЗОВНОГО РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ
ГРУЗОВЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ 2ЭС6 ..................... 83
4.1
Экспериментальное определение интенсивности изнашивания пальца
упора-ограничителя
горизонтальных
перемещений
тележки
электровоза серии 2ЭС6 ............................................................................................ 83
4.2
Усовершенствованная конструкция упора-ограничителя горизонтальных
перемещений тележки……….. ................................................................................. 86
4.3
Усовершенствованная конструкция кузовного рессорного подвешивания
электровозов серии 2ЭС6 .......................................................................................... 92
4.4
Выводы .............................................................................................................. 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................. 97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................................... .…….100
Приложение 1………………………………………...................................................115
Приложение 2…………………………………………………..……………………. 119
Приложение 3…………………………………………………………..……………. 124
4
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Рост объемов перевозочной работы на сети
железных дорог ОАО «РЖД», повышение их пропускной и провозной
способности во многом определяются эксплуатационной надежностью тягового
подвижного состава, в том числе за счет обновления парка современными
грузовыми магистральными электровозами (2ЭС5К «Ермак», 2ЭС4К «Дончак»,
2ЭС6 «Синара», 2ЭС10 «Гранит», 2ЭС8 «Малахит» и др.).
Работоспособность механической части, предназначенной для реализации
тяговых и тормозных усилий, развиваемых электровозом, удобных и безопасных
условий
управления,
является
важнейшим
фактором,
влияющим
на
работоспособность локомотива в целом. Тележки воспринимают тяговые и
тормозные усилия, боковые, горизонтальные и вертикальные силы при
прохождении локомотивом неровностей пути и передают их через пружинные
опоры на раму кузова. Рессорное подвешивание должно обладать необходимой
упругостью и способностью поглощать возникающие при движении электровоза
вертикальные и боковые колебания и равномерно распределять нагрузки между
колесными парами и колесами. От конструктивных особенностей рессорного
подвешивания и его параметров зависят так называемые динамические качества
электровоза, оказывающие существенное влияние на взаимодействия в системе
«колесо-рельс».
Анализ отказов и неплановых ремонтов электровозов новых серий
свидетельствует о том, что остается высоким процент неисправностей деталей и
узлов механической части. В условиях эксплуатации при движении электровоза по
сложному профилю пути с кривыми малого радиуса и лимитирующими
подъемами возникающие динамические нагрузки приводят к износу узлов и
деталей, работоспособность которых непосредственно влияет на процесс
изнашивания бандажей колесных пар.
5
Эксплуатационная практика использования электровозов серии 2ЭС6
показывает, что значительная часть неисправностей (9 %) приходится на детали и
узлы механической части, из которых сверхнормативный износ бандажей
колесных пар составляет 26 %. На участках со сложным планом и профилем пути
с долей кривых более 25 % в условия тяжеловесного движения и повышения
скоростей на полигоне Свердловской, Южно-Уральской и Западно-Сибирской
железных дорог сохраняется высокая интенсивность (0,495 мм/10 тыс. км) и
неравномерность изнашивания гребней бандажей по сторонам колесных пар,
снижающие ресурс бандажей и пробеги колесных пар между обточками.
Таким образом, актуальными задачами в локомотивном комплексе сети
железных дорог являются повышение динамических качеств и эксплуатационной
надежности локомотивов за счет совершенствования их конструкции, обеспечения
качества технического обслуживания и ремонта и установленных режимов
эксплуатации.
Согласно Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030
года
улучшение
условий
взаимодействия
в
системе
«колесо-рельс»
рассматривается как приоритетное направление деятельности с требованием
увеличения ресурса бандажей колесных пар до 1 млн км пробега.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научнотехнических работ Омского государственного университета путей сообщения
(тема НИР № г.р. АААА-А20-120100990041-7).
Степень разработанности темы диссертации. Исследования надежности
и работоспособности тягового подвижного состава магистральных железных
дорог, технологий его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта
проводились научными коллективами ВНИИЖТа, ВНИКТИ, РУТ (МИИТа),
РГУПСа, УрГУПСа, ДВГУПСа, ИрГУПСа, СамГУПСа, ПГУПСа, ОмГУПСа.
Значительный вклад в решение названных проблем внесли известные ученые
И. В. Бирюков, А. П. Буйносов, М. Ф. Вериго, И. И. Галиев, А. В. Горский,
А. В. Грищенко, А. А.Зарифьян, И. П. Исаев, М. Ф. Карасев, В. И. Киселев,
6
А. Я. Коган, А. А. Камаев, А. С. Космодамианский, В. С. Коссов, А. С. Курбасов,
В. Н. Лисунов, Г. С. Михальченко, А. Т. Осяев, А. П. Павленко, М. П. Пахомов,
А. В. Плакс, О. Е. Пудовиков, Ю. С. Ромен, Н. А. Ротанов, А. Н. Савоськин,
В. В. Стрекопытов, В. В. Харламов, В. А. Четвергов, В. Г. Щербаков и другие
исследователи.
Данные по отказам в эксплуатации и неплановым ремонтам магистральных
локомотивов показывают, что сохраняется высокий процент неисправностей
узлов и деталей экипажных частей электровозов, снижающих их динамические
качества и негативно влияющих на ресурс бандажей колесных пар.
Для надежной работы и эффективного использования локомотивов
необходимо совершенствовать их конструкцию и технологию производства,
разрабатывать и внедрять мероприятия по поддержанию их работоспособности,
что во многом определяется режимами эксплуатации и своевременным и
качественным техническим обслуживанием и ремонтом.
Целью диссертационной работы является повышение динамических
качеств и эксплуатационной надежности грузовых магистральных электровозов
серии 2ЭС6 за счёт совершенствования конструкции и технологии ремонта узлов
кузовного рессорного подвешивания.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
− исследовать влияние конструктивных и технологических параметров
механической части на динамические качества электровозов серии 2ЭС6,
работоспособность поперечной упругой связи тележки с кузовом и силовое
взаимодействие гребней бандажей колесных пар и рельсов в условиях
эксплуатации;
− разработать математическую модель для определения влияния положения
концевых витков пружин «flexicoil» в кузовном рессорном подвешивании на
динамические качества электровозов серии 2ЭС6;
7
− предложить метод определения напряжений и величины взаимного
проникновения (сближения) головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в
области их силового контакта;
− разработать методику расчета характеристик изнашивания гребня бандажа
колеса при движении локомотива в кривой заданного радиуса;
− исследовать влияние потерь на трение в контакте «колесо-рельс» на
интенсивность изнашивания материала бандажей колесных пар локомотива;
− усовершенствовать
конструкцию
и
технологию
ремонта
кузовного
рессорного подвешивания грузового магистрального электровоза серии 2ЭС6.
Объекты исследования – грузовые магистральные электровозы серии
2ЭС6, технологии их эксплуатации и ремонта.
Направления исследований – эксплуатационные характеристики и
параметры
магистральных
эксплуатационной
грузовых
надежности,
электровозов;
улучшение
повышение
динамических
качеств
их
и
эксплуатационных показателей.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
разработана математическая модель для определения влияния положения
концевых витков пружин «flexicoil» в кузовном рессорном подвешивании на
динамические качества электровозов серии 2ЭС6, учитывающая внутренние
силовые факторы в рабочих витках и поперечное перемещение концевых витков
пружин;
предложен метод определения напряжений и взаимного проникновения
(сближения) головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в области их
силового контакта, основанный на определении глубины взаимного внедрения
неровностей контактирующих поверхностей;
разработана
методика
расчета
объема
изношенного
материала
и
интенсивности изнашивания гребня бандажа колеса при движении локомотива в
кривой заданного радиуса при условии непрерывного контакта гребня бандажа и
грани рельса;
8
получены математические выражения для оценки износа и расчёта энергии,
необходимой для формирования фрикционного контакта в системе «колесо-рельс»
при движении локомотива, на основе использования энергетического критерия и
оценки относительного скольжения в пятне контакта.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Разработана методология повышения динамических качеств грузовых
магистральных
электровозов
серии
2ЭС6
и
снижения
интенсивности
изнашивания гребней колесных пар в условиях эксплуатации за счет
совершенствования конструкции и технологии ремонта кузовного рессорного
подвешивания.
При установке пружин кузовного рессорного подвешивания электровоза
2ЭС6 с положением концевых витков по предложенной схеме возвращающий
момент от поперечной деформации пружин будет симметричен и одинаков по
величине не зависимо от направления кривой рельсовой колеи, что обеспечивает
симметричность параметров поперечной упругой связи тележки с кузовом при
вписывании локомотива в кривые и равномерное воздействие на силовой контакт
гребней колесных пар с рельсами, не влияя на статический прогиб пружин. При
данном положении концевых витков кузовных пружин на 6 % уменьшается
боковая сила, действующая на гребень колеса, тем самым создавая благоприятные
условия для вписывания тележки в кривые участки пути и снижения
интенсивности изнашивания гребней бандажей колесных пар. Алгоритм подбора
положения концевых витков кузовных пружин может быть использован для
тягового подвижного состава всех серий, где применяются конструктивные
решения в кузовном рессорном подвешивании как на электровозе 2ЭС6.
Предложенная технология перевозочной работы с поездами весом 8000 –
9000 т при использовании трехсекционных электровозов 3ЭС6 и электровозов с
бустерной секцией 2ЭС6Б позволяет обеспечивать снижение относительного
скольжения и интенсивности изнашивания бандажей колесных пар более чем в
3,5 раза.
9
Разработанные новые конструкционные решения в кузовном рессорном
подвешивании грузового магистрального электровоза 2ЭС6 позволяют повышать
динамические качества локомотива и работоспособность узлов поперечной
упругой связи рамы тележки с кузовом. Применение новых конструкционных
решений
в
технологических
процессах
ремонта
позволяет
повышать
эксплуатационную надежность локомотивов за счет увеличения ресурса бандажей
колесных пар.
Методология и методы исследования. При решении поставленных задач
теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе теории
локомотивной тяги, физики твердого тела, методов математической статистики,
математического моделирования, в том числе с использованием универсальной
математической программы MathCAD, структурного анализа, программного
комплекса
Siemens
NX10,
основанного
на
методе
конечных
элементов
(Finite Element Method), c применением блока линейного статического анализа
(Linear Static Analysis).
Использованы
файлы
микропроцессорной
системы
управления
и
диагностики электровоза 2ЭС6.
Эксперименты проводились на действующих локомотивах серии 2ЭС6
корпоративного парка Западно-Сибирской, Свердловской и Южно-Уральской
железных дорог.
Основные положения, выносимые на защиту:
математическая модель для определения влияния положения концевых
витков пружин «flexicoil» в кузовном рессорном подвешивании на динамические
качества электровозов серии 2ЭС6, учитывающая внутренние силовые факторы в
рабочих витках и поперечное перемещение концевых витков пружин;
метод определения напряжений и взаимного проникновения (сближения)
головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в области их силового
контакта, основанный на определении глубины взаимного внедрения неровностей
контактирующих поверхностей;
10
методика расчета объема изношенного материала и интенсивности
изнашивания гребня бандажа колеса при движении локомотива в кривой
заданного радиуса при условии непрерывного контакта гребня бандажа и грани
рельса;
математические выражения для оценки износа и расчёта энергии,
необходимой для формирования фрикционного контакта в системе «колесо-рельс»
при движении локомотива, на основе использования энергетического критерия и
оценки относительного скольжения в пятне контакта;
усовершенствованные конструктивные решения поперечной упругой связи
тележки с кузовом и кузовного рессорного подвешивания с пружинами «flexicoil»
грузовых магистральных электровозов серии 2ЭС6.
Реализация результатов работы.
Усовершенствованная конструкция упора-ограничителя горизонтальных
перемещений тележки и технология установки кузовных пружин «flexicoil»
внедрены
в
технологические
процессы
текущего
ремонта
в
сервисном
локомотивном депо «Московка» – филиале ООО «СТМ-Сервис».
Степень
достоверности
научных
положений
и
результатов
диссертационной работы подтверждена экспериментальными исследованиями,
практической реализацией и основана на доказанных и корректно использованных
положениях и постулатах физики твердого тела, математического моделирования.
Адекватность предложенных решений подтверждена достаточно высокой
степенью согласования теоретических расчетов с экспериментальными данными и
практическими результатами (расхождение составляет не более 5 %).
Апробация результатов работы. Основные положения, выводы
результаты
диссертационной
работы
докладывались
и
обсуждались
и
на
всероссийской научно-технической конференции с международным участием
«Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности
тяги
поездов»
(Омск,
2022),
на
научно-практической
конференции
«Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на
11
транспорте» (Омск, 2021, 2022), на седьмой международной научно-практической
конференции «Транспорт и логистика: развитие в условиях глобальных изменений
потоков» (Ростов-на-Дону, 2023), на одиннадцатом международном симпозиуме
«ELTRANS
–
2023.
Электрификация
и
электрическая
тяга:
цифровая
трансформация железнодорожного транспорта» (Санкт-Петербург, 2023), на
заседаниях кафедры «Технологии транспортного машиностроения и ремонта
подвижного состава» ОмГУПСа (Омск, 2021, 2022, 2023), на заседании постоянно
действующего
научно-технического
семинара
Омского
государственного
университета путей сообщения по экспертизе и обсуждению диссертаций на
соискание ученой степени кандидата наук, ученой степени доктора наук по
научным специальностям технических отраслей науки (Омск, 2023).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликованы 12
научных работ, в том числе пять научных статей в рецензируемых научных
изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, и два патента РФ на
полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
разделов, заключения, списка использованной литературы из 100 наименований и
трех приложений, содержит 128 страниц текста, включая 49 рисунков и
20 таблиц.
12
1
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ
ГРУЗОВЫХ ЛОКОМОТИВОВ НОВЫХ СЕРИЙ
Комплексное
развитие
транспортной
системы,
в
первую
очередь
магистрального железнодорожного транспорта, имеет большое значение для
экономики страны. Приоритетными задачами ОАО «РЖД» являются увеличение
пропускной способности железных дорог, совершенствование технологии
перевозок, обновление парка, повышение эффективности использования и
эксплуатационной надежности тягового подвижного состава, а также внедрение
прорывных методов технического обслуживания и ремонта. Эксплуатационная
надежность локомотива как свойство безотказно работать в течение какого-то
времени (пробега) во многом определяется конструктивными особенностями
узлов, деталей и механизмов, условиями и режимами эксплуатации, технологией
и качеством технического обслуживания и ремонта, работоспособностью
механического и электрического оборудования [1].
Анализ технического состояния магистральных грузовых локомотивов
новых серий показал, что доля отказов, связанных с нарушением технологии
ремонта составляет 80%. На причины деградационного характера приходится
10% всех отказов, на конструктивные – 7%, на эксплуатационные – 3%.
Следовательно, поиск решений, повышающих ремонтопригодность и
работоспособность деталей, узлов и агрегатов локомотивов является важнейшей
задачей локомотиворемонтного комплекса [2 – 8].
1.1
Работоспособность деталей и узлов механической части локомотива
Работоспособностью называют состояние деталей и узлов, при котором они
способны
нормально
выполнять
заданные
функции
с
параметрами,
установленными нормативно-технической документацией. Работоспособность
характеризуется определенными условиями (критериями), по одному или
13
нескольким из которых производят ее расчет [3]. Важнейшими критериями
работоспособности
являются
прочность,
жесткость,
устойчивость,
теплостойкость, износостойкость, виброустойчивость и надежность.
Рассмотрим ряд критериев, характерных для оценки работоспособности
деталей и узлов локомотивов.
Прочность – это способность детали сопротивляться разрушению или
пластическому
деформированию
под
действием
приложенных
нагрузок.
Прочность является главным критерием работоспособности, так как непрочные
детали не могут работать. Разрушение деталей или узлов приводит к отказу всей
механической системы. Расчеты на прочность проводятся по допускаемым
напряжениям:   ,   ; по коэффициентам запаса прочности: s  s; по
вероятности
безотказной
работы:
Р(t)  P(t).
В
большинстве
случаев
нарушением прочности считают возникновение в детали напряжения, равного
предельному (пред., пред).
Для обеспечения достаточной прочности (запас прочности) необходимо
выполнение следующих условий:   =(пред /s);   =(пред /s); s  [s]. В
зависимости от свойств материала и характера нагружения в качестве
предельного напряжения принимают предел текучести, предел прочности (при
расчете
на
статическую
прочность)
или
предел
выносливости
при
соответствующем цикле изменения напряжений (при расчете на усталостную
прочность – выносливость) [9].
В ряде случаев детали работают под нагрузками, вызывающими в
поверхностных слоях переменные контактные напряжения
н, приводящие к
усталостному выкрашиванию контактирующих поверхностей. Расчет в этом
случае производят из условия выносливости рабочих поверхностей [10].
Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы и
размеров под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение
упругих деформаций деталей в пределах, допустимых в конкретных условиях
работы (например, качество зацепления зубчатых колес и условия работы
14
подшипников ухудшаются при больших прогибах валов). Значение расчетов на
жесткость возрастает в связи с тем, что совершенствование конструкционных
материалов происходит главным образом в направлении повышения их
прочностных характеристик (В и
-1), а модули упругости Е (характеристика
жесткости) повышаются при этом незначительно или даже сохраняются
постоянными. Нормы жесткости устанавливают на основе практики эксплуатации
и расчетов. Встречаются случаи, когда размеры, полученные из условия
прочности, оказываются недостаточными по жесткости. Расчеты на жесткость
более трудоемки, чем расчеты на прочность. Поэтому, в ряде случаев
ограничиваются лишь последними, но принимают заведомо повышенные
коэффициенты запаса прочности, чтобы таким косвенным способом обеспечить
должную жесткость [11].
Износостойкость – свойство деталей сопротивляться изнашиванию, то есть
процессу постепенного изменения размеров и формы деталей в результате трения.
При этом увеличиваются зазоры в кинематических парах, что, в свою очередь,
приводит к нарушению точности, появлению дополнительных динамических
нагрузок, уменьшению поперечного сечения и, следовательно, к уменьшению
прочности. При современном уровне техники порядка 85 - 90 % деталей и узлов
выходят из строя в результате изнашивания, что вызывает резкое удорожание
эксплуатации в связи с необходимостью периодической проверки их состояния и
ремонта. Для тягового подвижного состава затраты на ремонты и техническое
обслуживание в связи с изнашиванием могут значительно превосходить
стоимость нового ТПС. Расчет деталей на износостойкость заключается либо в
определении условий, обеспечивающих жидкостное трение (режима работы,
когда соприкасающиеся поверхности разделены достаточным слоем смазки), либо
в обеспечении их достаточной долговечности путем назначения для трущихся
поверхностей соответствующих допускаемых давлений.
Надежность, как критерий работоспособности, оценивают коэффициентом
надежности P(t), как вероятности сохранения работоспособности в течение
15
заданного срока службы [12]. Надежность узла может быть достигнута
выполнением ряда требований на всех этапах проектирования, изготовления и
эксплуатации. К их числу относятся:
− схема узла должна быть выбрана таким образом, чтобы число ее деталей,
по возможности, было минимальным;
− надежность каждой детали узла должна быть достаточно высокой;
− расчеты должны наиболее точно отражать действительные условия
работы, а качество изготовления соответствовать намеченному;
− широкое использование унифицированных и стандартизованных деталей;
− защита от внешних воздействий: вибрации, высоких температур,
окислительных сред, пыли, а также эффективная система смазки трущихся узлов;
− расширение допускаемых пределов для параметров, определяющих
работоспособность
узла
(например,
введение
упругих
муфт,
установка
предохранительных устройств);
− конструкция узла должна обеспечивать легкую доступность к его деталям
для осмотра и замены (ремонтопригодность);
− применение в некоторых случаях параллельного соединения деталей и
резервирования.
Таким образом, работоспособность деталей и узлов локомотивов является
комплексным свойством, зависящим от множества факторов, которые можно
разделить на три группы: конструктивные особенности, режимы эксплуатации и
технологии технического обслуживания и ремонта [13].
1.2
Основные показатели эксплуатационной надежности грузовых
магистральных локомотивов новых серий
В начале 2023 года на сети железных дорог в эксплуатации находилось
4660 единиц грузовых локомотивов новых серий: 2,3,4ЭС5К в количестве
1891 единиц; 2,3ЭС4К – 208 единиц; 2ЭС6 – 1285 единиц; 2ЭС7 – 13 единиц;
16
2ЭС10 – 177 единиц; 2ТЭ25А – 55 единиц; 2ТЭ25КМ – 532 единицы;
3ТЭ25К2М – 113 единиц; 2ТЭ116У – 329 единиц; 2ТЭ116УД – 57 единиц. [14].
Несмотря на обновление парка остаются высокими количество неплановых видов
ремонта, неисправностей оборудования, деталей и узлов локомотивов, что
говорит об их недостаточной эксплуатационной надёжности.
Отказы классифицируются в соответствии с ОСТ 32.46-95 [15]:
− отказ первого вида – отказ единицы тягового подвижного состава (ЕТПС),
последствием которого является порча. Порча – отказ ЕТПС, вызвавший
вынужденную остановку пассажирского поезда на перегоне или промежуточной
станции,
если
дальнейшее
движение
поезда
продолжено
с
помощью
вспомогательного локомотива, а также отмена электропоезда или дизель-поезда
из-за неисправности подвижного состава, повлекшая высадку пассажиров на
промежуточной станции;
− отказ второго вида – отказ ЕТПС, последствием которого является
неисправность. Неисправность – отказ ЕТПС, в результате которого допущена
задержка поезда на перегоне хотя бы по одному из путей или на станции сверх
времени, установленного графиком движения, на один час и более;
− отказ третьего вида – отказ ЕТПС, требующий выполнения ей
непланового ремонта.
Определение показателей производится в соответствии с «Методическими
положениями для расчета показателей безотказности и готовности локомотивов
по результатам их эксплуатации», утвержденными распоряжением ОАО «РЖД»
№2367р от 13.10.2008 г.
Показатели надёжности грузовых магистральных локомотивов новых
серий приведены в таблице 1.1, а эксплуатационные показатели представлены в
таблице 1.2.
17
Таблица 1.1 – Показатели надёжности грузовых магистральных локомотивов новых серий
Серия
локомотива
Инвертарный парк
2,3,4ЭС5К
2,3ЭС4К
2ЭС6
2ЭС7
2ЭС10
2ТЭ25А
2ТЭ25КМ
3ТЭ25К2М
2ТЭ116У
2ТЭ116УД
1891
208
1285
13
177
55
532
113
329
57
Коэффициент
технической готовности, Ктг
Значение
2021г.
2022г.
по ТУ
0,95
0,947
0,941
0,95
0,898
0,875
0,95
0,898
0,932
0,95
0,976
0,953
0,95
0,809
0,878
0,95
0,640
0,732
0,95
0,828
0,843
0,95
0,899
0,931
0,95
0,752
0,804
0,95
0,705
0,726
Коэффициент
внутренней готовности, Квг
Значение
2021г.
2022г.
по ТУ
0,97
0,975
0,973
0,97
0,929
0,917
0,97
0,948
0,978
0,97
0,985
0,965
0,96
0,837
0,903
0,97
0,917
0,914
0,97
0,892
0,901
0,97
0,928
0,974
0,97
0,820
0,876
0,97
0,742
0,769
Количество отказов 1 и 2 вида
(случаев на 1 млн. км пробега)
Значение
2021г.
2022г.
по ТУ
2,0
5,9
9,9
2,0
8,9
6,3
2,0
3,4
1,9
2,0
4,8
5,3
1,35
6,78
3,3
2,9
103,6
49,7
2,0
9,4
5,7
3,0
17,5
16,1
2,0
14,4
13,2
2,0
10,3
7,6
Количество отказов 3 вида
(случаев на 1 млн. км пробега)
Значение
2021г.
2022г.
по ТУ
11,0
33,5
36,3
11,0
103,0
101,2
11,0
60,0
45,4
11,0
17,5
11,9
7,8
75,2
60,9
11,0
120,2
123,1
11,0
85,2
75,7
16,5
107,7
50,9
11,0
153,8
155,4
11,0
118,5
97,1
Таблица 1.2 – Основные эксплуатационные показатели грузовых магистральных локомотивов новых серий
Грузовые локомотивы
Показатель
Период
2ЭС5К
3ЭС5К
4ЭС5К
2ЭС4К
3ЭС4К
2ЭС6
2ЭС7
2ЭС10
2ТЭ25А
2ТЭ25КМ
3ТЭ25К2М
2ТЭ116У
2ТЭ116УД
Среднесуточный пробег, км
Средняя масса поезда, т
2021г.
480
629
473
325
477
645
687
504
340
400
395
461
359
2021г.
3546
4141
5065
2956
4723
4416
4949
4245
3272
3740
4631
3874
3599
2022г.
449
576
447
338
473
609
643
438
303
396
372
457
334
-6,5%
-8,4%
-5,5%
4,0%
-0,8%
-5,6%
-6,4%
-13,1%
-10,9%
-1,0%
-5,9%
-0,8%
-7,0%
2022г.
3518
4212
5155
2969
4824
4422
5498
4079
3512
3776
4494
3781
3560
-0,8%
1,7%
1,8%
0,4%
2,1%
0,1%
11,1%
-3,9%
7,3%
1,0%
-3,0%
-2,4%
-1,1%
Среднесуточная
производительность, тыс. ткм
брутто
2021г.
2022г.
1565
1470
-6,1%
2409
2275
-5,6%
1247
1203
-3,5%
879
921
4,8%
2176
2212
1,7%
2671
2537
-5,0%
3377
3519
4,2%
2062
1704
-17,4%
943
973
3,3%
1266
1283
1,4%
1707
1585
-7,2%
1609
1572
-2,3%
1185
1082
-8,7%
Техническая скорость, км/ч
Участковая скорость, км/ч
2021г.
45,2
43,3
43,8
43,5
45,1
52,2
45,9
44,1
39,1
45,5
42,9
47,7
43,5
2021г.
37,3
39,1
37,9
34,0
38,8
48,0
41,0
38,2
27,1
39,6
27,1
41,3
33,4
2022г.
43,0
40,1
40,2
42,8
44,3
49,9
41,7
40,1
38,2
44,6
43,9
46,8
40,5
-4,9%
-7,5%
-8,2%
-1,5%
-1,8%
-4,4%
-9,0%
-9,1%
-2,2%
-2,0%
2,2%
-1,9%
-6,9%
2022г.
34,8
36,1
33,7
33,9
39,0
45,2
36,9
33,7
26,5
37,7
25,3
39,9
29,1
6,6%
-7,7%
-11,0%
-0,4%
0,6%
-5,7%
-9,9%
-11,9%
-2,2%
-4,7%
-6,5%
-3,3%
-12,9%
18
Необходимо отметить, что в 2022 году на фоне общего ухудшения
эксплуатационных
показателей
локомотивов
новых
серий
(снижены
среднесуточный пробег на 5,2 %, среднесуточная производительность на 3,1 %,
техническая скорость на 4,4 %, участковая на 6,4 %) коэффициенты технической
и внутренней готовности оставались ниже установленных техническими
условиями (ТУ).
1.3
Виды отказов механической части электровозов новых серий
Одним из важных показателей, влияющих на безопасность движения,
является
надежность
механической
части
локомотива.
Механическое
оборудование предназначено для реализации тяговых и тормозных усилий,
развиваемых электровозом, размещения электрического и пневматического
оборудования.
Механическая
часть
воспринимает
комбинированные
динамические нагрузки, возникающие при движении электровоза по кривым и
прямым участкам пути [16, 17].
Для обеспечения нормальной и безаварийной работы механическая часть
должна быть достаточно прочной, должна отвечать требованиям безопасности
движения и правилам технической эксплуатации железных дорог. Механическое
оборудование
должно
работоспособное
находиться
состояние,
в
исправном
обеспечивать
состоянии
удобство
и
ремонта
сохранять
отдельных
частей [18].
Отмечено, что по окончанию действия гарантийного срока эксплуатации
локомотивов происходит ухудшение их показателей надежности. Количество
отказов и неплановых ремонтов локомотивов по истечении сроков гарантии
существенно превосходят показатели надежности гарантийных локомотивов.
Согласно Транспортной стратегии Российской Федерации на период до
2030 года, утвержденной распоряжением Минтранса России № 1032-р от 11 июня
19
2014 г., выбор оптимальных решений механической части электровозов,
рассматривается как приоритетное направление деятельности [19].
В механической части 2,3,4ЭС5К преобладают неисправности крепления
кожуха зубчатой передачи и составляют 8,5 % от отказов всего парка, 2,3ЭС4К –
неисправности системы пескоподачи составляют 12 %, у электровозов 2ЭС6 и
2ЭС10 отказы связаны с неплановыми обточками бандажей колесных пар и
составляют 26 % и 17 % соответственно от всех отказов механического
оборудования [20].
Все указанные локомотивы эксплуатируются преимущественно с поездами
повышенной массы и длины в условиях переломного профиля пути с кривыми
малого радиуса.
1.3.1 Неисправности узлов механической части и причины снижения
эксплуатационной надежности электровозов серии 2ЭС6
За 12 месяцев 2022 г. в сервисном локомотивном депо ХХХХ
зафиксировано 1946 случаев неисправностей оборудования электровозов серии
2ЭС6. Из них 170 случаев приходится на неисправности механической части, что
составляет 9 % от всех неисправностей.
Распределение
основных
видов
неисправностей
механического
оборудования электровозов серии 2ЭС6 представлено в таблице 1.3.
Таблица 1.3 –
электровоза 2ЭС6
Основные
неисправности
механического
оборудования
% от
% от
КолКолобщего
общего
во
во
Вид оборудования
кол-ва
кол-ва
2022 г.
2021 г.
1
2
3
4
5
Неисправность кожуха зубчатой передачи (КЗП) 42
27
48
34
Неисправность бандажей колесных пар
55
35
57
41
Неисправность ударно-сцепного устройства
5
3
3
2
20
Продолжение таблицы 1.3
Неисправность тормозной рычажной передача
Неисправность песочного оборудования
Неисправность буксовых подшипников
Неисправность гидродемпферов
Неисправность опорных подшипников ТЭД
Неисправность буксовых поводков
Неисправность поводка подвески ТЭД
Всего:
15
15
7
5
11
2
1
158
9
9
4
3
7
1
1
100
5
12
4
7
2
2
0
140
4
9
3
5
1
1
0
100
Анализ отказов и причин неплановых ремонтов электровозов серии 2ЭС6 в
2023 году также свидетельствует о том, что значительная их часть (9 %)
приходится на неисправности механической части, а 26,4 % от общего количества
отказов механического оборудования – это преждевременный износ и снижение
ресурса бандажей колесных пар, что указывает на высокие динамические
напряжения в контакте «колесо-рельс».
Интенсивность изнашивания материала гребней влияет на ресурс бандажей
колесных пар. При предельном износе равном 25 мм выполняется обточка либо
выкатка колесно-моторного блока для замены колесной пары. Количество
обточек колесных пар электровозов серии 2ЭС6 по видам неисправностей
представлено в таблице 1.4.
Таблица 1.4 – Основные причины обточек бандажей колесных пар электровозов
серии 2ЭС6 приписного парка ТЧЭ – ХХХ
Причины
Разница Остроконечный
Выщербины Всего
Износ гребня Ползун
обточки
диаметров
накат
Кол-во
10
76
333
315
4881
4147
Таким образом, 85 % обточек колесных пар выполняются по предельному
износу гребня. По этой причине в настоящее время ресурс бандажа электровозов
серии 2ЭС6 составляет 380 тыс. км, что на 37% ниже ресурса, заявленного в ТУ
(600
тыс.
км),
средняя
интенсивность
изнашивания
гребня
равна
21
0,495 мм/10 тыс. км, пробег колесных пар между обточками составляет
52,8 тыс. км.
Анализ динамики обточек с 2017 года показал, что рост количества обточки
наблюдается со второго полугодия 2019 года с началом интенсивного
использования электровозов серии 2ЭС6 с поездами повышенной массы и длины
(ПМД) весом 8000 – 9000 т на полигонах Западно-Сибирской, Южно-Уральской и
Свердловской железных дорог (рисунок 1.1).
555
528 517
507
499
488 496478
474
439427
424
464
440418451
397
390
378376
345
329 315335329343
249
194
475
521 512
509
472
474
466
503 482507
471
465 450472
468
401
378
Сентябр…
Июль,20
Май,20
Март,20
Январь,…
Ноябрь,…
Сентябр…
Июль,19
Май,19
Март,19
Январь,…
Ноябрь,…
Линейная (обточено колесных пар)
Сентябр…
Июль,18
Май,18
Март,18
Январь,…
Ноябрь,…
Сентябр…
Июль,17
Май,17
Март,17
обточено колесных пар
Январь,…
600
500
400
300
200
100
0
Рисунок 1.1 – Динамика количества обточек бандажей электровозов серии 2ЭС6
Для исследования основных причин высокой интенсивности изнашивания
гребней колесных пар электровозов серии 2ЭС6 использовались данные
первичного учета повреждений и неисправностей локомотивов и мотор-вагонного
подвижного состава и их оборудования, результаты обмеров колесных пар
локомотивов корпоративного парка Западно-Сибирской, Южно-Уральской и
Свердловской
железных
дорог,
результаты
анализа
конструкторской
документации и технологических процессов ремонта [21, 22], режимов и условий
эксплуатации.
В процессе обмеров определены максимальная – 0,615 мм/10 тыс. км и
минимальная – 0,192 мм/10 тыс. км интенсивности изнашивания гребней
бандажей, порядковые номера колесных пар с максимальным износом гребней
бандажей и разницы суммарного износа по сторонам тележек и секциям
локомотива, которые составили 8,5 мм и 11 мм соответственно.
22
В
среднем
интенсивность
изнашивания
гребня
варьировалась
от
0,221 мм/10 тыс. км до 0,558 мм/10 тыс. км.
Также в результате обмеров был выявлен неравномерный и односторонний
износ по сторонам колесных пар. Так, например, у электровоза 2ЭС6 № ХХХ на
пятой и шестой колесных парах третьей тележки слева, износ гребня составил
0,5 мм и 5 мм соответственно, тогда как справа износ гребней у обеих колесных
пар отсутствовал. Данные обмеров колесных пар электровозов представлены в
таблицах № 1.5 – 1.9.
Таблица 1.5 – Максимальная интенсивность изнашивания гребней колесных пар
электровоза 2ЭС6 № ХХХ
КП
16.10.2020
30.11.2020
Гребень, мм
Гребень, мм
1
28,0 27,5 26,5 26,5
2
28,5 29,0 28,0 28,5
3
29,0 30,0 26,5 28,0
4
29,0 28,0 26,5 25,5
5
29,0 28,0 28,0 25,0
6
29,0 28,5 27,5 24,5
7
28,5 28,5 27,0 25,0
8
29,5 29,5 27,5 27,0
Суммарный износ гребней, мм
Износ, мм за
32,5 тыс. км
пробега
1,5
0,5
2,5
2,5
1,0
1,5
1,5
2,0
13,0
1,0
0,5
2,0
2,5
3,0
4,0
3,5
2,5
19,0
Интенсивность
изнашивания,
мм / 10 тыс. км
пробега
0,615
32,0
Таблица 1.6 – Минимальная интенсивность изнашивания гребней колесных пар
электровоза 2ЭС6 № ХХХ
КП
1
1
2
3
09.10.2020
23.11.2020
Гребень, мм
Гребень, мм
2
29,0
29,0
30,0
4
29,0
28,5
29,5
3
29,0
29,5
26,5
5
28,0
28,5
26,0
Износ, мм за
32,5 тыс. км
пробега
6
0,0
0,5
0,5
7
1,0
1,0
0,5
Интенсивность
изнашивания,
мм / 10 тыс. км
пробега
8
0,192
23
Продолжение таблицы 1.6
1
2
3
4
5
4
29,5
26,5
29,0
26,0
5
29,5
28,5
29,0
27,5
6
29,5
29,5
29,0
29,0
7
30,0
29,5
29,0
28,5
8
29,0
29,0
29,0
28,0
Суммарный износ гребней, мм
6
0,5
0,5
0,5
1,0
0,0
3,5
7
0,5
1,0
0,5
1,0
1,0
6,5
8
0,192
10,0
Таблица 1.7 – Максимальный износ гребня слева восьмой колесной пары
электровоза 2ЭС6 № ХХХ
КП
13.09.2020
02.11.2020
Гребень, мм
Гребень, мм
1
27,0 29,5 26,0 29,0
2
28,0 30,0 26,5 29,0
3
29,5 29,5 29,0 28,5
4
29,5 30,0 29,0 29,5
5
29,0 29,0 28,5 28,5
6
32,0 32,0 30,5 30,5
7
29,5 31,0 25,5 30,0
8
29,0 31,0 23,0 30,5
Суммарный износ гребней, мм
Износ, мм за
32,5 тыс. км
пробега
1,0
1,5
0,5
0,5
0,5
1,5
4,0
6,0
15,5
0,5
1,0
1,0
0,5
0,5
1,5
1,0
0,5
6,5
Интенсивность
изнашивания,
мм / 10 тыс. км
пробега
0,423
22,0
Таблица 1.8 – Разница износа гребней колесных пар по сторонам электровоза
2ЭС6 № ХХХ
КП
1
1
2
3
4
5
07.10.2020
24.11.2020
Гребень, мм
Гребень, мм
2
31,0
28,0
29,5
31,0
32,0
4
29,0
27,5
28,5
29,5
31,0
3
31,0
29,5
27,5
31,0
31,0
5
28,5
29,0
27,0
26,0
26,0
Износ, мм за
32,5 тыс. км
пробега
6
2,0
0,5
1,0
1,5
1,0
7
2,5
0,5
0,5
5,0
5,0
Интенсивность
изнашивания,
мм / 10 тыс. км
пробега
8
0,500
24
Продолжение таблицы 1.8
1
2
3
4
5
6
29,0
28,5
29,0
27,0
7
28,0
29,5
28,0
29,0
8
31,0
31,5
29,5
28,5
Суммарный износ гребней, мм
6
0,0
0,0
1,5
7,5
7
1,5
0,5
3,0
18,5
8
0,500
26,0
Таблица 1.9 – Разница износа гребней по сторонам пятой и шестой колесных пар
третьей тележки электровоза 2ЭС6 № ХХХ
КП
29.09.2020
20.11.2020
Гребень, мм
Гребень, мм
1
29,0
29,0
28,0
28,5
2
30,0
30,0
28,5
27,5
3
31,0
30,0
30,0
27,0
4
29,0
28,5
26,0
26,5
29,5
27,0
29,0
27,0
5
31,0
30,0
26,0
30,0
6
7
30,0
27,0
30,0
26,5
8
32,0
32,0
29,5
31,0
Суммарный износ гребней, мм
Проведенные
исследования
Износ, мм за
32,5 тыс. км
пробега
1,0
1,5
1,0
3,0
0,5
5,0
0,0
2,5
14,5
показали,
Интенсивность
изнашивания
мм / 10 тыс. км
пробега
0,5
2,5
3,0
2,0
0,0
0,0
0,5
1,0
9,5
что
0,462
24,0
высокая
интенсивность
изнашивания бандажей колес характерна практически для всех электровозов
эксплуатируемого парка. Односторонний износ гребней бандажей проявляется
индивидуально для отдельных конкретных электровозов.
В результате анализа конструкторской и технологической документации,
условий и режимов эксплуатации определены основные причины, снижающие
эксплуатационную надежность электровозов серии 2ЭС6:
− различная высота кузовных пружин (на одной стороне тележки более
3 мм, комплекта в одной тележки более 4 мм) [23];
− изменение
установленного
технологическим
процессом
сборки
положения кузовных пружин относительно их вертикальной оси в процессе
25
эксплуатации и ремонта, негативно влияющее на параметры упругой поперечной
связи тележки с кузовом;
− особенности конструкции тележки и некоторых узлов рессорного
подвешивания,
имеющих
большое
количества
регулируемых
зазоров
и
параметров, контролируемых при сборке, с высокой вероятностью их изменения в
процессе эксплуатации. Например: зазор «П» между упором-ограничителем
горизонтальных перемещений тележки и рамой кузова [22], равен 20+1
−1 мм,
(рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 – Параметр «П»
Этот зазор регулируется на прямом нивелированном участке рельсовой
колеи
с
зауженной
колеей
шириной
1512+2
−2
мм
и
обеспечивает
регламентированную нелинейность упругой поперечной связи рамы тележки с
кузовом;
− эксплуатация двухсекционных локомотивов серии 2ЭС6 с поездами
повышенного веса (до 9 тыс. тонн) на участках пути с кривыми малого радиуса
повышает динамические напряжения в материалах головки рельса и бандажа
колеса и ускоряет процесс изнашивания в зоне их контакта.
26
1.4
Рессорное подвешивание грузовых магистральных
электровозов новых серий
Конструкция
экипажной
части
значительно
влияет
на
условия
взаимодействия гребней колесных пар с головкой рельса [24, 25].
Учитывая, что магистральные электровозы серий 2,3,4ЭС5К, 2,3ЭС4К,
2ЭС6, 2ЭС10 эксплуатируются преимущественно с поездами повышенной массы
и длины в условиях переломного профиля пути с кривыми малого радиуса, а
проблема низкого ресурса бандажа из-за высокой интенсивности износа гребней
(0,495 мм/10 тыс. км) колесных пар преобладает у электровозов серии 2ЭС6,
выполнена сравнительная оценка систем рессорного подвешивания электровозов
новых серий [21, 26, 27].
Во всех локомотивах указанных серий силы тяги реализуются с помощью
наклонных тяг, кузов опирается на пружины «flexicoil», имеется одинаковое
количество гидравлических гасителей колебаний как в буксовой, так и в кузовной
ступени подвешивания, а также присутствуют упоры-ограничители вертикальных
и горизонтальных перемещений тележки. Существенные отличия заключаются в
конструкции буксовых поводков и резинометаллических блоков в их головках, а
также в конструкции поперечной связи тележки с кузовом локомотива. База
тележек электровозов 2ЭС6 и 2ЭС10 больше на 100 мм, чем у 2,3,4ЭС5К и
2,3ЭС4К.
Сравнивая узлы кузовной ступени подвешивания, необходимо отметить, что
отличительной особенностью конструкции экипажной части электровозов
2,3,4ЭС5К является люлечное подвешивание, хорошо зарекомендовавшее себя в
процессе эксплуатации локомотивов более ранних серий.
Узлы первой и второй ступени подвешивания электровозы серий 2,3,4ЭС5К,
2,3ЭС4К,
2ЭС6,
2ЭС10
представлены
в
таблице
1.10.
Минимальный радиус
кривой, м
Буксовые пружины
2,3,4ЭС5К
2,3ЭС4К
2ЭС6
2ЭС10
2900
2900
3000
3000
125
125
125
125
+
+
+
+
двухсторонние
двухсторонние
односторонние
односторонние
Противоотносное
устройство
Опорно-возвращающее
устройство
Наклонная тяга
Гидродемпферы
(горизонтальные,
вертикальные)
Вертикальный упор
Горизонтальный упор
+
-
Шкворень
+
+
+
+
Пружины
«Флексикойл»
Резинометаллические
опоры
Люлечное
подвешивание
База тележки, мм
Буксовые поводки
Гидродемпферы
Серия локомотива
27
Таблица 1.10 – Сравнение узлов первой и второй ступеней подвешивания
1-я ступень
2-ступень
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
28
На электровозах 2,3ЭС4К наряду с кузовными пружинами установлено
противоотносное устройство, предназначенное для формирования жесткостной
характеристики
связи
кузова
с
тележкой
в
поперечном
направлении
(рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 – Противоотносное устройство тележки 2ЭС4К
Таким образом из-за отсутствия дополнительных узлов и устройств в
конструкции механической части 2ЭС6, стабилизирующих горизонтальные
колебания виляния и относа тележки, упор-ограничитель горизонтальных
перемещений играет важную роль в формировании характеристики упругой
поперечной связи, а его работоспособное состояние и качество сборки во много
определяют характер и интенсивность изнашивания гребней колесных пар.
1.5
Постановка цели и задач диссертационной работы
С появлением грузовых локомотивов новых серий на сети железных дорог
была решена проблема тяжеловесного движения на участках со сложным
профилем
пути.
За
счёт
внедрения
результатов
экспериментальных
и
теоретических исследований взаимодействия колеса с рельсом в узлы экипажной
части локомотивов новых серий были внесены существенные конструктивные
изменения, способствующие повышению их работоспособности и надёжности.
29
Реальная практика эксплуатации локомотивов показывает, что не все эти
технические решения совершенны.
Кроме того, конструктивные особенности электровозов новых серий
повышают важность вопроса оснащения ремонтных локомотивных депо
нестандартным оборудованием для механизации выполнения технологических
операций, сокращения времени и повышения качества ремонта.
Анализ отказов в эксплуатации и неплановых ремонтов электровозов новых
серий свидетельствует о том, что остается высоким процент неисправностей
деталей и узлов механической части.
Для
обеспечения
надежной
работы
электровозов
необходимо
совершенствовать их конструкцию и технологию производства, разрабатывать и
внедрять мероприятия по поддержанию их работоспособности в эксплуатации,
что во многом определяется качеством технического обслуживания и ремонта.
Целью диссертационной работы является повышение динамических
качеств и эксплуатационной надежности грузовых магистральных электровозов
серии 2ЭС6 за счёт совершенствования конструкции и технологии ремонта узлов
кузовного рессорного подвешивания.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
− исследовать влияние конструктивных и технологических параметров
механической части на динамические качества электровозов серии 2ЭС6,
работоспособность поперечной упругой связи тележки с кузовом и силовое
взаимодействие гребней бандажей колесных пар и рельсов в условиях
эксплуатации;
− разработать математическую модель для определения влияния положения
концевых витков пружин «flexicoil» в кузовном рессорном подвешивании на
динамические качества электровозов серии 2ЭС6;
− предложить метод определения напряжений и величины взаимного
проникновения (сближения) головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в
области их силового контакта;
30
− разработать методику расчета характеристик изнашивания гребня бандажа
колеса при движении локомотива в кривой заданного радиуса;
− исследовать влияние потерь на трение в контакте «колесо-рельс» на
интенсивность изнашивания материала бандажей колесных пар локомотива;
− усовершенствовать
конструкцию
и
технологию
ремонта
кузовного
рессорного подвешивания грузового магистрального электровоза серии 2ЭС6.
31
2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КУЗОВНОГО РЕССОРНОГО
ПОДВЕШИВАНИЯ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ 2ЭС6
Экипажная часть (экипаж) является частью конструкции локомотива,
обеспечивающей его движение в рельсовой колее, и представляет собой повозку
с колёсными парами, в которой располагается необходимое энергетическое и
вспомогательное оборудование. Экипажная часть является основой локомотива,
непосредственно обеспечивающей его движение.
К экипажной части предъявляется ряд обязательных конструктивных
требований и условий содержания при эксплуатации, к которым относятся:
способность двигаться на прямых и криволинейных участках пути, не
вызывая перегрузок в элементах конструкции;
свойство сохранять прочность узлов и деталей в течение всего срока
службы;
обеспечение комфортных условий труда локомотивной бригады;
защита оборудования от вредного воздействия вибраций и внешней среды.
Кузовная ступень рессорного подвешивания (вертикальные упругие
соединения) обеспечивает виброзащиту кузова, а улучшение плавности хода и
снижение воздействия на путь – квазиупругие устройства поперечной связи – так
называемые возвращающие устройства.
Таким образом, конструкция экипажной части значительно влияет на
динамические качества локомотива и условия взаимодействия гребней колесных
пар с головкой рельса [28].
2.1
Экипажная часть электровозов серии 2ЭС6
Экипажная часть электровоза 2ЭС6 состоит из двух секций, соединенных
между собой автосцепкой. Каждая секция включает в себя две двухосные тележки
32
и кузов, которые связаны между собой наклонными тягами, кузовным рессорным
подвешиванием, гидродемпферами и упорами-ограничителями горизонтальных
перемещений тележки [21].
На механическую часть электровоза действуют нагрузки, создаваемые
весом механического, электрического и пневматического оборудования. Кроме
того, механическая часть передает тяговые усилия от электровоза к поезду и
воспринимает динамические нагрузки, возникающие при движении электровоза
по кривым и прямым участкам пути. Механическая часть должна быть достаточно
прочной, а также отвечать требованиям безопасности движения и правилам
технической эксплуатации железных дорог. Для обеспечения нормальной и
безаварийной работы необходимо, чтобы все механическое оборудование
находилось в работоспособном состоянии и отвечало нормам безопасности,
прочности и правилам ремонта.
Механическая
(экипажная)
часть
одной
секции
электровоза
2ЭС6
представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Схематичное изображение экипажной части
электровоза серии 2ЭС6
1 – автосцепка; 2 – кабина; 3 – колесная пара; 4 – букса; 5 – буксовый
поводок; 6 – рама тележки; 7 – перегородка; 8 – кронштейн; 9 – наклонная тяга;
10 – крыша кузова; 11 – амортизатор; 12 – рама кузова; 13 – буксовая пружина;
14 – кузовная пружина; 15 – страховочный шкворень; 16 – кронштейн;
17 – боковая стенка; 18 – задняя стенка;19 – переходная площадка
33
Связи кузова с рамой тележки предназначены для передачи всех видов
усилий между рамой кузова и тележкой. Кузовное подвешивание 2ЭС6 состоит
из пружин типа «flexicoil», гидравлических гасителей колебаний, упоровограничителей горизонтальных и вертикальных перемещений, а также наклонных
тяг [21]. Пружины «flexicоil» кузовного подвешивания показаны на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Пружины «flexicоil» кузовного подвешивания
электровоза 2ЭС6
1 – стопорная планка; 2 – стяжной болт; 3 – «бонка»; 4 – верхний стакан;
5 – пружина; 6 – направляющая чаша
Каждая
тележка
имеет
кузовные
пружины
5,
установленные
на
направляющие нижние чаши 6, вставленные в фиксирующие кольца на боковинах
рамы тележки.
Расстояние между осями пружин вдоль боковин составляет 800 мм. С
рамой кузова пружины связаны через верхние стаканы 4, закрепленные на
приваренных к раме бонках 3, болтами 2, которые зафиксированы от
отвинчивания стопорной планкой 1. Пружины изготовлены из шлифованного
прутка диаметром 46 мм стали 60С2ХА с поджатыми и обточенными концевыми
витками. Статический прогиб пружин под расчетной нагрузкой составляет
105 мм, высота пружины под нагрузкой равна 550 мм, поперечная жесткость
пружины равна 123 Н/мм, что соответствует эквивалентной длине маятниковой
подвески около 540 мм.
34
Поворот тележки относительно кузова в кривых участках пути вызывает
поперечную деформацию концевых витков пружин до 91 мм в кривых участках
радиусом до 80 – 100 м, при этом на тележку действует возвращающий момент от
поперечной деформации пружин 11,75 кН·м/град, который в крутых кривых
достигает 47 кН·м (поворот тележки до 4˚). Упругая поперечная связь кузова с
тележкой нелинейная: на первой половине поперечного смещения кузова
относительно тележки ± 20 мм жесткость связи 0,5 кН/мм определяется работой
кузовных пружин 5, на второй половине поперечного смещения кузова до ± 40 мм
добавляется жесткость 2,1 кН/мм пружины возвращающего устройства упораограничителя горизонтальных перемещений тележки (рисунок 2.3), в результате
чего упругая возвращающая сила возрастает до 62 кН [21, 29].
Рисунок 2.3 – Упор-ограничитель горизонтальных перемещений тележки
1 – стакан; 2 – палец; 3 – втулка; 4 – основание; 5 – пружина
Палец упора-ограничителя 2 с пружиной 5 закреплены на боковине рамы в
стакане 1 посередине тележки и после регулируемого зазора 20 мм упирается в
упорную плиту, закрепленную на обносном швеллере рамы кузова.
Упоры-ограничители
горизонтальных
перемещений
тележки,
горизонтальные гидравлические гасители колебаний выполняют функцию
стабилизации горизонтальных колебаний виляния и относа тележки.
35
2.2
Влияние положения концевых витков пружин «flexicoil» в кузовном
рессорном подвешивании на динамические качества электровозов серии 2ЭС6
В последнее время в рессорном подвешивании тягового подвижного состава
применяются компоновочные решения, использование которых связано с работой
пружин на поперечные (сдвигающие) нагрузки. Примером может служить
используемое на электровозах серии 2ЭС6 кузовное подвешивание, выполненное
через четыре пружины типа «flexicoil» на каждой тележке (по две с каждой
стороны), установленные с ориентированными наружу тележки концевыми
витками на направляющие нижние чаши, вставленные в фиксирующие кольца на
боковинах рамы тележки и связанные с рамой кузова через верхние стаканы,
закрепленные на приваренных к раме бонках болтами, которые зафиксированы от
отвинчивания стопорной планкой. Тележки связаны с кузовом через пружины
типа «flexicоil», упоры-ограничители и наклонные тяги [21, 22].
Поворот тележки относительно кузова в кривых участках пути вызывает
поперечную деформацию концевых витков пружин, при этом на тележку действует
возвращающий момент [21].
В период эксплуатации из-за конструктивных особенностей верхней опоры
и нижней направляющей чаши кузовных пружин не исключены случайные
изменения заданного положения концевых витков пружин при их монтаже и в
процессе работы локомотива из-за возможного поворота пружин вокруг своей
вертикальной оси относительно направляющей нижней чаши тележки. Для
исключения
данного
конструктивного
недостатка
необходимо
изменить
конструкцию верхней опоры и нижней направляющей чаши.
Изменение регламентированного положения концевых витков пружин
снижает
возвращающий
момент
от
поперечной
деформации
пружин,
действующий на тележку, что, в свою очередь, негативно влияет на параметры
упругой поперечной связи кузова с тележкой при вписывании локомотива в
кривые участки пути [29], способствует перекосу кузова относительно рамы
тележки.
36
2.2.1 Определение силовых факторов в поперечном сечении рабочего витка
пружины типа «flexicоil»
Для оценки степени влияния положения концевых витков пружин «flexicoil»
в кузовном рессорном подвешивании на динамические качества электровозов
серии 2ЭС6 определены внутренние силовые факторы: продольная 𝐹1 и
поперечная 𝐹2 силы, изгибающий 𝑀и и крутящий 𝑀к моменты, возникающие в
поперечном сечении рабочего витка пружины при воздействии вертикальной
силы F, определяемой массой кузова локомотива, которая с учётом коэффициента
динамики [30] может составлять до 83 кН (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 – Расчётная схема для определения силовых факторов в рабочем
витке кузовной пружины
Усилия, действующие в любом поперечном сечении рабочего витка
⃗⃗ , являющемуся суммой векторов ⃗⃗⃗⃗⃗
пружины, сводятся к моменту 𝑀
𝑀и и ⃗⃗⃗⃗⃗
𝑀к ,
величина которого определяется как
𝑀 = 𝐹𝐷 ⁄2,
(2.1)
где F– вертикальная сила, определяемая массой кузова локомотива, приходящаяся
на одну пружину, кН;
D – средний диаметр пружины, м.
37
С учетом угла подъёма витка α получим 𝐹1 = 𝐹 sin α, 𝐹2 = 𝐹 cos α,
𝑀и =
𝐹𝐷
2
sin α, 𝑀к =
𝐹𝐷
2
cos α.
Для α = 14˚, вертикальной статической силы F = 66,2 кН и D = 0,197 м:
F1 = 15,9 кН, F2 = 63,9 кН кН, Ми = 1,6 кН·м, Мк = 6,3 кН·м.
Следовательно, при воздействии на пружину только одной вертикальной
силы (статическая нагрузка) от массы кузова локомотива в поперечном сечении
каждого рабочего витка пружины возникают: продольная сила, действующая
вдоль прутка, поперечная сила, изгибающий момент и момент кручения,
величины которых зависят от значения угла подъёма витка α, диаметра прутка
пружины d, среднего диаметра пружины D и вертикальной силы, действующей на
пружину,
причём
направление
вектора
момента
кручения
совпадает
с
направлением навивки пружины.
Расчеты показали, что момент изгиба ввиду небольшого угла навивки [31]
не оказывает значительного влияния на статический прогиб пружин по сторонам
тележки (при F = 66,2 кН, Ми = 1,6 кН · м).
Момент кручения превышает момент изгиба в четыре раза, направление
вектора совпадает с направлением навивки пружины.
Не уравновешенные внутренние моменты кручения, возникающие в
рабочих витках пружинного комплекта при воздействии веса кузова, изменяют
параметры упругой поперечной связи кузовного подвешивания локомотива.
Особенность конструкции пружин типа «flexicoil» [32] заключается в их
поперечной жесткости, которая в пять раз меньше продольной.
Такое конструктивное решение не препятствует повороту тележки в кривые
[33, 34], а возвращающий момент от поперечной деформации пружин при
правильной ориентации концевых витков зависит от угла поворота тележки и
равен 11,75 кН·м/град [21].
В таблице 2.1 приведены параметры кузовной пружины «flexicoil».
38
Таблица 2.1 – Характеристика пружины «flexicoil»
Обозначение
Сталь
G
E
d
D
n
n1
h0
F1
s1
C
CQ
h1
m
Название
60С2ХА
Модуль упругости при сдвиге
Модуль нормальной упругости
Диаметр прутка пружины
Средний диаметр пружины
Число рабочих витков
Полное число витков
Высота пружины в свободном состоянии
Расчётная вертикальная статическая нагрузка на
пружину
Расчётный статический прогиб пружины под
нагрузкой F1
Продольная жесткость пружины
Поперечная жесткость пружины
Высота пружины под расчётной статической
нагрузкой F1
Масса пружины
Величина
78 кН/мм2
196 кН/мм2
46 мм
197 мм
9
11
650 мм
66,2 кН
105 мм
640 Н/мм
123 Н/мм
549 мм
79 кг
Таким образом, для обеспечения свободного вписывания тележки [35] в
кривые участки пути необходимо уравновесить моменты кручения, возникающие
в
поперечном
сечении
рабочих
витков
пружин
кузовного
рессорного
подвешивания.
Условие равновесия для комплекта кузовных пружин одной тележки
определяется уравнением
⃗⃗ к1 + 𝑀
⃗⃗ к2 + 𝑀
⃗⃗ к3 + 𝑀
⃗⃗ к4 = 0,
𝑀
где
⃗⃗ к1 , 𝑀
⃗⃗ к2 , 𝑀
⃗⃗ к3 , 𝑀
⃗⃗ к4
𝑀
–
векторы
моментов
кручения
(2.2)
соответствующих
пружин, кН·м.
2.2.2 Определение оптимального варианта установки кузовных пружин типа
«flexicоil» с ориентированными наружу тележки концевыми витками
Теоретические и экспериментальные исследования влияния положения
концевых витков [36] кузовных пружин типа «flexicoil» на параметры упругой
39
поперечной связи кузовного рессорного подвешивания локомотива, а также
выполнение количественной оценки деформаций пружинного комплекта [37, 38],
смещений тележки (угол поворота относительно ее вертикальной
оси),
возникающих из-за не уравновешенных внутренних силовых факторов в рабочих
витках пружин при вписывании локомотива в кривые разного направления, с
учетом коэффициента вертикальной динамики, равным 0,25 [30] выполнены на
основе математического и программного моделирования [39] с помощью
комплекса Siemens NX10, основанного на методе конечных элементов (Finite
Element Method), c применением блока нелинейного статического анализа
(Nonlinear Static analysis) [40].
В конструкторской документации 2ЭС6 регламентировано положение
кузовных пружин с ориентированными наружу тележки концевыми витками.
Возможны два варианта установки кузовных пружин с ориентированными
наружу тележки концевыми витками (рисунок 2.5).
а
б
Рисунок 2.5 – Варианты установки кузовных пружин с ориентированными наружу
тележки концевыми витками
Вариант установки пружин на рисунке 2.5 б) отличается от варианта на
рисунке 2.5 а) поворотом кузовных пружин на 90° по часовой стрелке
относительно вертикальной оси.
40
Длина опорной поверхности концевого витка (дуга ВА – линия зеленого
цвета) равна 3/4 длины рабочего витка [32] (точка B – окончание рабочего витка;
точка А – окончание концевого витка).
Момент кручения 𝑀к𝑖 в дуге AB возникает от воздействия вертикальной
силы и направлен по часовой стрелке (правая навивка пружины) [41].
При вписывании тележки в кривую на гребень бандажа колесной пары
воздействует боковая сила, создающая момент поворота 𝑀внеш . За счёт
поперечного перемещения концевых витков в пружинном комплекте на тележку
действует суммарный возвращающий момент ∑𝑀с𝑖 = 11,75 кН·м/град [21],
направленный противоположно моменту поворота 𝑀внеш .
Для исключения воздействия внутренних моментов кручения пружин 𝑀к𝑖 ,
⃗⃗ к𝑖 в дуге АВ были
положение точки A подобрано таким образом, чтобы векторы 𝑀
направлены противоположно друг другу относительно боковин рам тележки, а их
величины
оставались
одинаковыми
независимо
от
направления
кривой
вписывания. Этого можно достичь только в одном случае, когда положение
концевых витков соответствует схеме, приведенной на рисунке 2.5 б). В любом
другом положении концевых витков пружин это условие не выполняется, что
способствует перекосу тележки в кривой и увеличению напряжений в пятне
контакта колеса с рельсом.
Расчётная 3D модель конструкции кузовного рессорного подвешивания
электровоза серии 2ЭС6 представлена на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 – 3D-модель конструкции кузовного рессорного подвешивания
электровоза серии 2ЭС6
41
Тележка представляет собой габаритную модель с характерными точками
установки буксовых и кузовных пружин. Пружины смоделированы в полном
соответствии с конструкторской документацией. Кузов электровоза представляет
собой объемный массовый элемент с характерными точками установки кузовных
пружин. Для выполнения расчёта созданы конечно-элементные модели (КЭМ)
[42]. Одна из них представлена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 – КЭМ кузовного рессорного подвешивания
электровоза серии 2ЭС6
Остальные модели отличаются только ориентацией концевых витков
пружин относительно продольной оси тележки и направлением (в зависимости от
направления кривой вписывания) действия силы 𝑄𝑚 действующей на пружинный
комплект и стремящейся повернуть тележку на угол φ.
Элементы конструкции смоделированы 3D элементами «CTETRA(10)» и
«CHEXA(20)».
Установка тележки на буксовые пружины моделировалась 1D элементами
RBE2, зависимые узлы которых соединены с местами установки опор буксовых
пружин на тележку.
Независимый
узел
расположен
на
оси
вращения
страховочного
шкворневого узла электровоза и закреплен по пяти степеням свободы
(ограничены перемещения по трем осям XYZ и ограничены повороты
относительно оси X и Y).
Имитатор кузова тележки ограничен по вертикальным граням по двум
степеням свободы (ограничены перемещения по оси X и Y).
42
Места контакта кузовных пружин с тележкой и имитатором кузова
смоделированы соединением типа «Face Gluing» представляющее собой жесткое
соединение между элементами конструкции.
При вписывании электровоза в кривую на пружинный комплект кузовных
пружин «flexicoil» в поперечном направлении действуют: усилие от поворота Qφ и
усилие от бокового сноса Qсв тележки.
Результирующей этих двух сил является сила Qm которая стремится
повернуть тележку на угол φ, рисунок 2.8.
Рисунок 2.8 – Расчётная схема поперечных деформаций кузовных пружин при
движении локомотива в кривой
1 – продольная ось кузова, 2 – ось тележки при повороте и относе, 3 – рама
тележки, 4 – упорная плита кузова, 5 – кузовная пружина
Максимальную поперечную нагрузку на пружину Qm определим по
формуле
𝑄𝑚 = 𝑠𝑄𝑚 𝐶𝑄 ,
(2.3)
где 𝑠𝑄𝑚 = √(𝑠св + 𝑠𝜑 cos(𝜗 − 𝜑))2 + (𝑠𝜑 sin(𝜗 − 𝜑))2 – максимальная поперечная
деформация концевых витков пружины, определяемая суммой векторов смещения
𝑠𝜑 от поворота тележки и поперечного смещения на 𝑠св мм;
43
𝑠св – зазор между упорной плитой рамы кузова и упором-ограничителем
горизонтальных перемещений тележки, 20 мм;
𝑠𝜑 = 𝑒 tan 𝜑 – перемещение концевого витка при повороте тележки на
угол 𝜑, мм;
𝑒 = √𝑎2 + 𝑏 2 - расстояние от центра поворота тележки до пружины, мм;
𝑎, 𝑏 – продольное и поперечное расстояние от кузовной пружины до центра
поворота тележки, соответственно 350 мм, 1100 мм;
𝜗 = arctg(𝑏/𝑎) – угол расположения кузовных пружин, относительно рамы
тележки, 72°;
𝐶𝑄 – поперечная жесткость кузовной пружины, Н/мм.
Для расчёта 𝐶𝑄 пружин типа «flexicoil», имеющих значительную высоту в
свободном состоянии, рекомендовано использовать формулу [37]
𝐶𝑄 =
где 𝐶 =
𝐺𝑑 4
8𝐷3 𝑛Ψ
2,62𝐶
𝐴[1+0,77(
,
(2.4)
ℎр 2
) ]
𝐷
– продольная жесткость пружины, Н/мм;
𝐺 – модуль упругости при сдвиге, для стали 60С2ХА, 78 кН⁄мм2 ;
𝑑 – диаметр прутка пружины, 46 мм;
D – средний диаметр пружины, 197 мм;
n – число рабочих витков, 9;
Ψ = (1 −
3
16𝑖 2
) – коэффициент, учитывающий влияние индекса пружины i. Для
пружины установленной в кузовной ступени электровоза серии 2ЭС6, Ψ =0,99;
𝐴 – поправочный коэффициент, равный 1,5 [32];
ℎр = (ℎ0 − 𝑠1 − 𝑑)
–
расчетная
высота
пружины
в
нагруженном
состоянии, мм;
ℎ0 – высота пружины в свободном состоянии, 650 мм;
𝑠1 – расчётный статический прогиб пружины, 105 мм.
Угол поворота тележки относительно рамы кузова в расчётной кривой [37]
sin 𝜑 = 𝐿пс (
𝑙
2𝑅
+
𝑡𝑐
𝐿пс 𝑙
),
(2.5)
44
где 𝐿пс – база секции локомотива по геометрическим центрам кузовных пружин
тележек, 9400 мм;
𝑙 – база тележки, 3000 мм;
𝑅 – радиус кривой вписывания, 600 м;
𝑡𝑐 – средний зазор по колесной паре в рельсовой колее кривой R = 600 м,
22 мм.
Расчёты показали, что при движении локомотива в кривой радиусом 600 м:
𝑠св = 20 мм, 𝑠𝜑 = 36 мм, 𝑠𝑄𝑚 = 47 мм, 𝑄𝜑 = 4,3 кН, 𝑄св = 2,4 кН, 𝑄𝑚 = 5,6 кН.
Реакцией на силу Qm будет являться момент сопротивления повороту
(возвращающий момент), стремящийся вернуть тележку в исходное положение.
При расчете были приняты следующие величины сил: вертикальная сила от
массы электровоза, приходящаяся на пружинный комплект одной тележки,
F = 332 кН и поперечная для комплекта кузовных пружин Qm = 23 кН,
ориентированная к продольной оси тележки под углом 315° или 45° в
зависимости от направления кривой, рисунок 2.9.
Рисунок 2.9 – Направление действий расчётных сил
45
Для поиска оптимального положения концевых витков пружинного
комплекта, при котором возвращающий момент тележки был бы симметричным а
влияние действия моментов кручения возникающих в рабочих витках пружин при
воздействии вертикальной силы на параметры поперечной упругой связи тележки
с кузовом минимальным, исследованы четыре расчётных случая для двух
направлений кривой рельсовой колей (радиуса 600 м) и двух вариантов
положения концевых витков кузовных пружин «flexicoil».
Расчетные случаи и схемы расположения концевых витков пружин
приведены на рисунках 2.10–2.13.
Рисунок 2.10 – расчетная схема № 1
Рисунок 2.11 – расчетная схема № 2
46
Рисунок 2.12 – расчетная схема № 3
Рисунок 2.13 – расчетная схема № 4
Величины углов между продольной осью тележки и окончанием концевого
витка пружины представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Значение углов для расчётных схем
Расчетная схема
1
2
3
4
Пружина 1
0°
0°
90°
90°
Пружина 2
180°
180°
270°
270°
Пружина 3
180°
180°
270°
270°
Пружина 4
0°
0°
90°
90°
Qm
315°
45°
315°
45°
47
Результаты расчета угла поворота тележки относительно кузова электровоза
для всех расчётных схем приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Значения углов поворота тележки относительно кузова электровоза
Расчетная схема
1
2
3
4
φ, °
1,440
-3,011
2,451
-2,261
Знак «-» принят для поворота тележки по часовой стрелке – правая кривая
вписывания локомотива.
Фрагменты расчёта в программном комплексе Siemens NX10 представлены
на рисунках 2.14 – 2.17.
Рисунок 2.14 – Угол поворота тележки при расчетной схеме № 1
48
Рисунок 2.15 – Угол поворота тележки при расчетной схеме № 2
Рисунок 2.16 – Угол поворота тележки при расчетной схеме № 3
49
Рисунок 2.17 – Угол поворота тележки при расчетной схеме № 4
Для оценки влияния взаимного положения концевых витков кузовных
пружин на их статический прогиб, а также перемещений тележки (угол поворота)
из-за не уравновешанных моментов кручения, возникающих в рабочих витках
пружин от воздействия только вертикальной силы F, из КЭМ и расчетных схем
была исключена сила Qm. Данное условие можно интерпретировать как движение
локомотива по идеальному прямому участку пути и использовать при сборки
механической
части
в
процессе
ремонта,
с
целью
соблюдения
регламентированных параметров упругой поперечной связи тележки с кузовом и
сохранения их в эксплуатации.
Результаты расчётов представлены в таблице 2.4.
50
Таблица 2.4 – Значения статического прогиба комплекта кузовных пружин и угла
поворота тележки при действии только силы F
Расчетная схема
(только сила F)
1
2
3
4
Статический прогиб, мм
φ, °
131,69
-0,814
-131,03
0,137
Один из фрагментов результатов расчёта статического прогиба в
программном комплексе Siemens NX10 приведен на рисунке 2.18.
Рисунок 2.18 – Статический прогиб кузовного пружинного комплекта от действия
вертикальной силы F
Фрагменты расчётов углов поворота тележки аналогичны рисункам
2.14 – 2.17. Из расчётных схем была исключена сила Qm.
Расчёты показали, что при установке концевых витков кузовных пружин
согласно схеме на рисунке 2.5 б) угол поворота тележки в кривых разного
направления будет практически одинаков и составлять 2,451° при радиусе кривой
600 м, а на прямом участке пути тележка будет повернута влево на угол – 0,137° .
51
При положении концевых витков по схеме, приведенной на рисунке 2.5 а),
угол поворота тележки в кривой радиусом 600 м при правом направлении будет
составлять 3,011° , а при левом направлении – 1,440° . На прямом участке пути
тележка будет повернута вправо на угол 0,814° .
Результаты программного моделирования также показали отсутствие
влияния ориентации концевых витков на статический прогиб пружин, а
одинаковая навивка (правая) всех четырех пружин пружинного комплекта при их
оптимальной установке (по схеме на рисунке 2.5 б)) не оказывает существенного
влияния
на
сопротивляемость
вписыванию
тележки
в
кривые
разного
направления. В этом случае угловое перемещения концевых витков будет
минимальным, а возвращающий момент от поперечной деформации пружин
симметричен и одинаков по величине не зависимо от направления кривой.
Алгоритм подбора положения концевых витков кузовных пружин в
программном комплексе Siemens NX10 может быть использован для тягового
подвижного состава всех серий, где применяются конструктивные решения в
кузовном рессорном подвешивании, аналогичные используемым на электровозе
2ЭС6.
2.2.3 Оценка влияния угловых перемещений тележки на динамические качества
электровоза серии 2ЭС6
Используя расчетные схемы, представленные на рисунках 2.10 – 2.13, и
критериальное уравнение [43] движения двухтележечного симметричного
локомотива со скоростью 60 км/ч в кривом участке пути радиусом 600 м
выполнена оценка влияния сопротивления повороту тележки со стороны кузова
на динамические качества локомотива (рамная и боковая сила) для каждого
расчётного случая.
Боковая сила Fб, действующая на колесную пару в кривой и являющаяся
основополагающим фактором износа гребня бандажа [43],
52
𝐹б = 𝑃 ∙ 0,42
μтр
( )0,8
μ0
μ0 0,55
)
μтр
3∙(
∙ 𝐾1
𝑎
∙ 𝐾20,8 ∙ 𝑛00,75 ∙ ( т )−0,15 ,
2𝑠
(2.6)
где 𝑃 – нагрузка от колеса на рельс, кН;
μтр – коэффициент трения в паре «колесо – рельс»;
μ0 – базовое значение коэффициента трения в контакте бандажей с рельсами;
𝐾1 = 1 +
𝑣2
ℎ
(𝑔∙𝑅)
− – критерий непогашенного поперечного ускорения;
𝑠
𝑣 – скорость движения локомотива, м/с;
𝑔 – ускорение свободного падения, м/с2;
𝑅 – радиус кривой, м;
ℎ – возвышение наружного рельса над внутренним, м;
2s – расстояние между кругами катания колес, м;
𝐾2 = 1 +
(Мп +Му )
𝑃∙2𝑎т
– критерий сопротивления повороту тележки со стороны
кузова;
Мп = ∑Мс𝑖 + ∑𝑀к𝑖 – момент упругих сил кузовных пружин, кН·м;
Му – момент упругих сил упоров-ограничителей поперечных перемещений
тележки, кН·м;
2𝑎т – база тележки, м;
n0 – число осей в тележке.
Исходные данные представлены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Исходные данные для расчета
Параметр
𝑃
μтр
μ0
𝑣
𝑔
ℎ
Значение Размерность
122,5
кН
0,17
0,25
16,7
м/с
9,81
м/с2
0,1
м
Параметр
2s
𝑅
∑𝑀с𝑖
Му
2𝑎т
n0
Значение
1,58
600
11,75
0
3
2
Размерность
м
м
кН·м/град
кН·м
м
Для варианта б (рисунок 2.5) (суммарный момент кручения комплекта
кузовных пружин ∑𝑀к𝑖 равен нолю). Такое положение концевых витков пружин
53
кузовного рессорного подвешивания снижает сопротивление повороту тележки
при вписывании локомотива в кривую, что способствует уменьшению на 6 % (при
сравнении с другим вариантом положения концевых витков) рамной силы и
боковой силы, действующей на гребень колеса, которая по формуле (2.6) будет
равна 63 кН. При установке пружин по схеме а (суммарный момент кручения
комплекта кузовных пружин ∑𝑀к𝑖 равен 31,7 кН·м) – Fб = 67 кН.
Таким образом, установка пружин кузовного рессорного подвешивания с
положением концевых витков по схеме на рисунке 2.5 б) является оптимальным
вариантом с точки зрения повышения динамических качеств электровоза 2ЭС6.
В ходе Исследовательских испытаний ПКБ ЦТ.06.0165, проводимых с
целью повышения ресурса колесных пар локомотивов согласно распоряжению
ОАО «РЖД» от 29 июня 2022 г. № 1707/р, на экспериментальной группе
электровозов серии 2ЭС6, участвующих в испытаниях, кузовные пружины были
установлены по предложенной схеме (рисунок 2.5 б)). Последующие замеры
бандажей колес этой группы локомотивов показали, что такая установка
кузовных пружин позволяет увеличить ресурс бандажа на 29 % (с 380 тыс. км до
490 тыс. км пробега до смены бандажа) и снизить интенсивность его изнашивания
с 0,495 мм/10 тыс. км до 0,359 мм/10 тыс. км (на 38 %).
2.3
Влияние технологических параметров кузовного рессорного подвешивания
на динамические качества электровозов серии 2ЭС6
Экспериментальным
путем
доказано,
что
амплитуда
поперечных
перемещений тележки при движении локомотива по прямым участкам пути
достигает 20,5 мм, в кривых радиусом 650 м 27,4 мм [44, 45, 46]. Зазор между
упором-ограничителем горизонтальных перемещений тележки и упорной плитой
рамы
кузова
составляет
20
мм
что
[21],
обеспечивает
ограничение
горизонтальных перемещений тележки в прямом участке пути, не препятствует
повороту
тележки
характеристику
в
упругой
пологих
кривых,
поперечной
формирует
связи
[21]
в
регламентированную
кузовном
рессорном
подвешивании при вписывании локомотива в кривые малого радиуса (< 350 м).
54
Таким образом, можно получить зависимость упругой возвращающей силы
кузовного рессорного подвешивания от поперечного перемещения тележки и
зазора «П(δ)» между пальцем упора и упорной плитой (рисунок 2.19).
Рисунок 2.19 – Зависимость упругой возвращающей силы кузовного рессорного
подвешивания от поперечного перемещения тележки и зазора «П(δ)»
Δ – деформация пружины упора, мм; 𝐹1 , 𝐹2 , 𝐹3 , 𝐹4 – упругие силы кузовных
пружин, кН; 𝐹упор – упругая сила пружины упора
Следовательно, параметр «П(δ)» в значительной степени определяет
суммарную упругую возвращающую силу поперечной связи кузова с рамой
тележки и уменьшение его хотя бы на 5 мм, способствует увеличению
возвращающей силы на 10,5 кН и как следствие повышает сопротивляемость
вписывания тележки при движении в пологих кривых, радиусом более 600 м.
Увеличение «П(δ)», что может быть, как результатом некачественной
сборки механической части, так и результатом износа пальца упора-ограничителя,
ведет к снижению возвращающего момента.
В этом случае упор-ограничитель исключается из работы и не создает
дополнительной упругой силы, порядка 42 кН при повороте тележки на 2°– 4° при
вписывании в кривые радиусом менее 600 м.
55
Расчётная схема работы элементов связей рамы тележки с кузовом в
поперечном направлении относительно продольной оси пути при движении
локомотива в кривой представлена на рисунке 2.20.
Рисунок 2.20 – Схема сил при движении тележки в кривой
Первая колесная пара набегает на наружный рельс и в результате
взаимодействия на неё действует боковая сила 𝐹б , оказывающая значительное
влияние на характер и интенсивность износа гребня бандажа [47].
На величину боковой силы влияет угол ϕ. При входе в кривую угол ϕ
практически равен нулю. Чтобы угол оставался минимальным при последующем
вписывании в кривую тележка должна свободно поворачиваться в направлении
вписывания вокруг её центральной оси, перпендикулярно плоскости рельсовой
колеи. Но из-за нарушения зазора «П(δ)» и высокой жесткости пружины упора,
равной 2,1 кН/мм, взаимодействие его с упорной плитой кузова происходит уже
при вписывании в пологие кривые, что препятствует повороту тележки и
установки её хордовому положению при движении в кривой.
Более того теоретический анализ показывает, что для обеспечения
снижения износа гребней колес в кривых и снижения боковых сил жесткая база
двухосных тележек должна быть в пределах (2200 – 2800) мм [48]. Тележка
электровоза 2ЭС6 имеет базу равную 3000 мм, что предъявляет более высокие
требования к работоспособному состоянию узлов кузовного подвешивания [49].
56
Следы повышенного износа рабочей поверхности пальца упора и упорной
плиты указывают на высокие динамические нагрузки в поперечном направлении
относительно пути, рисунок 2.21.
Рисунок 2.21 – Изношенные поверхности пальца упора и упорной плиты кузова
электровоза 2ЭС6
Таким образом из-за высоких динамических нагрузок, действующих в
поперечном направлении как в прямом, так и в кривом участке пути узлы
кузовного подвешивания теряют свою работоспособность ранее срока, указанного
в технических условиях [50]. В результате в прямом участке пути не
обеспечивается ограничение амплитуды горизонтальных колебаний виляния и
относа тележки, тем самым гребень колесной пары взаимодействует с головкой
рельса. В кривом участке пути радиуса менее 600 м не обеспечивается
регламентированная
нелинейность
упругой
поперечной
связи
кузовного
подвешивания.
Следовательно,
параметры
от
работоспособности
регламентированной
упора-ограничителя
нелинейности
характеристики
зависят
упругой
поперечной связи тележки с кузовом в кривых участках пути и как следствие
характер и интенсивность изнашивания гребней колесных пар электровоза.
Используя формулу (2.6) при движении двухтележечного симметричного
локомотива в кривом участке пути, радиусом 800 м, определим значение боковой
57
силы Fб при нормативном «П(δ)» = 20 мм (в данном случае нет контакта упора с
упорной плитой).
Исходные данные для расчёта приведены в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Исходные данные
Параметр
𝑃
𝜇тр
𝜇0
𝑣
𝑔
ℎ
𝑇
Значение
122,5
0,17
0,25
25
9,81
0,1
50000
Размерность
кН
м/с
м/с2
м
кг
Параметр
2s
𝑅
Мп
Mу
2𝑎т
n0
𝑥𝑖
Значение
1,58
800
11,75
0
3
2
1,5
Размерность
м
м
кН·м
кН·м
м
м
При движении локомотива в кривой, радиусом 800 м со скоростью 80 км/ч,
и повороте тележки до 1° вокруг её центральной оси, перпендикулярной
плоскости рельсовой колеи, для данных представленных в таблице 2.6, по
формуле (2.6) Fб равна 69,8 кН. Для пологих кривых работа упора не
предусматривается («П(δ)» =20+1
−1 мм), возвращающий момент регламентирован и
зависит только от поперечной деформации кузовных пружин не вызывая
дополнительного сопротивления повороту тележки.
Для
того
чтобы
оценить
влияние
зазора
«П(δ)»
между
упором-
ограничителем горизонтальных перемещений и упорной плитой на износ гребней
колесных пар, запишем уравнение сил, действующих на тележку (рисунок 2.20)
𝐹б = 𝐹2 + 𝐹3 − 𝐹1 − 𝐹4 + 𝐹букс + 𝐻1 + 𝐻1′ + 𝐻2 + 𝐻2′ + 𝐹нп +𝐹упор ,
(2.7)
где 𝐹1 , 𝐹2 , 𝐹3, 𝐹4 – упругие силы, кузовных пружин, кН;
𝐹букс – упругая сила буксовых пружин, кН;
𝐻1 , 𝐻1′ , 𝐻2 , 𝐻2′ = 𝑃 ∙ 𝜇тр ∙
𝑥𝑖
√𝑥𝑖2 +𝑠 2
– горизонтальные составляющие сил трения в
опорных точках колес с рельсами, соответственно для первой и второй колесной
пары, кН;
𝑥𝑖 – расстояние от колесной пары до центра вращения, м;
58
𝑇
𝑉2
𝑔
𝑅
𝐹нп = ( ) ∙ [
−
ℎ𝑔
2𝑆
]– равнодействующая центробежной силы и составляющая
от веса экипажа, кН;
𝑇 – масса, надрессорного строения тележки, кг.
Выполнив расчет для величины зазора «П(δ)» =15 мм и кривой, радиусом
800 м получим Fб =90,7 кН.
Таким образом, когда упор-ограничитель горизонтальных перемещений
тележки в пологой кривой взаимодействует с упорной плитой кузова при
уменьшении зазора на 5 мм, боковая сила на гребне колеса первой колесной пары
возрастает на 20,9 кН (30 %), что существенно оказывает влияние на
интенсивность изнашивания бандажа.
В настоящее время из-за конструктивных особенностей упора-ограничителя
горизонтальных перемещений тележки не обеспечивается его работоспособность
в регламентированный межремонтный пробег (600 тыс. км) в соответствии с
техническими условиями, а технология ремонта электровозов серии 2ЭС6 не
предусматривает замену упора и регулировку параметра «П(δ)» при ремонте в
объеме ТР-30 и ТР-300 [51–54].
2.4
Выводы
2.4.1 Исследованы конструктивные особенности экипажной части, узлов
буксовой и кузовной ступени рессорного подвешивания электровозов серии
2ЭС6.
2.4.2 Определены
внутренние
силовые
факторы,
возникающие
в
поперечном сечении рабочего витка кузовной пружины типа «flexicoil» при
воздействии вертикальной силы, определяемой массой кузова локомотива.
Расчеты показали, что момент изгиба ввиду небольшого угла навивки не
оказывает значительного влияния на статический прогиб пружин по сторонам
тележки. Момент кручения превышает момент изгиба в четыре раза, направление
вектора совпадает с направлением навивки пружины.
59
2.4.3 Разработана математическая модель для определения влияния
положения
концевых
витков
пружин
«flexicoil»
в
кузовном
рессорном
подвешивании на динамические качества электровозов серии 2ЭС6, учитывающая
внутренние силовые факторы в рабочих витках и поперечное перемещение
концевых витков пружин.
2.4.4 Определена схема положения концевых витков кузовных пружин, при
которой возвращающий момент от поперечной деформации пружин будет
симметричен и одинаков по величине не зависимо от направления кривой
рельсовой колеи, что обеспечивает симметричность параметров поперечной
упругой связи тележки с кузовом при вписывании локомотива в кривые и
равномерное воздействие на силовой контакт гребней колесных пар с рельсами,
не влияя на статический прогиб пружин. При данном положении концевых витков
кузовных пружин на 6 % уменьшается боковая сила, действующая на гребень
колеса, тем самым создавая благоприятные условия для вписывания тележки в
кривые участки пути и снижения интенсивности изнашивания гребней бандажей
колесных пар. Установка кузовных пружин по предложенной схеме позволяет
увеличить ресурс бандажа на 29 % (с 380 тыс. км до 490 тыс. км пробега до смены
бандажа) и снизить интенсивность его изнашивания с 0,495 мм/10 тыс. км до
0,359 мм/10 тыс. км (на 38 %).
2.4.5 Результаты программного моделирования показали отсутствие
влияния ориентации концевых витков на статический прогиб пружин, а
одинаковая навивка (правая) всех четырех пружин пружинного комплекта при их
оптимальной
установке
не
оказывает
существенного
влияния
на
сопротивляемость вписыванию тележки в кривые разного направления.
Предложенный алгоритм подбора положения концевых витков кузовных
пружин может быть применен для тягового подвижного состава всех серий, где
конструктивные решения в кузовном рессорном подвешивании аналогичны
используемым на электровозе 2ЭС6.
60
3
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, ВОЗНИКАЮЩИХ
НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОЦЕССОВ ИЗНАШИВАНИЯ В ЗОНЕ КОНТАКТА
ГОЛОВКИ РЕЛЬСА И ГРЕБНЯ БАНДАЖА КОЛЕСА ЛОКОМОТИВА
Износ гребней бандажей колесных пар локомотивов зависит от многих
факторов: ширины рельсовой колеи, соотношения твердости материалов
бандажей и рельсов, конструкции и динамического вписывания экипажа и других.
Основными факторами, влияющими на интенсивность изнашивания
гребней, являются напряжения, возникающие в контакте «колесо-рельс». Поэтому
целесообразно выделить основные силы, действующие на экипаж в кривой, и
конструкционные параметры локомотива, влияющие на износ. На величину этих
сил оказывают влияние непогашенные центробежные силы, силы в связях и их
моменты, силы трения колеса о рельс, боковые и рамные силы, которые в свою
очередь
зависят
от
следующих
конструкционных
оборудования, связи между кузовом и тележкой,
параметров:
развески
габаритных размеров
подвижного состава, веса подвижного состава, типа тяги, количества двигателей,
наличия смазочных устройств, количества осей тележки, связи тележки с
колесной парой, разности диаметров колес, величины пятна контакта колеса с
рельсом, диаметра колеса, профиля колеса, радиуса кривой [55− 58].
3.1
Метод определения напряжений и глубины взаимного проникновения
материалов головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в области их
силового контакта
Износ
материала
гребня
бандажа
происходит
при
относительном
скольжении гребня по грани рельса при их силовом контакте. Величина износа
определяется в основном следующими параметрами:
− напряжением материала в области силового контакта и размерами этой
области;
61
− физико-механическими
и
геометрическими
параметрами
контактирующих тел;
− шероховатостью на поверхности рельса и гребня бандажа;
− скоростью
относительного
скольжения
и
временем
контактного
взаимодействия.
Геометрические и физические параметры в области контакта формируются
под действием сжимающей силы Р (нормальная составляющая силы прижатия
гребня бандажа к рельсу) и зависят от геометрической конфигурации
контактирующих тел в точке их начального соприкосновения.
Согласно теории Герца область контакта ограничена эллипсом с полуосями
[59, 60]
3
𝑎 = 𝑚𝑎 √(
𝑃
);
(3.1)
𝑏 = 𝑎√(1 − 𝑒 2 ).
(3.2)
2𝐴𝐸0
Взаимное
проникновение
(сближение)
δ
контактирующих
тел
и
напряжение σ0 в области контакта задаются выражениями
3
δ = 𝑚δ √
σ0 =
2𝐴
𝐸0 2
3𝑃
2π𝑎𝑏
2
𝑃3 ;
(3.3)
,
(3.4)
где е−эксцентриситет эллипса;
А−величина, зависящая от главных радиусов кривизны соприкасающихся тел
в точке их контакта;
𝐸0 – модуль упругости стали т/мм2;
𝑚𝑎 , 𝑚δ − коэффициенты, зависящие от отношения
таблице 3.1).
A/B (приведены в
62
Таблица 3.1 - Значения величин е, ma, mδ, в зависимости от А/В
A/B
е
mσ
ma
mδ
1
0
0,388
1,109
1,230
0,9
0,35
0,4
1,130
1,256
0,8
0,5
0,42
1,156
1,280
0,7
0,61
0,44
1,180
1,300
0,6
0,7
0,468
1,214
1,330
0,5
0,78
0,49
1,242
1,370
0,4
0,84
0,536
1,282
1,420
0,3
0,89
0,6
1,324
1,470
0,2
0,93
0,716
1,390
1,550
0,1
0,97
0,97
1,500
1,690
0,0085
0,99
3,19
1,8
2,125
0,007
0,999
3,202
1,826
2,142
В окрестности точки контакта гребень бандажа и головку рельса можно
рассматривать как тела вращения. В этом случае
характеризующие форму и размеры поверхностей
величины А и В,
контактирующих
тел,
определяются по выражениям
2𝐴 = (
1
𝑅p𝑙
2𝐵 = (
1
𝑅p𝜏
+
+
1
𝑅г𝑙
);
(3.5)
).
(3.6)
1
𝑅г𝜏
где 𝑅p𝑙 и 𝑅г𝑙 − радиусы кривизны поверхностей рельса и гребня в нормальном
сечении плоскостью, проведенной в точке их контакта перпендикулярно к
касательному вектору 𝑙 ̅ (рисунок 3.1) мм:
𝑅p𝜏 и 𝑅г𝜏 − радиусы кривизны поверхностей рельса и гребня в нормальном
сечении плоскостью, перпендикулярной к бинормальному вектору 𝜏̅, мм.
63
O
x
Rk

l
C
Rрτ
Rг
n
K
z
y

x1
y1
z1
Рисунок 3.1 – Схема для вычисления радиусов кривизны
Rpτ – радиусы кривизны поверхности рельса; Rгτ – радиусы кривизны гребня
Дальнейшие
расчеты
проведены
для
колесной
пары
электровоза
(𝑅𝑘 = 625 мм).
Для рельса и гребня бандажа колеса радиусы кривизны в точке контакта
K: 𝑅p𝜏 = 15 мм; 𝑅г𝜏 = 40 мм; 𝑅p𝑙 = ∞.
Радиус кривизны 𝑅г𝑙 вычислим в соответствии с [61].
Дуга линии сечения гребня бандажа в окрестности точки К принадлежит
окружности
2
𝑥 2 + (𝑦 − 𝑅K )2 = 𝑅г𝜏
.
При вращении этой линии вокруг оси ОХ получаем поверхность тора
(3.7)
64
2
𝑥 2 + (√𝑦 2 + 𝑧 2 − 𝑅𝑘 )2 = 𝑅г𝜏
.
(3.8)
Часть поверхности гребня лежит на поверхности этого тора. Радиусы
кривизны сечений 𝑅г𝜏 у этих поверхностей в точке К будут одинаковыми.
Для упрощения вычислений преобразуем систему координат таким образом,
чтобы нормальное сечение, перпендикулярное вектору 𝑙,̅ лежало в координатной
плоскости. С этой целью сместим начало координат в точку К (𝑅гτ cosα;
Rk + 𝑅г𝜏 sinα; 0) и совершим поворот вокруг оси OZ на угол α (угол между
радиусом точки контакта и линией кругов катания, α=25˚ ).
Формулы перехода к координатам в новой системе x1y1z1 имеют вид
𝑥 = 𝑥1 cosα − 𝑦1 sinα + 𝑅г𝜏 cosα;
{𝑦 = 𝑥1 sinα − 𝑦1 cosα + 𝑅г𝜏 sinα + 𝑅𝑘 ;
𝑧 = 𝑧1 .
(3.9)
Подставляя эти формулы в уравнение поверхности и принимая y1 = 0,
получим уравнение линии сечения
2
𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 − 2𝑅𝑘 √𝑦 2 + 𝑧 2 + 𝑅𝑘2 − 𝑅г𝜏
= 0;
(3.10)
𝑥 = 𝑥1 cosα + 𝑅г𝜏 cosα;
𝑦 = 𝑥1 sinα + 𝑅г𝜏 sinα + 𝑅𝑘 .
Радиус кривизны плоской линии находится по формуле
𝑅г𝑙 =
[1+[(𝑥1 )′𝑧 ]2 ]2⁄3
(𝑥1 )″ 𝑧𝑧
.
(3.11)
Для определения производной (𝑥1 )′𝑧 продифференцируем уравнение линии
сечения нормальной плоскостью
𝑥𝑥𝑧′ + (𝑦𝑦𝑧′ + 𝑧) (1 −
𝑅𝑘
√𝑦 2 +𝑧 2
) = 0.
Подставим:
𝑥 = 𝑥1 cosα + 𝑅г𝜏 cosα;
𝑦 = 𝑥1 sinα + 𝑅г𝜏 sinα + 𝑅𝑘 ;
𝑥𝑧′ = 𝑥1′ cos α;
𝑦𝑧′ = 𝑥1′ sin α;
(3.12)
65
(𝑥1 cosα + 𝑅г𝜏 cosα)𝑥 ′1𝑧 cosα +
+[(𝑥1 sinα + 𝑅𝑟𝜏 sinα + 𝑅𝑘 )𝑥 ′1𝑧 sinα + 𝑧](1 −
𝑅𝑘
√𝑦 2 +𝑧 2
) = 0.
Подставляем координаты точки К в системе координат x1y1z1
𝑅𝑘
′
′
𝑅г𝜏 cos α ⋅ 𝑥1𝑧
cos α + 𝑥1𝑧
(𝑅г𝜏 sin α + 𝑅𝑘 ) sin α ⋅ (1 −
𝑅г𝜏 sin α+𝑅𝑘
′
) = 𝑥1𝑧
𝑅г𝜏 cos2 α +
′
𝑥1𝑧
𝑅г𝜏 cos2 α = 0.
(3.13)
Отсюда: (𝑥1 )′𝑧 = 0.
Для определения (𝑥1 )″𝑧𝑧 продифференцируем дважды уравнение линии
сечения нормальной плоскостью
″
″
(𝑥𝑧′ )2 + 𝑥𝑥𝑧𝑧
+ [(𝑦𝑧′ )2 + 𝑦𝑦𝑧𝑧
+ 1](1 −
𝑅𝑘
√𝑦 2 +𝑧
) + (𝑦𝑦𝑧′ + 𝑧)𝑅𝑘
2
(𝑦𝑦 ′ +𝑧)
3
(𝑦 2 +𝑧 2 )2
= 0.
(3.14)
″
″
Так как: 𝑥𝑧𝑧
= 𝑥1″ cos α , 𝑦𝑧𝑧
= 𝑥1″ sin α, то в точке К получаем
(𝑥1 )″𝑧𝑧 =
sin α
𝑅𝑅г𝜏 sin α+𝑅𝑘
.
(3.15)
Радиус кривизны 𝑅г𝑙 в точке К
𝑅г𝑙 =
1
(𝑥1 )″
𝑧𝑧
= 𝑅г𝜏 +
𝑅𝑘
.
sin α
(3.16)
Таким образом: 𝑅p𝜏 = 15 мм, 𝑅г𝜏 = 40 мм, 𝑅p𝑙 = ∞, 𝑅г𝑙 = 1518,87 мм.
Тогда: 2A=1/1518,87; 2В= 11/120; А/В=0,0072.
Из таблицы 3.1 находим: 𝑚𝑎 = 1,826, 𝑚δ = 3,202, 𝑒 = 0,999.
Преобразовав формулу (3.1) величину большой полуоси области контакта
определим по формуле
3
𝑎 = 7,7317 √𝑃 .
(3.17)
Преобразовав формулу (3.2) величину малой полуоси области контакта
определим по формуле
3
𝑏 = 0,3456 √𝑃.
(3.18)
Преобразовав формулу (3.4) напряжение в центре контактной области
3
σ0 =0,1787 √𝑃 .
(3.19)
Ниже приведены графики геометрических и физических параметров в
области контакта в зависимости от сжимающей силы P, рисунок 3.2, 3.3, 3.4.
66
12
a, мм
10
8
6
4
2
0
0
0.5
1
1.5
2
P, т
2.5
3
3.5
Рисунок 3.2 – Зависимость a от сжимающей силы P
0.6
0.5
b, мм
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.5
1
1.5
2
P, т
2.5
3
3.5
Рисунок 3.3 – Зависимость b от сжимающей силы P
σ0, т/мм²
0.3
0.2
0.1
0
0
0.5
1
1.5
2
P, т
2.5
3
3.5
Рисунок 3.4 – Зависимость σ0 от сжимающей силы P
67
Выполненные расчёты для колесной пары электровоза ( 𝑅𝑘 = 625 мм) и
при сжимающей силе P = 2,2 т показали, что напряжения в области контакта
превышают пределы текучести для колесной и рельсовой сталей (500-800 Н/мм2 ).
Начинается пластическая деформация материалов гребня бандажа и грани рельса.
Наличие пластической деформации материала контактирующих тел
является одним из главных факторов изнашивания материала при фрикционном
трении.
Определяющим параметром при оценке характера изнашивания материала
при фрикционном трении двух тел является глубина взаимного проникновения
неровностей поверхностей в области их силового контакта [62].
Величина взаимного проникновения (сближения) головки рельса и гребня
бандажа после преобразования выражения (3.3) определяется по формуле
3
δ = 0,0118 √𝑃2 .
На
рисунке
3.5
представлена
(3.20)
зависимость
величины
взаимного
проникновения (сближения) головки рельса и гребня бандажа от сжимающей
силы.
0.03
0.025
δ, мм
0.02
0.015
0.01
0.005
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
P, т
Рисунок 3.5 – Зависимость δ от сжимающей силы Р
Из графика (рисунок 3.5) следует, что величина взаимного проникновения
(сближения) головки рельса и гребня бандажа не превышает 0,03 мм.
68
При шлифовке рельса и обточке бандажа колесной пары допускается
шероховатость 10 мкм (среднеарифметическое значение высоты неровности
(𝑅𝑧 = 0,08 мм), рисунок 3 [63].
Таким образом, силовое взаимодействие гребня бандажа и головки рельса
происходит в основном на уровне неровностей в области контакта, так как
R z > 𝛿. Износ материала контактирующих тел будет определяться глубиной
взаимного
внедрения
неровностей
в
области
контакта
и
скоростью
относительного скольжения.
Сближение обусловлено взаимным проникновением контактирующих тел за
счет пластического деформирования их материала
δ = δр + δг ,
(3.21)
где δр и δг – пластическая деформация материала рельса и гребня бандажа
соответственно, мм.
В виду малости δр и δг можно принять эти величины пропорциональными
минимальным главным радиусам кривизны контактирующих поверхностей в
точке их контакта
δр = 𝑅p𝜏 𝐶1 ;
(3.22)
δг = 𝑅г𝜏 𝐶2 ,
(3.23)
где 𝐶1 – твердость рельсовой стали;
𝐶2 – твердость колесной стали.
Для рельсовой и колесной стали с одинаковой твердостью имеем
соотношения
𝛿 = 𝛿р + 𝛿г ;
δр
δг ,
=
𝑅p𝜏
𝑅г𝜏
(3.24)
.
(3.25)
Из этих уравнений находим
δр =
δг =
δ𝑅p𝜏
(𝑅p𝜏 +𝑅г𝜏 )
δ𝑅г𝜏
(𝑅p𝜏 +𝑅г𝜏 )
;
(3.26)
.
(3.27)
69
Величина пластической деформации одного из контактирующих тел равна
глубине проникновения в него другого тела.
Таким образом, получены выражения для расчёта глубины проникновения
грани рельса в материал гребня ℎp и гребня бандажа в материал грани рельса ℎг
ℎp =
ℎг =
δ𝑅г𝜏
.
(3.28)
.
(3.29)
(𝑅p𝜏 +𝑅г𝜏 )
δ𝑅p𝜏
(𝑅p𝜏 +𝑅г𝜏 )
Для 𝑅p𝜏 = 15 мм, 𝑅г𝜏 = 40 мм получаем следующие зависимости
3
ℎp = 0,0086 √𝑃2 ;
(3.30)
3
ℎг = 0,0032 √𝑃2 .
(3.31)
Полученные выражения показывают, что грань головки рельса имеет более
глубокое проникновение в материал гребня бандажа. При движении локомотивов
в кривых сжимающие силы могут достигать величины до 10 тонн, а площадка
контакта в длину до 30 мм и в ширину до 1,5 мм. Неровности по длине области
контакта располагаются случайным образом. Вероятность того, что две
последовательные неровности будут перемещаться по одной и той же траектории,
весьма мала. Можно считать, что весь материал гребня бандажа, подверженный
пластическому выдавливанию за счет проникновения рельса, будет истираться
следующими, идущими друг за другом неровностями.
На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:
− силовой контакт гребня бандажа и рельса происходит в основном в
пределах пластических деформаций материалов;
− взаимное
проникновение
происходит
на
уровне
шероховатости
(неровностей) поверхностей контактирующих тел;
− глубина проникновения неровностей рельса в материал гребня бандажа
составляет около 70 % от общей величины сближения контактирующих тел;
− при силовом контакте износ гребня бандажа колеса значительно выше
износа рельса.
70
3.2
Методика расчета характеристик изнашивания материала гребня бандажа
колеса при движении локомотива в кривой
При силовом контакте рельса и гребня бандажа происходит взаимное
проникновение материала этих тел [64, 65], происходящее на уровне неровностей
контактирующих поверхностей. Наибольшее внедрение будет происходить в
центре области контакта. Глубина проникновения рельса в материал гребня и
глубина проникновения гребня бандажа в материал рельса определяются по
формулам (3.30), (3.31). Проникновение рельса в гребень бандажа под действием
сжимающей силы Р (нормальная составляющая силы прижатия гребня бандажа к
рельсу) сопровождается упругим или пластическим смятием материала гребня
[57, 59].
Как показали расчеты, в центре области контакта пластическая деформация
материала начинает происходить при значениях сжимающих сил более 2,2 т.
Точка контакта на гребне бандажа будет двигаться по грани рельса с
проскальзыванием. Величина пути и скорости проскальзывания будет различной
для колес колесной пары, двигающихся по внутреннему и внешнему рельсу в
кривых участках пути. Рассмотрим движении колеса по внутреннему рельсу в
кривой радиуса 𝑅кр . Радиус кривой считаем до середины головки внешнего
рельса (рисунок 3.6).
Vл
Rкр
Vвк
𝜔кп
Sр
Рисунок 3.6 - Движение колесной пары в кривой
71
Мгновенный центр вращения колеса сместится в сторону оси колесной
пары.
Угловая скорость вращения колесной пары вокруг оси
𝜔кп =
𝑉л
𝑅𝑘
,
(3.32)
где 𝑉л – скорость локомотива, м/с;
𝑅𝑘 – радиус колеса, мм.
Угловая скорость вращения колесной пары относительно центра кривой
𝜔кр =
𝑉л
𝑅кр
,
(3.33)
где 𝑅кр – радиус кривой, м.
Линейная скорость внутреннего колеса
𝑉вк = 𝑉л (1 −
𝑆р
𝑅кр
),
(3.34)
где 𝑆р – расстояние между средними линиями головок рельсов в кривой, мм.
Радиус r мгновенного центра скоростей внутреннего колеса
𝑟=
𝑉вк
ωкп
=𝑅𝑘 (1 −
𝑆р
𝑅кр
).
(3.35)
Скорость проскальзывания внутреннего колеса по кругу катания
𝑉пр = 𝜔кп (𝑅𝑘 − 𝑟)=𝑅𝑘 (
𝑆р
𝑅кр
) ωкп .
(3.36)
Скорость проскальзывания точки К контакта гребня колеса с гранью рельса
𝑉𝐾 = ωкп 𝐻𝐾 .
где 𝐻𝐾 = (𝑅𝑘 (
𝑆р
𝑅кр
(3.37)
) + ℎ𝐾 ) – расстояние от точки К до радиуса мгновенного центра
вращения внутреннего колеса, двигающегося с проскальзованием, мм;
ℎ𝐾 – расстояние от точки К до линии круга катания внешнего колеса,
двигающегося без проскальзования, мм, рисунок 3.7.
72
Путь проскальзывания, пройденный точкой К за один оборот колеса
𝐿пр = 2π 𝐻𝐾 .
(3.38)
r
Rk

hK
K
Рисунок 3.7 – Схема для расчета пути проскальзывания точки К
При движении колеса по внешнему рельсу мгновенный центр вращения
находится в точке контакта колеса с головкой рельса по кругу катания (𝑟 = 𝑅𝑘 ).
Примем, что движение происходит без проскальзывания.
Выражения для скорости проскальзывания точки К и пройденного пути за
один оборот колеса имеют вид
𝑉K = ωкп ℎ𝐾 ,
(3.39)
𝐿пр = 2𝜋ℎ𝐾 .
(3.40)
73
В процессе относительного движения будет происходить пластическое
оттеснение материала гребня бандажа в области контакта с рельсом и частичное
микрорезание за счет внедрения неровностей шероховатости рельса в материал
гребня.
Как было отмечено выше, область контакта является довольно узкой
3
3
поверхностью с границей близкой к эллипсу, с 𝑎 = 7,7317 √𝑃 и 𝑏 = 0,3456 √𝑃.
На площадке контакта могут одновременно разместиться до 18 неровностей
по длине и одна неровность по ее ширине.
Одна неровность, расположенная на головке рельса, проникает в материал
3
гребня на глубину ℎp = 0,0086 √𝑃2 .
Площадь
сечения,
перпендикулярного
к
направлению
перемещения
неровности, равна
𝑆сч = 0,5π𝑏ℎp =0,00467P.
(3.41)
Область контакта является номинальной. В каждый момент времени в точке
контакта образуется некоторая область, которая перемещается вдоль рельса со
скоростью движения локомотива. В границах этой области происходит
перемещение материала гребня бандажа относительно рельса со скорость
проскальзывания. Получается, что неровность рельса, расположенная в центре
области, как бы перемещается по материалу гребня. (На самом деле неровности в
центре области постоянно меняют друг друга, а некоторая фиксированная точка
гребня вращается вместе с колесом, попадая в область контакта один раз за
оборот колеса) [66].
Неровности по длине области контакта располагаются случайным образом.
Вероятность того, что две последовательные неровности будут перемещаться по
одной и той же траектории, весьма мала. Можно считать, что весь материал
гребня
бандажа,
подверженный
пластическому
выдавливанию
за
счет
проникновения материала рельса, будет истираться следующими друг за другом
неровностями [57, 64].
74
Объем изношенного материала гребня бандажа внутреннего колеса за один
оборот колеса
𝜗из = 𝑆сч 𝐿пр =0,00934π 𝐻𝐾 𝑃.
(3.42)
Интенсивность изнашивания материала гребня бандажа внутреннего колеса
за один оборот колеса
𝐼=
𝜗из
2π𝑅𝑘
=0,00467𝐻𝐾, 𝑃/𝑅𝑘 .
(3.43)
Для колеса, двигающемуся по внешнему рельсу, принимается 𝐻𝐾 = ℎ𝐾 .
Характеристики изнашивания материала гребней бандажей колесных пар
(формулы (3.42), (3.43)) получены при условии непрерывного контакта гребня
бандажа и грани рельса и определяются индивидуально для конкретной серии
локомотива, заданного полигона, режимов и условий эксплуатации. Величина
сжимающей силы зависит от конструктивных особенностей локомотива, от
характера вписывания и движения колесных пар в кривых, от радиуса кривых и
их протяженности. Для прямолинейных участков пути считаем P = 0 т [67, 68].
3.3
Оценка влияния условий и режимов эксплуатации электровозов серии 2ЭС6
на износ бандажей колесных пар
Движение колеса по неравноупругому пути при наличии неровностей
рельсов, в частности стыковых соединений, характеризуется периодическими
изменениями нагрузки колеса (оси) на рельс, связанными с колебаниями тележек
и кузова локомотива.
Спектр
частот
вынужденных
колебаний
и
амплитуд
переменной
составляющей нагрузки носит довольно сложный характер и зависит от
множества факторов, связанных с конструктивными особенностями локомотива,
пути, скорости движения и т. д. При всей сложности спектра колебания
подчиняются закону периодичности и их совокупность можно характеризовать
как стационарный случайный процесс [69].
75
В соответствии с колебаниями нагрузки оси на рельс должна изменяться и
действительная сила сцепления. При этом коэффициент сцепления, оставаясь
коэффициентом пропорциональности, может и не изменять своего значения.
Физическая величина коэффициента трения, имея сложную природу
происхождения, может и не оставаться постоянной при изменении сил
нормального давления. В некоторых исследованиях указывается, что с
уменьшением сжимающих усилий коэффициент трения возрастает [62], такой же
результат был получен в опытах с локомотивами [70]. Таким образом, при
разгрузке колесной пары можно предположить некоторую компенсацию в силе
сцепления за счет увеличения коэффициента трения.
С
учетом
приведенных
замечаний
будем
считать,
что
величина
коэффициента трения в пределах принятого диапазона колебаний нагрузки
изменяется незначительно, а сила сцепления колеблется в соответствии с силой
нормального давления. Таким образом, с учетом периодического характера
нагрузки оси на рельс и постоянства коэффициента трения (сцепления) сила
сцепления также становится функцией времени.
При
движении
локомотива
параметры,
характеризующие
процесс
взаимодействия – сила сцепления и величина скольжения - являются
периодически меняющимися.
Анализ
динамических
процессов
взаимодействия
во
всем
реально
возможном диапазоне значений жесткости характеристик тяги подтверждает
теорию перманентного боксования, если под боксованием понимать любую
величину скольжения [71]. О прерывистом характере боксования можно говорить
в случае пренебрежения малой величиной скольжения на круто восходящей части
характеристики сцепления.
Многочисленными исследованиями установлено, что при движении
локомотива большие величины силы сцепления (70÷80 % от максимального
значения) и соответственно, силы тяги достигаются при малых скоростях
относительного перемещения что является следствием преобладания упругих
деформаций в контакте «колесо-рельс». Остальные 20÷30 % достигаются за счёт
76
непропорционального роста скорости скольжения и резкого увеличения доли
пластических деформаций [56, 72].
В
условиях
сочетания
качения
колеса
по
рельсу
с
некоторым
проскальзованием принято оценивать скорость скольжения в относительных
единицах к скорости поступательного движения.
Большинством исследователей отмечается, что 70 % силы сцепления от
максимальной достигается при относительном скольжении 0,2 %, после чего
начинается заметное перераспределение видов деформирования материала [69,
72].
Достижение
максимума
сил
сцепления
сопровождается
ростом
относительного скольжения до 2 % т.е. увеличивается в 10 раз [69].
Микропроцессорная система управления и диагностики (МПСУ и Д) 2ЭС6
обеспечивает ограничение сил по сцеплению в пределах 90 % от максимальных
величин сил тяги и торможения, что безусловно негативно влияет на характер
формирования контакта «колесо-рельс».
На
основании
файлов
микропроцессорной
системы
управления
локомотивом (МСУЛ) двухсекционного электровоза 2ЭС6 № XXX при ведении
поезда № XXX (вес 8912 т, количество осей 364, вагонов 91) по участку Березово
– Сосновка (максимальный уклон составляет 4,8 %0, протяженность 6000 м),
построена зависимость F(V) (рисунок 3.8).
Данный подъём преодолевается со скоростью 40 км/ч на последовательнопараллельном соединении и независимом возбуждении ТЭД. Средний ток якоря
составляет 601 А, ток возбуждения равен 409 А, реализуемая мощность одним
ТЭД ЭДП 810 составляет 900 кВт.
Фактические
параметры
превышают
номинальный
режим,
который
соответствует часовому [73]. На расчётном подъёме мощность тягового двигателя
восьмиосного электровоза 2ЭС6 превышает мощность часового режима на 11 %.
F,кН
77
330
290
250
210
170
130
90
50
10
-30
-70
-110
-150
-190
-230
-270
Область тяговых характеристик Fmax
F(V), для mп=8912 т
0,9Fmax
0,7Fmax
Область тормозных характеристик
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
V, км/ч
Рисунок 3.8 – Ограничение по сцеплению сил тяги и торможения секции
электровоза 2ЭС6 в зависимости от скорости его движения:
Fmax – максимальное ограничение по сцеплению сил тяги и торможения;
0,9Fmax – ограничение по сцеплению сил тяги и торможения, заданное МПСУ;
0,7Fmax – ограничение по сцеплению сил тяги и торможения, обеспечивающее
качение колесных пар без проскальзования.
Из рисунка 3.8 следует, что реализация тяговых усилий при движении
локомотива с поездом массой 8912 т при разгоне до 90 км/ч осуществляется со
значительным проскальзованием колесных пар, 𝑉ск ⁄𝑉 > 0,2 %. Более того, даже
при установившемся режиме движения в диапазоне скоростей 80-90 км/ч, тяговые
усилия реализуются с относительным скольжением колесных пар превышающим
0,2 %.
Для оценки износа бандажа в процессе реализации сил тяги и торможения
целесообразно использовать энергетический критерий [69]
γ𝑄 =
𝜗из
𝑄
=
𝜗из
𝐹сц 𝐿ск
,
(3.44)
где 𝜗из – объем изношенного материала гребня бандажа колесной пары, мм3;
Q – работа сил сцепления, Дж;
Lск – путь скольжения, м;
Fсц – сила сцепления в контакте «колесо-рельс», Н.
Тогда
𝜗из = γ𝑄 𝐹сц 𝐿ск .
(3.45)
78
Таким
образом,
объем
изношенного
материала
бандажа
прямо
пропорционален работе сил сцепления.
Выразим путь скольжения 𝐿ск через скорость скольжения Vск и время t, в
течение которого колесной парой пройден линейный путь L
𝐿ск = 𝑉ск 𝑡;
𝑡=
𝐿
𝑉0
(3.46)
,
(3.47)
где 𝑉0 – скорость поступательного движения колесной парой, м/с.
Подставляя выражения (3.46) и (3.47) в выражение (3.44) получим
𝛾𝑄 =
𝜗из
𝐹сц 𝑉ск
𝐿
𝑉0
.
(3.48)
После преобразования получим выражение
𝜗из
𝐿
= 𝛾𝑄 𝐹сц
𝑉ск
𝑉0
.
(3.49)
Отношение 𝜗из /L есть площадь поперечного сечения в пятне контакта
«колесо-рельс».
Следовательно, интенсивность изнашивания материала бандажей колесных
пар прямо пропорциональна мощности скольжения (𝐹сц 𝑉ск ). Иначе, износ по
поперечному
сечению
бандажей
колесных
пар
прямо
пропорционален
реализуемой силе сцепления и относительному скольжению [67, 74].
Необходимая
для
формирования
фрикционного
контакта
энергия
представляет собой энергию потерь на трение, которая участвует в процессе
изнашивания материала колеса и рельса, определяется как [69, 75]
∆𝑄сц = 𝑉ск 𝐹сц 𝑡.
(3.50)
Найдем энергию потерь на трение ∆𝑄сц для конкретного случая (вес поезда
8912 т, количество осей 364, вагонов 91, максимальный уклон протяженностью
6000 м составляет 4,8 %0,).
Используя универсальную характеристику сцепления в относительных
единицах скорости скольжения 𝑉ск ⁄𝑉 и сил сцепления 𝐹сц ⁄𝐹сц(б) , (𝐹сц(б) – сила
сцепления бандажа колесной пары с рельсом при относительном скольжении
79
равном 0,2% – соответствует реализуемой силе тяги равной 0,7Fmax) [69] построим
зависимость силы тяги F от соотношения 𝑉ск ⁄𝑉 .
В соответствии с тяговой характеристикой [73] сила сцепления при
относительном скольжении 0,2 % соответствует силе тяги, равной 192 кН,
реализуемой секцией двухсекционного электровоза 2ЭС6 в диапазоне скоростей
от 0 до 40 км/ч. Сила тяги, ограниченная по сцеплению колесной пары с рельсом,
соответствует относительному скольжению в пределах 2 % и равна 275 кН
(рисунок 3.9).
300
В
250
F, кН
200
А
150
100
50
0
0
0.2
Vск/V
2
Рисунок 3.9 – Зависимость F (𝑉ск ⁄𝑉 ) секции электровоза 2ЭС6
для 𝑉0 от 0 до 40 км/ч
Из рисунков 3.8, 3.9 следует, что сила тяги секции электровоза 2ЭС6 при
массе поезда 8912 т. на некоторых элементах профиля пути реализуется с
относительным скольжением в пределах 0,6÷0,7 % (область B, рисунок 3.9), что
указывает на преобладание пластических деформаций в пятне контакта «колесорельс».
В соответствии с рисунком 3.9 рассчитаем энергию потерь на трение ∆𝑄сц ,
преобразовав формулу (3.50) в следующий вид
∆𝑄сц =
𝑉ск 𝑁𝐿𝑛
𝑉02
,
(3.51)
80
где N – мощность одного ТЭД, реализуемая на расчётном подъёме, кВт;
n – количество ТЭД.
Тогда для нашего случая получаем
∆𝑄сц = 7,56 кВт · ч.
Предположим,
что
усилия
тяги
восьмиосным
электровозом
2ЭС6
реализуются без проскальзования колесных пар, т.е. относительное скольжение не
превышает 0,2%, тогда
∆𝑄сц = 2,16 кВт · ч.
Следовательно, на фрикционное взаимодействие [76] при относительном
скольжении 0,7 % приходится в 3,5 раза больше энергии чем при 0,2 %.
Для снижение энергии потерь на трение ∆𝑄сц , а следовательно и
интенсивности изнашивания материала бандажа колесных пар при реализации
сил тяги необходимо увеличение числа тяговых осей локомотива. Одинаковая
сила тяги локомотива Fл может создаваться различным числом движущих осей n1
и n2.
Тогда по формуле (3.50)
∆𝑄сц1 =
∆𝑄сц2 =
∆𝑄сц1
∆𝑄сц2
=
𝑉ск1 𝐹л 𝐿
𝑛1
𝑉0
𝑉ск2 𝐹л 𝐿
𝑛2
𝑉0
𝑉ск1 𝑛2
𝑉ск2 𝑛1
.
;
(3.52)
.
(3.53)
(3.54)
Из формулы (3.54) следует, что количество энергии, вызывающий износ
материалов колеса и рельса, обратно пропорционально числу движущих осей.
Таким образом, использование трехсекционных электровозы 3ЭС6 и
электровозы с бустерной секцией 2ЭС6Б для перевозочной работы с поездами
весом 8000 – 9000 т [77], позволяет обеспечивать снижение интенсивности
изнашивания бандажей колесных пар более чем в 3,5 раза за счет уменьшения
относительного скольжения [75, 78, 79].
Для снижения потерь на трение в контакте «колесо-рельс» и интенсивности
изнашивания материала бандажа при фрикционном взаимодействии в процессе
81
реализации силы тяги необходимо увеличение числа тяговых осей локомотива
(количество энергии, вызывающее износ материалов колеса и рельса, обратно
пропорционально числу движущих осей локомотива).
3.4
Выводы
3.4.1 Предложен метод определения напряжений и величины взаимного
проникновения (сближения) головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в
области их силового контакта, основанный на определении глубины взаимного
внедрения
неровностей
контактирующих
поверхностей.
Величина
износа
определяется следующими параметрами: напряжением материала в области
контакта и размерами этой области, физико-механическими и геометрическими
параметрами контактирующих тел, шероховатостью на поверхности рельса и
гребня бандажа, скоростью относительного скольжения и временем контактного
взаимодействия.
Силовой контакт гребня бандажа и рельса происходит в основном в
пределах
пластической
(сближение)
деформации
ограничивается
материала,
уровнем
взаимное
проникновение
шероховатостей
поверхностей
контактирующих тел. Глубина проникновения неровностей рельса в материал
гребня бандажа составляет около 70% от общей величины сближения. При
силовом контакте износ гребня бандажа колеса значительно выше износа головки
рельса.
3.4.2 Разработана методика расчета объема изношенного материала и
интенсивности изнашивания гребня бандажа колеса при движении локомотива в
кривой заданного радиуса при условии непрерывного контакта гребня бандажа и
грани головки рельса. Величина силового взаимодействия в контакте зависит от
конструктивных особенностей локомотива, от характера вписывания и движения
колесных пар в кривых, от радиуса кривой и ее протяженности.
3.4.3 Исследовано влияние условий и режимов эксплуатации электровозов
серии 2ЭС6, потерь на трение в контакте «колесо-рельс» на интенсивность
82
изнашивания
материала
бандажей
колесных
пар
локомотива.
Получены
математические выражения для оценки износа и расчёта энергии, необходимой
для формирования фрикционного контакта в системе «колесо-рельс» при
движении локомотива, на основе использования энергетического критерия и
оценки относительного скольжения в пятне контакта.
Установлено, что для снижения потерь на трение в контакте «колесо-рельс»
и интенсивности изнашивания материала бандажа необходимо увеличение числа
тяговых осей локомотива. Количество энергии, вызывающее износ материалов
колеса и рельса, обратно пропорционально числу движущих осей локомотива.
Использование трехсекционных электровозов 3ЭС6 и электровозов с
бустерной секцией 2ЭС6Б для перевозочной работы с поездами весом 8000 – 9000
т позволяет обеспечивать снижение относительного скольжения и интенсивности
изнашивания бандажей колесных пар более чем в 3,5 раза.
83
4
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КУЗОВНОГО РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ
ГРУЗОВЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ 2ЭС6
Технологическая готовность локомотиворемонтного производства – это
наличие
в
локомотивном
депо
полных
комплектов
конструкторской
и
технологической документации, а также средств технологического оснащения,
необходимых для осуществления заданного объема выпуска из ремонта
локомотивов с установленными технико-экономическими показателями [80, 81].
В связи с этим, для повышения работоспособности узлов механической
части
и
эксплуатационной
надежности
электровозов
2ЭС6
необходимы
совершенствование конструкции некоторых узлов и технологических процессов
ремонта кузовного рессорного подвешивания [82– 85].
4.1
Экспериментальное определение интенсивности изнашивания пальца
упора-ограничителя горизонтальных перемещений тележки
электровоза серии 2ЭС6
В соответствии с нормами допусков и износов деталей механической
части [22] зазор между пальцем упора-ограничителя и упорной плитой рамы
кузова при пробеге локомотива 600 тыс. км должен составлять 19 – 21 мм
(допустимая интенсивность изнашивания – 1мм за 600 тыс. км), рисунки 4.1, 4.2.
палец
Рисунок 4.1 – Новый упор-ограничитель после ремонта в объеме ТР-600
Для экспериментального определения интенсивности изнашивания пальца
84
упора-ограничителя горизонтальных перемещений тележки, влияния качества
сборки механической части на его эксплуатационный ресурс выполнены замеры
Рисунок 4.2 – Размеры упора-ограничителя
зазора «П» между пальцем и упорной плитой рамы кузова на контрольной группе
локомотивов серии 2ЭС6, эксплуатируемых на полигонах Западно-Сибирской,
Свердловской и Южно-Уральской железных дорог. Начальными стоит считать
размеры, полученные при проведении электровозам текущего ремонта в объёме
ТР-600 (таблица 4.1).
Таблица 4.1 – Размеры пальца упора и зазора «П» после ТР-600
№
2ЭС6
403
437
1293
276
Секция
А
1
ТУ ТУ
тележка
S,км
правый
упор
L, П,
L, П,
мм мм
мм мм
20 20 0 20 19
20 20 0
17
20
20 20 0
21
20
20 20 0
16
20
Секция
А
1
тележка
левый
упор
L, П,
мм мм
20 21
20 18
Секция
А
2
тележка
правый
упор
L, П,
мм мм
20 19
20 17
Секция Секция
А
Б
2
1
тележка тележка
левый правый
упор
упор
L, П, L, П,
мм мм мм мм
20 18 20 16
20 25 20 20
Секция
Б
1
тележка
левый
упор
L, П,
мм мм
20 19
20 19
20 22 20 11 20 27 20 21 20 19
20 20 20 17 20 23 20 25 20 19
Секция
Б
2
тележка
правый
упор
L П,
,мм мм
20 21
20 24
20
20
Секция
Б
2
тележка
левый
упор
L, П,
мм мм
20 20
20 17
26 20 11
22 20 18
Следующие замеры были произведены в эксплуатации с различным
пробегом локомотивов, таблица 4.2.
85
Таблица 4.2 – Размеры пальца упора и зазора «П» в эксплуатации
№ 2ЭС6
403
437
1293
276
Секция Секция Секция Секция Секция Секция Секция Секция
А
А
А
А
Б
Б
Б
Б
1
1
2
2
1
1
2
2
тележка тележка тележка тележка тележка тележка тележка тележка
S,км
правый левый правый левый правый левый правый левый
упор
упор упор упор упор упор упор упор
L, П, L, П, L, П, L, П, L, П, L, П, L, П, L, П,
мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм
471026 19 20 19 22 15 24 12 26 13 23 13 26 16 25 17 23
405007 13 24 12 26 18 19 16 29 16 24 16 23 18 26 17 20
69000 20 21 20 22 20 11 20 27 20 21 18 21 20 26 20 11
258007 12 24 13 27 15 22 15 28 15 30 13 26 15 27 13 25
Анализ
результатов
показал,
что
при
сборке
механической
части
допускаются отклонения зазора от нормативного значения: минимальный зазор
составлял 11 мм, максимальный – 27 мм.
Интенсивность изнашивания пальца упора-ограничителя
𝜎=
∆𝐿
∆𝑆
∙ 104 ,
(4.1)
где ∆𝐿 – разница длины пальца упора между замерами нарастающим итогом от
ТР-600, мм;
∆𝑆 – линейный пробег локомотива между замерами нарастающим итогом от
последнего ТР-600, км.
В среднем износ пальца до браковочных параметров происходит при
пробеге локомотива 79500 км. К пробегу 300 тыс. км износ достигает 3,8 мм.
Максимальный износ 8 мм был зафиксирован при пробеге 258007 км, что
составляет 1 мм за 32250 км (интенсивность изнашивания 0,31 мм/10 тыс. км).
Максимальная величина зазора в эксплуатации составила 30 мм. На левой стороне
тележек относительно кабины управления износ упоров на 17 % был выше чем на
правой, а упоры крайних тележек имели на 28 % больший износ, чем на
внутренних. Отмечено, что в тех случаях, когда при начальных условиях (ТР-600)
зазор был менее 20 мм, интенсивность изнашивания пальца упора увеличивалась.
Характерные следы силового взаимодействия представлены на рисунке 4.3.
86
Рисунок 4.3 – Изношенные поверхности пальца упора-ограничителя и упорной
плиты в эксплуатации
Отмечено, что в тех случаях, когда при начальных условиях (ТР-600) зазор
был менее 20 мм, износ пальца упора-ограничителя происходил быстрее.
Таким образом работоспособность упора в реальных условиях эксплуатации
локомотива серии 2ЭС6 не отвечает требованиям технических условий.
4.2
Усовершенствованная конструкция упора-ограничителя горизонтальных
перемещений тележки
Большинство исследований по износу гребней бандажей локомотивов
[86 – 88] посвящены геометрическому и динамическому вписыванию в кривые
участки железнодорожного пути, а также влиянию кинематических параметров
колесных пар, экипажа и их связей между собой на условия взаимодействия с
рельсами [89 – 97 ]. Важно отметить, что снижению динамических переменных
воздействий со стороны железнодорожного пути также способствует подержание
в
работоспособном
состоянии
узлов
экипажа,
сохранение
параметров
технологических зазоров в процессе эксплуатации и обеспечение качества сборки
механической части.
Практика эксплуатации электровозов серии 2ЭС6 показывает, что наиболее
уязвимым местом в данной системе является упор-ограничитель горизонтальных
перемещений тележки, непосредственно контактирующий с упорной плитой рамы
87
кузова в процессе колебаний виляния и относа тележки, а также при вписывании
электровоза в кривые участки пути. Нормативными документами установлено,
что зазор между пальцем упора-ограничителя и упорной плитой должен
+1
составлять 20+1
−1 мм. Соблюдение зазора в 20−1 мм способствует стабилизации
характеристики упругой поперечной связи между кузовом и тележкой при
вписывании электровоза в кривые, а также обеспечивает устойчивость экипажа
при высоких амплитудах горизонтальных колебаний, что безусловно влияет на
интенсивность и характер изнашивания гребней колесных пар [29].
Технологическим
процессом
ремонта
замена
упора-ограничителя
выполняется на текущем ремонте в объеме ТР – 600.
Для того чтобы восстановить палец упора-ограничителя до чертежных
размеров, необходимо выкатить тележку, снять упор и произвести ремонт пальца
с помощью сварки или наплавки (рисунки 4.4, 4.5).
Рисунок 4.4 – Изъятые из эксплуатации пальцы упора-ограничителя
Рисунок 4.5 – Восстановленные на ТР-600 пальцы упора-ограничителя
88
Для повышения работоспособности узла [54] изменена его конструкция, что
позволяет оперативно заменять изношенную часть пальца при проведении
текущего
ремонта,
сохраняя
нормативный
зазор
на
протяжении
всего
межремонтного пробега электровоза. Усовершенствованная конструкция упораограничителя представлена на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6 – Упор-ограничитель горизонтальных перемещений тележки
1 – стакан; 2 – основание; 3 – втулка; 4 – палец; 5 – съемный наконечник;
6 – пружина упора; 7 – фиксирующий винт
Упор-ограничитель горизонтальных перемещений тележки включает в себя
следующие основные элементы: стакан, основание, втулка, палец, съемный
наконечник пальца, пружина упора, фиксирующий винт.
Фиксирующий винт используется для исключения проворота пальца при
замене изношенного съемного наконечника пальца, установленного на резьбовом
соединении.
Чертежные
рисунке 4.7.
размеры
фиксирующего
винта
[98]
представлены
на
89
Для установки фиксирующего винта изменена конструкция стакана и основания
Рисунок 4.7 – Чертеж фиксирующего винта
упора-ограничителя. Измененные конструкции приведены на рисунках 4.8, 4.9.
Рисунок 4.8 - Конструкция стакана
90
Рисунок 4.9 - Конструкция основания
Палец выполнен разборным, состоящим из двух частей [98]. Чертежные
размеры съемного наконечника и стационарной части пальца приведены на
рисунках 4.10, 4.11 соответственно.
Рисунок 4.10 – Съёмный наконечник пальца
Рисунок 4.11 – Стационарная часть пальца
91
Применяемые материалы элементов конструкции и их механические
свойства (предел прочности в, предел текучести 02) при нормальной
температуре (20 ºС) приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 – Механические свойства применяемых материалов
Элемент сборки
Стакан 2ЭС6.31.700.002
Основание 2ЭС6.31.500.001
Втулка 2ЭС6.31.700.001
Палец, стационарная часть
2ЭС6.31.500.002
Упорная плита
Съемный наконечник пальца
2ЭС6.31.500.002
Пружина упора 2ЭС6.31.000.002
Фиксирующий винт
Материал
Сталь 20Л
ГОСТ 977-88
Ст3пс
ГОСТ 14637-89
Сталь 40Х
ГОСТ 4543-71
Сталь 45Х
ГОСТ 4543-71
60С2ХА-Д-3В
ГОСТ 14959-2016
Сталь 30ХГСА
ГОСТ 4543-71
в, МПа
02, МПа
412,0
216,0
370,0
245,0
980,0
785,0
1030,0
835,0
-
-
1080,0
835,0
При увеличении более 20 мм зазора между пальцем и упорной плитой по
причине износа, усовершенствованная конструкция позволяет восстановить зазор
до нормативных пределов без выкатки тележки и полного разбора узла
посредством замены съемного наконечника пальца и установки регулировочных
шайб (рисунок 4.6).
На
усовершенствованную
конструкцию
упора-ограничителя
горизонтальных перемещений тележки локомотива получены два патента на
полезные модели [99, 100].
Предложенное техническое решение внедрено в технологические процессы
ремонта электровозов серии 2ЭС6 в СЛД «Московка» - филиала ООО «СТМСервис».
92
4.3
Усовершенствованная конструкция кузовного рессорного подвешивания
электровозов серии 2ЭС6
Существенным
недостатком
конструкции
кузовного
рессорного
подвешивания электровозов серии 2ЭС6 применяемого в настоящее время
(рисунок
4.12),
является
наличие
возможности
случайного
изменения
регламентированного положения концевых витков из-за поворота пружин
относительно их вертикальных осей при сборке механической части, а также в
процессе эксплуатации при динамическом взаимодействии колесных пар с
рельсами и поворотах тележки относительно кузова в кривых участках пути [41].
Рисунок 4.12 – Пружина типа «flexicoil» электровоза 2ЭС6
1 – шайба; 2 – верхний стакан; 3 – пружина; 4 – рама кузова;
5 – регулировочная прокладка; 6 – боковина рамы тележки; 7 – нижняя
направляющая чаша
При динамическом взаимодействии колесной пары с рельсом пружины
испытывают деформации растяжения, сжатия, изгиба и кручения, обусловленные
их назначением и конструктивными особенностями. При этом возможны
комбинации этих деформаций в зависимости от условий эксплуатации (кривые
участки пути) и режимов ведения поезда (начало движения, разгон, торможение).
93
Характерные следы смещения опорных поверхностей концевых витков пружин
представлены на рисунке 4.13.
Рисунок 4.13 – Следы взаимодействия и смещения кузовной пружины
на нижней направляющей чаше тележки
Из второго раздела диссертации следует, что установка пружин кузовного
рессорного подвешивания с положением концевых витков по схеме на рисунке
2.5 б) является оптимальным вариантом с точки зрения повышения динамических
качеств электровоза 2ЭС6. Для исключения случайных изменений данного
положения концевых витков кузовных пружин при их монтаже и в процессе
эксплуатации
локомотива
усовершенствована
конструкция
нижних
направляющих чаш 1 и верхних стаканов 2 кузовных пружин (рисунок 4.14).
Рисунок 4.14 – Усовершенствованная конструкция верхнего стакана
и нижней направляющей чаши
1– нижняя направляющая чаша; 2 – верхний стакан; 3,4 – фиксаторы
94
На поперечных (относительно боковины тележки) осях симметрии пружин
в точках их пересечения с окружностями средних диаметров пружин установлены
фиксаторы 3 и 4 положения концевых витков (рисунок 4.14, 4.15).
Рисунок 4.15 – Пружина «flexicoil» в сборе с нижней направляющей чашей и
верхним стаканом
При
сборке
кузовного
рессорного
подвешивания
пружины
устанавливаются концевыми витками наружу рамы тележки в соответствии со
схемой, приведенной рисунке 2.5 б), таким образом, что торец нижнего концевого
витка упирается в фиксатор нижней направляющей чаши рамы тележки, а торец
верхнего концевого витка – в фиксатор верхнего стакана кузова (рисунок 4.16).
Рисунок 4.16 – Установка кузовных пружин в соответствии с измененной
конструкцией нижних направляющих чаш и верхних стаканов
Предложенное техническое решение и схема положения концевых витков
кузовных пружин «flexicoil» внедрены в технологические процессы ремонта
электровозов серии 2ЭС6 в СЛД «Московка» – филиала ООО «СТМ-Сервис».
95
Предложенные новые конструктивные и технологические решения для
узлов кузовного рессорного подвешивания локомотива позволяют повышать
динамические качества локомотива, работоспособность узлов поперечной
упругой связи рамы тележки с кузовом, качество сборки механической части.
Универсальность конструкций позволяет использовать их на локомотивах всех
серий, где применяются аналогичные конструктивные решения и пружины типа
«flexicoil» во второй ступени рессорного подвешивания.
Техническим результатом предлагаемых решений является повышение
динамических качеств и эксплуатационной надежности локомотивов.
4.4
Выводы
4.4.1 Экспериментальным путем определена интенсивность изнашивания
пальца упора-ограничителя горизонтальных перемещений тележки электровоза
серии 2ЭС6. Результаты исследований показали, что износ пальца до браковочных
параметров происходит при пробеге локомотива 79500 км. Интенсивность
изнашивания составляет 0,31 мм/10 тыс. км.
4.4.2 Для повышения работоспособности упора-ограничителя предложена
его усовершенствованная конструкция, которая позволяет заменять изношенную
часть (съемный наконечник) пальца при проведении очередного текущего
ремонта (ТР-30, ТР-300) при достижении пробега локомотивом 60 тыс. км без
выкатки тележки из-под электровоза, сохраняя нормативный зазор на протяжении
всего межремонтного пробега.
4.4.3 Для обеспечения установки и исключения случайных изменений
оптимального положения концевых витков кузовных пружин при их монтаже и в
процессе эксплуатации локомотива предложена схема положения концевых
витков и усовершенствованная конструкция кузовного рессорного подвешивания
электровозов серии 2ЭС6, заключающая в установке на направляющих чашах и
верхних стаканах фиксаторов, размещенных на поперечных (относительно
96
боковины тележки) осях симметрии пружин в точках их пересечения с
окружностями средних диаметров пружин.
4.4.4 Применение предложенных новых конструкционных решений в
кузовном рессорном подвешивании грузового магистрального электровоза 2ЭС6,
позволяет повышать динамические качества локомотива и работоспособность
узлов поперечной упругой связи рамы тележки с кузовом. На новые
конструкционные решения получены два патента на полезные модели.
4.4.5 Применение предложенных решений в технологических процессах
ремонта электровозов 2ЭС6 позволяет повышать эксплуатационную надежность
локомотивов за счет снижения интенсивности изнашивания и увеличения ресурса
бандажей колесных пар.
4.4.6 Предложенные технические решения и схема положения концевых
витков кузовных пружин «flexicoil» внедрены в технологические процессы
ремонта электровозов серии 2ЭС6 в СЛД «Московка» - филиала ООО «СТМСервис».
97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
результате
обоснованные
проведенных
технические
и
исследований
получены
технологические
решения
новые
и
научно
разработки,
направленные на совершенствование конструкции и технологии ремонта узлов
механической части грузовых магистральных электровозов серии 2ЭС6. Их
применение позволит повысить эксплуатационную надежность локомотива за
счет улучшения его динамических качеств, повышения работоспособности
поперечной упругой связи тележки с кузовом, снижения интенсивности
изнашивания и увеличения ресурса бандажей колесных пар.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы
состоят в следующем:
1. Исследовано влияние конструктивных и технологических параметров
узлов механической части на динамические качества грузовых магистральных
электровозов серии 2ЭС6 и силовое взаимодействие гребней бандажей колесных
пар и рельсов в условиях эксплуатации. Установлено, что эксплуатационная
надежность электровоза во многом определяется работоспособностью узлов
кузовного
рессорного
подвешивания,
зависящей
от
его
конструктивных
особенностей и качества сборки.
2. Разработана
положения
концевых
математическая
витков
пружин
модель
для
«flexicoil»
определения
в
кузовном
влияния
рессорном
подвешивании на динамические качества электровозов серии 2ЭС6, учитывающая
внутренние силовые факторы в рабочих витках и поперечное перемещение
концевых витков пружин.
Определена схема положения концевых витков кузовных пружин, при
которой возвращающий момент от поперечной деформации пружин будет
симметричен и одинаков по величине не зависимо от направления кривой
рельсовой колеи, что обеспечивает симметричность параметров поперечной
упругой связи тележки с кузовом при вписывании локомотива в кривые и
равномерное воздействие на силовой контакт гребней колесных пар с рельсами,
не влияя на статический прогиб пружин. При данном положении концевых витков
98
кузовных пружин на 6 % уменьшается боковая сила, действующая на гребень
колеса, тем самым создавая благоприятные условия для вписывания тележки в
кривые участки пути и снижения интенсивности изнашивания гребней бандажей
колесных пар. Установка кузовных пружин по предложенной схеме позволяет
увеличить ресурс бандажа на 29 % (с 380 тыс. км до 490 тыс. км пробега до смены
бандажа) и снизить интенсивность его изнашивания с 0,495 мм/10 тыс. км до
0,359 мм/10 тыс. км (на 38 %).
Предложенный алгоритм подбора положения концевых витков кузовных
пружин может быть применен для тягового подвижного состава всех серий, где
конструктивные решения в кузовном рессорном подвешивании аналогичны
используемым на электровозе 2ЭС6.
3. Предложен метод определения напряжений и взаимного проникновения
(сближения) головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в области их
силового контакта, основанный на определении глубины взаимного внедрения
неровностей контактирующих поверхностей.
Силовой контакт гребня бандажа и рельса происходит в основном в
пределах
пластической
(сближение)
деформации
ограничивается
материала,
уровнем
взаимное
проникновение
шероховатостей
поверхностей
контактирующих тел. Глубина проникновения неровностей рельса в материал
гребня бандажа составляет около 70% от общей величины сближения. При
силовом контакте износ гребня бандажа колеса значительно выше износа головки
рельса.
4. Разработана методика расчета объема изношенного материала и
интенсивности изнашивания гребня бандажа колеса при движении локомотива в
кривой заданного радиуса при условии непрерывного контакта гребня бандажа и
грани рельса. Величина силового взаимодействия в контакте зависит от
конструктивных особенностей локомотива, от характера вписывания и движения
колесных пар в кривых, от радиуса кривой и ее протяженности.
Износ материала гребней бандажей колесных пар определяется для
локомотивов отдельной серии и заданного полигона эксплуатации.
99
5. Исследовано влияние потерь на трение в контакте «колесо-рельс» на
интенсивность изнашивания материала бандажей колесных пар локомотива.
Получены математические выражения для оценки износа и расчёта энергии,
необходимой для формирования фрикционного контакта в системе «колесорельс» при движении локомотива, на основе использования энергетического
критерия и оценки относительного скольжения в пятне контакта.
Установлено, что для снижения потерь на трение в контакте «колесо-рельс»
и интенсивности изнашивания материала бандажа необходимо увеличение числа
тяговых осей локомотива. Количество энергии, вызывающее износ материалов
колеса и рельса, обратно пропорционально числу движущих осей локомотива.
Использование трехсекционных электровозов 3ЭС6 и электровозов с
бустерной секцией 2ЭС6Б для перевозочной работы с поездами весом 8000-9000 т
позволяет обеспечивать снижение относительного скольжения и интенсивности
изнашивания бандажей колесных пар более чем в 3,5 раза.
6. Предложены новые конструкционные решения в кузовном рессорном
подвешивании грузового магистрального электровоза 2ЭС6, применение которых
позволяет повышать динамические качества локомотива и работоспособность
узлов поперечной упругой связи рамы тележки с кузовом. На новые
конструкционные решения получены два патента на полезные модели.
Применение предложенных решений в технологических процессах ремонта
позволяет повышать эксплуатационную надежность локомотивов за счет
снижения интенсивности изнашивания и увеличения ресурса бандажей колесных
пар.
В качестве рекомендаций и перспективы дальнейшей разработки темы
диссертации
предлагается
исследование
влияния
конструкционных
и
технологических параметров наклонных тяг, передающих тяговые усилия между
рамой
кузова
и
тележкой,
на
динамические
качества
электровоза
и
работоспособности односторонних поводков буксового узла колесной пары,
разработка методов и средств тарировки их резинометаллических блоков и
кузовных пружин по усилиям, возникающим при их поперечном смещении и
скручивании.
100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Четвергов, В. А. Надежность локомотивов: учебник для вузов ж.-д.
трансп. / В. А. Четвергов, А. Д. Пузанков. – М.: Маршрут, 2003. – 415 с. –
ISBN 5-89035-083-8. – Текст : непосредственный.
2. Шантаренко, С. Г. Принципы оценки качества функционирования
тягового
подвижного
состава
в
структуре
перевозочного
процесса
на
железнодорожном транспорте / С. Г. Шантаренко. – Текст : непосредственный. //
Материалы VIII Международной научно-практической конференции «Наука и
образование 2005» / Днепропетровский национал. ун-т ж.-д. трансп. Т.60.Техника.
– Днепропетровск, 2005. С. 57 – 60.
3. Савоськин, А. Н. Прочность и безотказность подвижного состава
железных дорог / А. Н. Савоськин, Г. П. Бурчак, А. П. – Москва :
Машиностроение, 1990. – 288 с. – Текст : непосредственный.
4. Аболмасов,
А.А.
Управление
техническим
состоянием
тягового
подвижного состава в условиях сервисного обслуживания : специальность
05.22.07 “ Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация”:
диссертация на соискание учёной степени кандидата наук: Аболмасов Алексей
Александрович. – Москва, 2017 – 180 с. – Текст : непосредственный.
5. Воротилкин, А.В. Локомотивный комплекс и перспективы его развития. /
А.В. Воротилкин – Текст : непосредственный // Локомотив. – 2011. – С. 2–5.
6. Головатый, А.Т. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов за
рубежом. / А.Т. Головатый, А.Ю. Лебедев. – М. : Транспорт, 1977. – 159 с. –
Текст : непосредственный.
7. Иньков, Ю.М. Эксплуатация и ремонт электроподвижного состава
магистральных железных дорог. Учеб. Пособие / Ю.М. Инькова. – М.: Изд-во
МЭИ, 2011. – 384 с. – Текст : непосредственный.
8. Киселёв, В.И. Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного
состава : учебное пособие / В.И. Киселев, В.А. Гапанович, И.К. Лакин [и др.] ; под
101
общей редакцией В.А. Гапановича. М.: ИРИС Групп, 2012. – 576 с. – Текст :
непосредственный.
9. Степин,
П.
А.,
Сопротивление
материалов:
учебник
для
машиностроительных спец. Вузов / П. А. Степин. – 7-е изд. – Москва : Высшая
школа, 1983. – 303 с. – Текст : непосредственный.
10. Иванов, М. Н. Детали машин: учеб. для студентов высших технических
учебных заведений / М. Н. Иванов. – 5-е изд., перераб. – Москва : Высшая школа,
1991. – 383 с. –ISBN 5-06-001914-4. – Текст : непосредственный.
11. Иосилевич, Г. Б. Прикладная механика: учебное пособие для вузов /
Г. Б. Иосилевич, Г. Б. Строганов, Г. С. Маслов; под ред. Г. Б. Иосилевича. – М. :
Высш.шк., 1989. – 351 с. – ISBN 5-06-000090-7. – Текст : непосредственный.
12. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения =
Industrial product dependability. General concepts. Terms and definitions :
межгосударственный стандарт : утверждён и введён в действие постановлением
Государственного комитета СССР по стандартам от 15.11.89 №3375 : введён
впервые : дата введения 01.07.90 / разработан
и внесён Институтом
машиностроение АН СССР, Метотраслевым научно-техническим комплексом
«Надёжность машин» и Государственным комитетом СССР по управлению
качеством продукции и стандартам – Москва.: Изд-во стандартов, 1980. – 25 с. –
Текст : непосредственный.
13. Григоренко,
В.
Г.
Повышение
эффективности
использования
локомотивов в условиях эксплуатации на железных дорогах Восточного региона
России: специальность 05.22.07 “ Подвижной состав железных дорог, тяга поездов
и электрификация” : диссертация на соискание научной степени доктора
технических наук / Григоренко Виктор Григорьевич. – Омск, 1999. – 106 с. –
Текст : непосредственный.
14. Парнюк, С. М. Надежность технических средств и подходы к
техническому регулированию / С.М. Парнюк. – Текст : непосредственный
// Локомотив. – 2022. – № 7 (12). – С. 13 – 17.
102
15. ГОСТ
Р
56046–2014. Показатели использования локомотивов =
Locomotive utilization indicators : национальный стандарт российской федерации :
издание официальное : утверждён и введён в действие Приказом Федерального
агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 июня 2014 г.
№ 661-ст : введён впервые : дата введения 01.09.2014 / разработан Проектноконструкторским бюро локомотивного хозяйства — филиалом ОАО «РЖД» –
Москва : Стандартинформ, 2015. – 24 с. – Текст : непосредственный.
16. Гарг В.К. Динамика подвижного состава. Перевод с английского по ред.
Н.А. Панькина / В.К. Гарг, Дуккипати Р.В. – Москва : Транспорт, 1988. – 391 с. –
ISBN 5-277-00226-X. –Текст : непосредственный.
17. Ушкалов, В. Ф. Статистическая динамика рельсовых экипажей /
В. Ф. Ушкалов, Л. М. Резников, С. Ф. Редько. – Киев : Наукова думка, 1982. – 360
с. – Текст : непосредственный.
18. Дрягилев,
А.
Е.
Анализ
электровозов 2ЭС6 / А.Е. Дрягилев
неисправностей
механической
части
– Текст : непосредственный.// Известия
Транссиба / Омский гос. ун-т. путей сообщения. Омск, 2014. № 2(18). – 18 – 23 с.
19. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской
Федерации до 2030 года (распоряжение Правительства Российской Федерации от
17 июня 2008 г. № 877-Р) // mintrans.gov.ru : сайт. – Текст : электронный. – URL:
https://mintrans.gov.ru/documents/1/1010 (дата обращения: 05.03.2021).
20. Шантаренко, С. Г. Конструкционные особенности узлов механической
части и отказы локомотивов новых серий / С. Г. Шантаренко, С. В. Савинкин,
Ю. А. Свиридова. – Текст: непосредственный // Эксплуатационная надежность
локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов: материалы ХII
всероссийской научной-технической конференции с международным участием /
Омский государственный университет путей сообщения; отв. ред. И. И. Галиев. –
Омск, 2022. – С. 96 – 106. – ISBN 978-5-94941-311-1.
21. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС6 «Синара» с коллекторными
тяговыми электродвигателями : руководство по эксплуатации. В 9 частях. Часть 6.
103
Механическое оборудование и системы вентиляции. – Верхняя Пышма: ОАО
«УЗЖМ», 2008. – 97 с. – Текст : непосредственный.
22. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС6 «Синара» с коллекторными
тяговыми электродвигателями : руководство по эксплуатации. В 9 частях. Часть 9.
Техническое обслуживание. Текущий ремонт. Приложение Т. / ООО «Уральские
локомотивы». – Екатеринбург, 2016. – 437-439 с. – Текст : непосредственный.
23. Шантаренко, С. Г. Неравномерное распределение осевых нагрузок как
фактор одностороннего износа гребней колесных пар электровозов серии 2ЭС6 /
С. Г. Шантаренко, С. В. Савинкин, Ю. А. Свиридова. – Текст : непосредственный
// «Транспорт и логистика : развитие в условиях глобальных изменений потоков»:
сборник
научных
трудов
VII
международной
научно
–
практической
конференции. / Ростовский государственный университет путей сообщения. ; отв.
ред. А. Н. Гуда. – Ростов – на – Дону, 2023. – С. 410 – 415. –
ISBN 978-5-907295-82-7.
24. Механическая часть тягового подвижного состава/ И.В. Бирюков,
А.Т. Савоськин, Г.П. Бурчак [и др.]; Москва : Транспорт, 1992. – 440 с. – Текст:
непосредственный.
25. Домбровский, К.И. Износ бандажей в зависимости от конструкции
экипажа локомотива / К. И. Домбровский – Текст : непосредственный // Сборник
научных трудов ВНИИЖТ. – Москва. – 1962. Выпуск. 230. – С. 67 – 112.
26. Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К) // ru.scbist.com: сайт. –
URL:
http://scbist.com/scb/uploaded/1_1371277080.pdf
(дата
обращения:
31.10.2022).
27. Вернигора, В.В. Электровоз 2ЭС4К : Учебное пособие / В.В. Вернигора.
–– Санкт - Петербург, 2013. – 322 с. – Текст : непосредственный.
28. Механическая часть электрического подвижного состава : учебное
пособие / И. В. Волков, Ю.П. Булавин, В.Г. Рубан [и др.]. – Ростов-на-Дону :
Издательство Ростовского государственного университета путей сообщения,
2007. – 92 с. – Текст : непосредственный.
104
29. Савинкин,
С.
В.
Влияние
поперечной
жесткости
кузовного
подвешивания электровоза 2ЭС6 на износ гребней колесных пар / С.В. Савинкин,
С.Г. Шантаренко. – Текст : непосредственный //
Инновационные проекты и
технологии в образовании, промышленности и на транспорте: материалы XVI
научной конференции, посвященной Дню Российской науки / Омский гос. ун – т
путей сообщения ; отв. ред. И.И. Галиев. – Омск, 2022. – С. 401 – 407. –
ISBN 978-5-94941-297-8.
30. ГОСТ Р 55513–2013. Локомотивы. Требования к прочности и
динамическим качествам = Locomotives. Strength requirements and dynamic
qualities : издание официальное : утверждён и введён в действие Приказом
Федерального агенства по техническому регулированию и метрологии от 26
августа 2013 г. №536-ст : введён впервые : дата введения 01.07.2013 / разработан
Открытым
акционерным
конструкторскотехнологический
обществом
«Научно-исследовательский
институт
подвижного
состава»
и
(ОАО
«ВНИКТИ») и Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский
институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ») – Москва :
Стандартинформ, 2013. – 46 с. – Текст : непосредственный.
31. Козловский, А. Э. Расчёт элементов конструкции на сдвиг и кручение :
учебное пособие / А. Э. Козловский. – Иваново : Издательство Ивановского
государственного химико-технологического университета, 2016. – 100 с. – Текст :
непосредственный.
32. ГОСТ 34628–2019. Пружины и комплекты пружинные рессорного
подвешивания железнодорожного подвижного состава. Методы расчёта на
прочность при действии продольных и комбинированных нагрузок = Springs and
spring kits for spring suspension of railway rolling stock. Methods for calculating
strength under action longitudinal and combined loads : издание официальное :
утверждён и введён в действие Межгосударственным советом по стандартизации,
метрологии и сертификации (протокол от 20 декабря 2019 г. № 125-П) : введён
впервые : дата введения 01.09.2020 / разработан Открытым акционерным
обществом
«Научно-исследовательский
и
конструкторско-технологический
105
институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ»): – Москва : Стандартинформ,
2020. – 24 с. – Текст : непосредственный.
33. Доронин, С. В. К вопросу об управляемом вписывании электровозов в
кривые малого радиуса / С. В. Доронин, И. И. Доронина. – Текст : непосредственный
// Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. – 2013. – № 1. – С. 1–4.
34. Доронин, С. В. Управление движением локомотивных тележек в кривых
/ С. В. Доронин, И. И. Доронина – Текст : непосредственный
// Известия
Транссиба – 2016. – № 1(25). – С. 25 – 30.
35. Буйносов А.П. Влияние ширины колеи железнодорожного пути на
условия свободного вписывания тележек локомотивов / А. П. Буйносов,
К. А. Вахрушев
– Текст : непосредственный // Научно-технический вестник
Поволжья. – 2019. – № 8.– С. 65 –68.
36. Андрющенко А. А. Влияние расположения опорного витка пружины
буксового рессорного подвешивания на прочность корпуса буксы электровоза
2ЭС5К / А. А. Андрющенко, М. Н. Шутова – Текст : непосредственный // Вестник
всероссийского
научно-исследовательского
и
проектно-конструкторского
института электровозостроения. – 2008. – № 1 (55). – С. 168 – 174.
37. ГОСТ 13765–86. Пружины винтовые цилиндрические сжатия и
растяжения из стали круглого сечения. Обозначение параметров, методика
определения размеров = Cylindrical helical compression (tension) springs made of
round steel. Designation of parameters, methods for determination of dimensions :
издание официальное : утверждён и введён в действие Постановлением
Государственного комитета СССР по стандартам от 19.12.86 № 4008 : введён
впервые : дата введения 1988-07-01. – Москва : Издательство стандартов, 1988. –
15 с. – Текст : непосредственный.
38. Буйносов А.П., Варианты использования и расчет цилиндрических
винтовых пружин в рессорном подвешивании современных локомотивов /
А.П. Буйносов, Н.Г. Фетисова– Текст : непосредственный. // Научно-технический
вестник Поволжья. – 2016. – № 5. – С. 62 – 64.
106
39. Руководство пользователя Universal mechanism 9. Моделирование
динамики
железнодорожных
экипажей
//
www.universalmechanism.com
:
официальный сайт. – Текст: электронный. – URL: http://www.universalmechanism.
com/download/90/rus/08umloco.pdf (дата обращения: 19.11.2022).
40. Гончаров П.С. Инженерный анализ / П.С. Гончаров, И.А. Артамонов,
Т.Ф. Халитов, С.В. Денисихин, Д.Е. – Текст: непосредственный // NX Advanced
Simulation / ДМК Пресс, Москва. – 2012. – С. 504. – ISBN 978-5-94074-841-0.
41. Шантаренко, С. Г. Влияние расположения концевых витков пружин
кузовного
рессорного
подвешивания
локомотива
на
параметры
упругой
поперечной связи кузова с тележкой / С. Г. Шантаренко, С. В. Савинкин. – Текст:
непосредственный // Вестник Ростовского государственного университета путей
сообщения. – 2023. – № 2. – С. 29–39.
42. Даутов, Р. З. Введение в теорию метода конечных элементов : учебное
пособие. / Р. З. Даутов, М. М. Карчевский. – Казань : Казанский государственный
университет, 2004. – 239 с. – ISBN 5-9810-103-4. – Текст : непосредственный.
43. Евенко, В.В. Критериальные уравнения движения локомотивов в кривых
участках пути / В. В. Евенко – Текст : непосредственный // Вестник ВНИИЖТа 1976. - № 4. – С. 26 – 31.
44. Савоськин А.Н. Вероятностные методы в задачах динамики, прочности
и безотказности рельсовых экипажей : Стереотипное издание / А.Н. Савоськин,
Г.П. Бурчак, Д.А. Бондаренко. – Москва : Альянс, 2022. – 612 с. –
ISBN 978-5-00106-528-9. –Текст : непосредственный.
45. Никитин, Д.Н. Повышение ресурса колесных пар локомотивов с
тележками поводкового типа : специальность 05.22.07 «Подвижной состав
железных дорог, тяга поездов и электрификация» : диссертация на соискание
ученой степени кандидата технических наук / Никитин Дмитрий Николаевич;
Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. – Хабаровск, 2015. – 142 с. - Текст :
непосредственный.
107
46. Коган А. Я. Оценка эквивалентной конусности ободьев колес вагонов с
изношенной поверхностью катания / А. Я. Коган – Текст : непосредственный //
Вестник ВНИИЖТ – 2018. – № 3. – С. 127 – 132.
47. Буйносов, А.П. Математическое моделирование процесса изнашивания
бандажей колесных пар электровоза / А.П. Буйносов, И.М. Пышный,
В.А. Тихонов. – Текст : непосредственный.// Научно-технический вестник
Поволжья. – Казань, 2013. - № 3. – С. 107–110.
48. Магистральные электровозы. Механическая часть электровозов :
учебное пособие / П. И. Аброскин, Д. Г. Белогорский [и др.] ; Москва :
Машиностроение, 1967. – 435 с. – Текст : непосредственный.
49. Шантаренко, С. Г. Принципы оценки качества функционирования
тягового
подвижного
состава
в
структуре
перевозочного
процесса
на
железнодорожном транспорте / С. Г. Шантаренко. – Текст : непосредственный. //
Материалы VIII Международной научно-практической конференции «Наука и
образование 2005» / Днепропетровский национал. ун-т ж.-д. трансп. Т.60.
Техника. –Днепропетровск, 2005. – С. 57–60.
50. Шантаренко,
С.Г.
Инженерные
методы
анализа
и
обеспечения
эксплуатационной надежности колесно-моторных блоков локомотивов новых
серий / С.Г. Шантаренко, М.Ф. Капустьян – Текст : непосредственный //
Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств
железнодорожного подвижного состава: материалы всероссийской научнотехнической конференции с международным участием / Омский гос. ун-т. путей
сообщения – Омск, 2011. – С. 72–79.
51. Горский,
А. В.
Оптимизация
системы
ремонта
локомотивов
/
А. В. Горский, А. А. Воробьев. – Москва: Транспорт, 1994. – 208 с. – Текст :
непосредственный.
52. Лубягов, А. М. Об оптимизации технического обслуживания и ремонта
локомотивов / А. М. Лубягов: ЦТР ОАО «РЖД» // Бюллетень Объединенного
ученого совета ОАО «РЖД». . – 2011. № 1. С. 45–61. – Текст : непосредственный.
108
53. Дмитренко, И. В. Текущий ремонт и техническое обслуживание
локомотивов / И. В. Дмитриенко. – Изд-во ДВГУПС. Хабаровск, 1999. – 107 с. –
Текст : непосредственный.
54. Савинкин, С.В. Повышение работоспособности упора-ограничителя
горизонтальных
С.
В.
перемещений
Савинкин.
–
Текст:
тележки
электровозов
непосредственный
//
серии
Вестник
2ЭС6
/
Уральского
государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 2 (58). –
С. 128–134.
55. Ляпушкин, Н. Н. Модель физических процессов в пятне контакта при
движении колеса по рельсу со скольжением / Н. Н. Ляпушкин, А. Н. Савоськин –
Текст : непосредственный. // Наука и техника транспорта. – 2008. - №1. –
С. 33 – 42.
56. Буйносов, А. П. Влияние условий эксплуатации локомотивов на износ
бандажей колесных пар / А. П. Буйносов, К. Н. Яковлев, А. В. Хваловский. –
Текст : непосредственный // Научно-технический вестник Поволжья. – 2019. –
№ 3. – С. 46 – 49.
57. Полюшкин, Н. Г. Основы теории трения, износа и смазки : учебное
пособие / Н. Г. Полюшкин. – Красноярск : Красноярский гос. аграрный ун-т, 2013.
– 192 с. – Текст : непосредственный.
58. Голубенко,
А.
Л.
Алгоритм
решения
контактной
задачи
при
произвольном расположении колесной пары относительно рельсовой колеи /
А. Л. Голубенко, А. И. Костюкевич – Текст : непосредственный //
Конструирование и производство транспортных машин. – 1989. – Вып. 21. –
С. 33 – 37.
59. Беляев, Н. М. Вычисление наибольших расчетных напряжений при
сжатии соприкасающихся тел / Н. М. Беляев. – Текст : непосредственный //
Сборник Ленинградского института инженеров путей сообщения. – 1929. –
№ 102. – С. 151–174.
109
60. Штаерман, И. Я. Контактная задача теории упругости / И. Я. Штаерман.
– МоскваЛенинград : Государственное издательство технико-теоретической
литературы, 1949. – 270 с. – Текст : непосредственный.
61. Александров,
П.
С.
Лекции
по
аналитической
геометрии
/
П. С. Александров. – Москва : Наука; Главная редакция физико-математической
литературы, 1968. – 912 с. – Текст : непосредственный.
62. Крагельский, И. В. Трение и износ / И. В. Крагельский. – Москва :
Машиностроение, 1968. – 480 с. – Текст : непосредственный.
63. Шлифование рельсов. Совершенствование методики и технологии. –
Текст : непосредственный // Железные дороги мира. – 2000. – № 9. – С. 1–10.
64. Крагельский, И. В. Трение, изнашивание и смазка : справочник :
в 3 томах / И. В. Крагельский, В. В. Алисин. – Москва : Машиностроение, 1978. –
Т. 1. – 400 с. – Текст : непосредственный.
65. Ильиных, А. С. Научно-методические основы высокопроизводительной
технологии
шлифования
рельсов
в
условиях
железнодорожного
пути
/A. C. Ильиных – Текст : непосредственный // Вестник Саратовского
государственного технического университета. – 2013. – Т. 1. – № 1 (69). – С. 89 –
95.
66. Демкин,
Н.
Б.
Контактирование
шероховатых
поверхностей
/ Н. Б. Демкин. – Москва : Наука, 1970. – 227 с. – Текст : непосредственный.
67. Определение
напряжений
и
глубины
взаимного
проникновения
материалов головки рельса и гребня бандажа колеса локомотива в области их
силового контакта / В. Ф. Кузнецов, С. Г. Шантаренко, В. А. Болотюк,
С. В. Савинкин. – Текст : непосредственный // Известия Транссиба. – 2022. –
№ 3 (51). – С. 90 – 98.
68. Износ материала гребня бандажа колеса локомотива / В.Ф. Кузнецов,
С.Г. Шантаренко, С.В. Савинкин. – Текст: непосредственный // Известия
Транссиба. – 2022. – № 4 (52). – С. 82 – 88.
69. Лисунов, В. Н. Использование сил взаимодействия движущего колеса с
рельсом в режимах тяги и электрического торможения : монография /
110
В. Н. Лисунов. – Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2003. – 160 с. – Текст :
непосредственный.
70. Исследование сцепления колес с рельсами, проведенные в 1971 г.
Сообщение БЭИ МСЖД – Текст : непосредственный // Железные дороги мира. –
1975. –№9. –С. 78 – 80.
71. Минов, Д. К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с
электрической передачей / Д. К. Минов. М. : Транспорт, 1965. 264 с. – Текст :
непосредственный.
72. Усов, В.А. Тяговая устойчивость при взаимодействии колесной пары
локомотива с рельсами / В. А. Усов. – Текст : непосредственный // Транспорт
Урала. – 2015. – № 1 (44). – С. 97 – 101.
73. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС6 «Синара» с коллекторными
тяговыми электродвигателями : руководство по эксплуатации. В 9 частях. Часть 4.
Описание и работа. / ООО «Уральские локомотивы». – Екатеринбург, 2011. –
145 с. – Текст : непосредственный.
74. Коропец П. А. Интеллектуальное управление тягой в системе «колесорельс» / П. А. Коропец, А. В. Кашуба. – Текст : непосредственный // Известия
Транссиба. – 2021. – № 1 (45). – С. 32 – 39.
75. Ляпушкин, Н.Н. Прогнозирование сцепных свойств локомотивов с
различными типами тяговых электродвигателей : специальность 05.22.07
«Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» :
автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
/ Ляпушкин Николай Николаевич ; Московский государственный университет
путей сообщения. – Москва, 2014. – 46 с. : ил. – Место защиты: Московский
государственный университет путей сообщения. – Текст: непосредственный.
76. Самме, Г. В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с
рельсами. Теория и практика сцепления локомотива: Монография / УМЦ ЖДТ. –
М., 2014. – 104 с. – Текст: непосредственный.
77. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы
взаимодействия колеса и рельса: Пер. с англ. / У. Дж. Харрис, С. М. Захаров др. -
111
Под ред. С.М. Захарова и В.М. Богданова – Москва: Интекст, 2002. – 408 с. –
Текст: непосредственный.
78. Мазнев, А. С. Повышение эффективности электроподвижного состава /
А. С. Мазнев, А. М. Евстафьев – Текст: непосредственный.// Железнодорожный
транспорт. – 2010. – № 9. – С. 33 – 36.
79. Шантаренко, С. Г. Повышение эффективности эксплуатации грузовых
электровозов при вождении тяжеловесных
С.
В.
Савинкин.
–
Текст:
поездов / С.Г. Шантаренко,
непосредственный
//
Вестник
Ростовского
государственного университета путей сообщения. –2022. – № 4 (88). –
С. 233 – 238.
80. Мережко, В. Г. Механизация ремонта локомотивов в депо /
В. Г. Мережко. – М., «Транспорт», 1964. – 199 с. – Текст: непосредственный.
81. ГОСТ 14.004-83. Технологическая подготовка производства. Термины и
определения основных понятий = Technological preparation of production. Terms
and definition of basic concepts. : национальный стандарт Российской Федерации :
издание официальное : утверждён и введёт в действие Постановлением
Государственного комитета СССР по стандартам 9 февраля 1983 г. № 714 : введён
впервые : дата введения 1983–07–01 / разработан Государственным комитетом
СССР по стандартам – Москва: Стандартинформ, 2005. – 8 с. – Текст:
непосредственный.
82. Красковская, С. Н. Текущий ремонт и техническое обслуживание
электровозов
постоянного
тока
/
С.
Н.
Красковская,
Э.
Э.
Ридель,
Р. Г. Черепашенец. – М., 1989. – 408 с. – Текст: непосредственный.
83. Осяев, А. Т. Повышение эффективности эксплуатации магистральных
электровозов методами управления их техническим состоянием / специальность
05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» :
автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
/ Осяев Анатолий Тимофеевич; Всерос. науч.-исслед. ин-т ж.-д. трансп. МПС РФ
– Москва, 2002. – 371 с. – Текст: непосредственный.
112
84. Пономарев, Е. В. Совершенствование технологической готовности
производства при ремонте электровозов новых серий: специальность 05.22.07
«Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» :
автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических
наук / Пономарев Евгений Владимирович; Омский гос. ун-т. путей сообщения –
Омск, 2011. – 155 с. – Текст: непосредственный.
85. Савинкин, С. В. Мониторинг отказов оборудования электровозов серии
2ЭС6 / С. В. Савинкин, С. Г. Шантаренко. – Текст: непосредственный //
Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на
транспорте: материалы ХV научной конференции, посвященной Дню Российской
науки / Омский государственный университет путей сообщения ; отв. ред.
И. И. Галиев. – Омск, 2021. – С. 100 – 112. – ISBN 978-5-94941-272-5.
86. Буйносов, А.П. Методы повышения ресурса бандажей колесных пар
тягового подвижного состава: специальность 05.22.07 «Подвижной состав
железных дорог, тяга поездов и электрификация» : автореферат диссертации на
соискание ученой степени доктора технических наук / Буйносов Александр
Петрович; Ур. гос. ун-т путей сообщения – Екатеринбург, 2011. – 455 с. – Текст:
непосредственный.
87. Буйносов, А.П. Методы повышения ресурса бандажей колесных пар
тягового подвижного состава: Монография / А. П. Буйносов. – Москва : 2010. –
224с. – ISBN 978-5-9994-0038-3. – Текст : непосредственный.
88. Коган, А. Я. Оценка потери материала рельсов и бандажей колесных пар
при движении подвижного состава в кривых участках пути / А. Я. Коган – Текст :
непосредственный
//
Повышение
надежности
и
эффективности
работы
железнодорожного пути в условиях роста осевых нагрузок подвижного состава:
межвузовский сборник научных трудов ВНИИЖТ. – 1989. – С. 15 – 20.
89. Добычин, И. А. Основы нелинейной механики рельсовых экипажей /
И. А. Добычин, А. В. Смольянинов, А. Э. Павлюков. – Екатеринбург : НУУДО
«Межотраслевой
непосредственный.
региональный
центр»,
1999.
–
265
с.
–
Текст
:
113
90. Динамика пассажирского вагона и пути модернизации тележки КВЗЦНИИ /В.В. Хусидов, А.А. Хохлов, Г.И. Петров [и др.] ; под ред. А.А. Хохлова. –
Москва : МИИТ, 2001. – 160 с. – Текст : непосредственный.
91. Коссов, В. С. Математическая модель пространственных колебаний
грузового тепловоза для исследования движения в режиме тяги и выбега /
В. С. Коссов, Г. С. Михальченко, Д. Ю. Погорелов, А. Г. Галичев – Текст :
непосредственный.// Труды ВНИТИ. – 1999. – Вып. 79. – С. 143 – 158.
92. Галиев, И. И. Формирование математической модели вертикальных
колебаний электровозов 2ЭС6 с учетом динамики колесно-моторных блоков /
И. И. Галиев, М. Х. Минжасаров, Д. В. Липунов. – Текст : непосредственный //
Известия Транссиба. – 2021. – № 4 (48). – С. 96–108.
93. Основы механики подвижного состава : учебное пособие / И. И. Галиев,
В. А. Нехаев [и др.]. – Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2013. – Часть 1.
– 202 с. – Текст : непосредственный.
94. Основы механики подвижного состава: учебное пособие / И. И. Галиев,
В. А. Нехаев [и др.]. – Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2013. – Часть 2.
– 165 с. – Текст: непосредственный.
95. Николаев, И. И. Динамика локомотивов / И. И. Николаев. – Москва :
Транспорт, 1962. – 319 с. – Текст : непосредственный.
96. Конструкция и динамика тепловозов : учебник; под ред. В. Н. Иванова. –
2-е изд., доп. – Москва : Транспорт, 1974. – 336 с. – Текст : непосредственный.
97. Медель, В. Б. Подвижной состав электрических железных дорог:
конструкция и динамика / В. Б. Медель. – Москва : Транспорт, 1974. – 232 с. –
Текст : непосредственный.
98. ГОСТ 977–88. Отливки стальные. Общие технические условия = Steel
castings. General specifications : межгосударственный стандарт Российской
Федера-ции : издание официальное : утвержден и введен в действие
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 22 декабря
1988 г. № 4458 : введен впервые : дата введения 1990-01-01 / Москва : ИПК
«Издательство стандартов», 1990., 33 c. : – Текст : непосредственный.
114
99. Патент № 213 852 Российская Федерация, МПК B61F 5/00 (2022.08).
Упор-ограничитель горизонтальных перемещений тележки локомотива : №
2022104831 : заявлено 22.02.2022 : опубликовано 30.09.2022 / Шантаренко С.Г.,
Савинкин С.В. – 3 с.: ил. – Текст : непосредственный.
100. Патент № 219 621 Российская Федерация, СПК B61F 5/22 (2023.05).
Упор-ограничитель горизонтальных перемещений тележки локомотива со
съемным наконечником: № 2023112375: заявлено 11.05.2023: опубликовано
28.07.2023 / Шантаренко С. Г., Савинкин С. В. – 3 с. : ил. – Текст :
непосредственный.
115
Приложение 1
Новые технологические решения по эксплуатации и ремонту
электровозов серии 2ЭС6
116
Фрагмент режимной карта грузового движения на участке Входная-Ишим
117
Фрагмент карты технологического процесса текущего ремонта ТР-30
118
Фрагмент карты технологического процесса текущего ремонта ТР-600
119
Приложение 2
Документы, подтверждающие новизну технических решений
120
121
122
123
124
Приложение 3
Документы, подтверждающие внедрение результатов
диссертационной работы
125
126
127
128