Локомотив. Локомотив №5 2022. Белорусская железная дорога постоянный участник выставки
 Скачать 5.8 Mb.
|
|
А.Н. ТЕСЛЕВ, инженер, г. Валуйки Схема участка контроля у здания ПТОЛ, оборудованного нормально замкнутой рельсовой цепью À ÒÐ ÏÒÎË ÏÐ ñõ12 ïõ12 5 À 6 Îì 12 11 53 33 3 2 1 1 II I ÐÂÍ 6 1 3 200 Îì 2 À ˆ220 7 10 1 4 Ï×-50/25 R 0 ÄÒ1-150 n=3 ÔÏ-25 ÏÐ ÈÌØ 110 ÀÂÌ1 10 À ÏÐÒ-25 n=9,15 32 Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. В помощь машинисту и ремонтнику Рис. 1. Устройство поглощающего аппарата 73ZW НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ЭЛАСТОМЕРНОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА С.В. ТИМОФЕЕВ, А.П. УМАНЕЦ, преподаватели Саратовского подразделения Приволжского учебного центра профессиональных квалификаций Н еобходимость повышения безопасности движения при перевозках опасных грузов железнодорожным транспортом привела к созда- нию эластомерных поглощающих аппаратов. В этих аппаратах погло- щение ударно-тяговых усилий осуществляется путем перетекания эла- стомера через малое отверстие или кольцевой зазор. Корпус аппарата должен обладать большой прочностью, что обусловлено большими рабочими давлениями, достигающими 450 МПа (4500 кгс/см 2 ). В России из эластомерных аппаратов первым стал применяться поглощающий аппарат 73ZW, разработанный компанией КАМАХ (Польша). Данным аппаратом были оборудованы цистерны для пере- возки газов и других опасных грузов. Эластоме΄ры — это полимеры, обладающие высокоэластичными свойствами и вязкостью. Резиной или эластомером называют любой упругий материал, который может растягиваться до размеров, во много раз превышающих его начальную длину (эластомерная нить) и, что существенно, возвращаться к исходному размеру при снятии нагрузки. Не все аморфные полимеры являются эластомерами. Некоторые из них являются термопластами. Это зависит от их температуры стек- лования: эластомеры обладают низкими температурами стеклова- ния, а термопластики — высокими (данное правило работает только для аморфных полимеров, а не для кристаллизующихся). На современных тепловозах (в частности, 2ТЭ25КМ) также применяются эластомерные поглощающие аппараты типа 73ZW. Поглощающий аппарат предназначен для смягчения продольных сил, действующих на автосцепку в процессе эксплуатации. Эластомерный поглощающий аппарат 73ZW (рис. 1) состоит из корпуса, упорной плиты с четырьмя болтами, гайками и шплинтами, монтажных планок, эластомерного амортизатора. Для предвари- тельного поджатия аппарата с целью облегчения монтажа при по- ставке на тепловоз между монтажными планками и приливами кор- пуса закладываются дистанционные вкладыши, которые выпадают при первом сжатии аппарата в процессе маневровых работ. Энергоемкость (эффективность) поглощающего аппарата равна величине кинетической энергии удара, воспринимаемой аппаратом при силе, не превышающей 2 МН. Эластомерный амортизатор KZE-5-R2-1 (рис. 2) представляет собой цилиндрический корпус из высокопрочной стали, заполненный высо- ковязким упругосжимаемым рабочим материалом (эластомером). Во время сжатия эластомерного амортизатора между упорной пли- той и опорной поверхностью корпуса поглощающего аппарата проис- ходит перемещение штока и связанного с ним поршня внутри корпуса эластомерного амортизатора, вызывающее сжатие пластичного эла- Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. 33 В помощь машинисту и ремонтнику стомера в полости корпуса перед перемещающимся поршнем и одно- временное перетекание эластомера через калиброванные отверстия между корпусом и поршнем в полости корпуса за поршень. После снятия нагрузки возврат поршня и штока амортизатора в исходное по- ложение происходит автоматически под действием расширяющегося сжатого поршнем эластомера через обратные клапаны. Продольные усилия, превышающие силы закрытия амортизатора, после полного хода штока передаются на упоры рамы через корпус амортизатора и одновременно через упорную плиту и корпус погло- щающего аппарата. При этом амортизатор не выходит из строя и не имеет склонностей к заклиниванию в момент закрытия. После прекращения действия силы шток амортизатора возвраща- ется в исходное положение за счет потенциальной энергии сжатого рабочего тела, после чего поглощающий аппарат снова готов к работе. По сравнению с традиционными, т.е. фрикционно-пружинными и гидравлическими поглощающими аппаратами, поглощающие аппа- раты 73ZW характеризуются следующими преимуществами: большой энергоемкостью при низкой концевой силе, пере- носимой на конструкцию вагона, что положительно влияет на живу- честь конструкции и защиту перевозимых грузов; большой стабильностью характеристики в широком диапазо- не рабочих температур (от –60 до +60 °С); отсутствием заклинивания, характерного для пружинно-фрик- ционных аппаратов, а также запозданий в возвращении в исходное положение после прекращения действия наружной силовой энер- гии (нагрузки), появляющейся в гидравлических аппаратах; легким монтажом и демонтажом при использовании до сих пор применяемых приборов; легкими консервацией и уходом. Поглощающие аппараты фирмы КАМАХ оборудованы высоко- исправными эластомерными амортизаторами, установленными в мощном корпусе. Благодаря плавной характеристике и боль- шому энергопоглощению сила и ускорение, воздействующие на раму тепловоза (вагона), более низкие, в результате чего повы- шается безопасность движения поездов. Применяемое в поглощающих аппаратах амортизирующее ве- щество КАМАХIL сохраняет свои физико-химические свойства на протяжении десятилетий и благоприятствует окружающей среде. Поглощающие аппараты 73ZW подвергались в научно-ис- следовательских институтах Польши и России стендовым и ре- сурсным испытаниям в широком масштабе, начиная с 1990 г. Эти испытания, бесспорно, подтвердили их преимущество по сравне- нию с применяемыми до сих пор решениями. Эластомерные поглощающие аппараты 73ZW имеют допуск ВНИИЖТа на неограниченное применение на сети ОАО «РЖД», а также утвержденные МПС «Инструкцию по обслуживанию и экс- плуатации» и «Технические условия изготовления и приемки». Во всех эластомерных аппаратах используется эффект дина- мических потерь при перетекании эластомера через малый кон- цевой зазор. Величина зазора составляет десятые доли милли- метра при номинальном диаметре поршня 120 — 150 мм. Этим условием определяют высокие требования к точности изготов- ления аппарата в целом и к точности центрирования поршня на всей длине рабочего хода. Высокие требования к прочности рабочего цилиндра обусловлены большими рабочими давлени- ями. Рис. 2. Эластомерный амортизатор KZE-5-R2-1 34 Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. На научнотехнические темы ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЙ ЛУБРИКАЦИИ РЕЛЬСОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ВНЕШНЕГО ШУМА ТЕПЛОВОЗА В.С. КОССОВ, д-р техн. наук, профессор, генеральный директор, Ю.А. ПАНИН, канд. техн. наук, заведующий отделом динамики, А.В. ТРИФОНОВ, канд. техн. наук, заместитель заведующего отделом динамики, А.С. ПОНОМАРЁВ, заведующий лабораторией отдела динамики, А.Ю. ПАНИН, инженер I категории отдела сертификации, АО «Научно-исследовательский и конструкторско- технологический институт подвижного состава» На примере секции тепловоза 2ТЭ116 специалистами АО «Научно-исследовательский и конструкторско-техно- логический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ») были проведены сравнительные испытания технологий лубрикации головок рельсов с целью определения их эф- фективности по боковому воздействию на путь и снижению уровня внешнего шума тепловоза . Ж елезнодорожный транспорт — одна из важнейших частей транс- портной системы Российской Федерации, ее экономический, политический и социальный маркер. Однако грузовые перевозки яв- ляются особым источником шумового воздействия на людей, прожи- вающих вблизи участков с железнодорожным сообщением, и одним из основных источников шума можно назвать локомотив, ведущий состав в режиме тяги. В настоящее время на территории России действуют несколько документов, устанавливающих нормативные значения уровня внеш- него шума от локомотивов. Так, согласно ГОСТ Р 50951–96 [1], максимальный уровень внеш- него шума (звука) не должен превышать: 87 дБА для вновь проектируемых магистральных тепловозов при движении со скоростью, равной 2/3 от конструкционной, при реализации 2/3 номинальной мощности; 78 дБА для маневровых тепловозов. Для электровозов, согласно ГОСТ Р 55364–2012 [2], предельно до- пустимый уровень внешнего шума при движении со скоростью, рав- ной 2/3 от конструкционной, в режиме тяги с реализацией 2/3 тяго- вой мощности на расстоянии 25 м от оси пути не должен превышать: 84 дБА при движении по бесстыковому пути; 87 дБА при движении по звеньевому пути. Так как границы жилой застройки нередко находятся на рассто- янии 100 м от железнодорожных путей, а иногда и ближе, то такие высокие значения уровней внешнего шума от проходящего побли- зости железнодорожного подвижного состава являются некомфорт- ными для человеческого уха, что ухудшает качество жизни, особенно в ночное время. Согласно СанПиН 1.2.3685–21 [3], шум как физический фактор, воздействующий на среду обитания человека, подразделяется на постоянный (разность между наибольшим и наименьшим значени- ями уровня звука за время измерения не превышает 5 дБА) и непо- стоянный (разность между наибольшим и наименьшим значениями уровня звука за время измерения превышает 5 дБА). На основании этого очевидно, что внешний шум от проходящего мимо железнодо- рожного подвижного состава относится к категории непостоянного шума. Такой вид шума при оценке его воздействия на селитебную территорию, в соответствии с СанПиН [3], имеет нормативные значе- ния, представленные в табл. 1. Проблема шумозагрязненности городской среды обозначена в Указе Президента Российской Федерации о национальных целях развития на период до 2030 г. [4] в части, касающейся создания ком- фортной и безопасной среды для жизни. В п. 6.2 Экологической стра- тегии ОАО «РЖД» [5] предусмотрены целевые ориентиры компании в области защиты от шума. Согласно этому документу, одним из целевых ориентиров ОАО «РЖД» в области защиты от шума является снижение уровня шу- мового воздействия на окружающую среду. Этого можно достичь благодаря таким мероприятиям, как: проведение исследований и составление шумовых карт в на- селенных пунктах, на основании которых можно будет ранжировать риски шумового воздействия и разрабатывать первоочередные ме- роприятия по их устранению; работы по рельсошлифованию, обточке бандажей колес, сма- зыванию рельса; укладка упругих рельсовых скреплений; укладка бесстыкового пути; замена чугунных тормозных колодок композитными; оснащение лабораторий центров охраны окружающей среды дополнительным оборудованием для контроля шума; установка шумозащитных экранов; лесонасаждение; разработка и внедрение новых нормативов, направленных на нормирование и снижение уровня шума; разработка и внедрение новых технологий, способствующих снижению уровня шума; модернизация подвижного состава. Снизить уровень внешнего шума от локомотива при минималь- ном финансировании возможно применением технологии комби- нированной лубрикации головок рельсов (рис. 1) в кривых участках пути на селитебной территории городских агломераций. Эта технология в 2001 г. была подробно изучена доктором техни- ческих наук, профессором В.С. Коссовым и обоснована как наиболее эффективная с позиции снижения бокового воздействия на путь подвижным составом, снижения износов гребней колес подвижного состава и рельсов в кривых участках пути [6]. Технология комбинированной лубрикации головок рельсов в кривых участках пути включает в себя использование двух видов смазочных материалов. Первый из них — это лубрикант, наносимый на боковую грань головки наружного рельса в кривой, имеющий очень низкий коэффициент трения, колеблющийся в диапазоне от 0,05 до 0,25, а второй — это модификатор трения, обеспечивающий Т а б л и ц а 1 Нормируемые значения шума на селитебной территории [3] Время суток Эквивалентные уровни звука, дБА Максимальные уровни звука, дБА С 7 до 23 ч 55 70 С 23 до 7 ч 45 60 Рис. 1. Смазанная боковая грань головки наружного рельса и по- верхность катания головки внутреннего рельса в кривой (технология комбинированной лубрикации рельсов) Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. 35 На научнотехнические темы коэффициент трения в диапазоне от 0,18 до 0,25, наносимый на по- верхность катания головок рельсов [7]. Основная задача лубриканта — снижение трения в зоне контакта гребня колеса с боковой гранью наружного рельса в кривом участке пути. Стабилизация сил трения на поверхности катания в указанном диапазоне является задачей модификатора трения. Значения коэф- фициента трения в диапазоне от 0,18 до 0,25 выбраны по условиям обеспечения торможения и тяги. Этот диапазон несколько ниже возможных значений коэффици- ента трения на поверхностях катания головок рельсов в реальных условиях эксплуатации, но гарантирует тягу локомотива без срыва в боксование колесных пар и его торможение без увеличения тормоз- ного пути. При этом польза от снижения дополнительного сопротив- ления движению поезда заметно выше, чем на несмазанных участ- ках пути, что способствует экономии энергоресурсов локомотива на тягу поездов до 13 % [8]. Множество зарубежных источников приводят сведения о пользе лубрикации рельсов в борьбе с внешним шумом подвижного со- става [9]. Эффективность лубрикации подтверждается результата- ми различных исследований, например снижением максимального уровня внешнего шума до 22,3 дБА. В 2021 г. специалистами АО «ВНИКТИ» проведены сравнительные испытания, целью которых было сравнение эффективности различ- ных технологий лубрикации головок рельсов с точки зрения сни- жения бокового воздействия на путь и снижения уровня внешнего шума в кривом участке пути радиусом 300 м. Испытательный поезд состоял из тепловоза 2ТЭ116, порожней и груженой платформ и ва- гона-лаборатории. Ввиду отсутствия в Российской Федерации модификаторов тре- ния отечественных производителей в испытаниях АО «ВНИКТИ» были задействованы смазочные материалы компании Whitmorе (США): мо- дификатор трения TOR Armor для нанесения на поверхность катания головок рельсов и лубрикант RailArmor M EP All Season для нанесе- ния на боковую грань головки рельса, дистрибьютором которых в России является ООО «ЮНИТЭК». В дальнейшем запланирована ло- кализация производства таких смазочных материалов на террито- рии Российской Федерации. В ходе испытаний были реализованы следующие варианты трибо- логического состояния контактных поверхностей головок рельсов: ö вариант 1 — смазочный материал на рельсы не нанесен (сухой рельс); ö вариант 2 — лубрикант нанесен только на боковую грань го- ловки наружного рельса; ö вариант 3 — лубрикант нанесен только на боковую грань го- ловки наружного рельса, на поверхность катания внутреннего рель- са нанесен модификатор трения. По полученным максимальным значениям боковых сил секции тепловоза 2ТЭ116 при движении в кривой радиусом 300 м при раз- личных вариантах трибологического состояния контактных поверх- ностей головок рельсов построены сравнительные графики мак- симального воздействия на путь колесных пар секций тепловоза в режиме тяги и выбега (рис. 2). Из представленных графиков следует, что относительно исход- ного варианта 1 изменение коэффициентов трения в зоне контакта поверхностей колес подвижного состава и рельсов, в соответствии с рассматриваемыми вариантами трибологического состояния кон- тактных поверхностей в зоне контакта колес и рельсов, приводит к изменениям боковых сил при скорости движения 30 км/ч, когда наблюдается установка колесных пар в тележке в положение наи- большего перекоса, а также при скорости движения 70 км/ч, когда реализуется свободная установка колесных пар в тележке (табл. 2). Из анализа полученных результатов испытаний по исследованию влияния трибологического состояния контактных поверхностей в зоне контакта колес и рельсов на взаимодействие грузового тепло- воза 2ТЭ116 в режиме тяги и выбега следует, что: ø понижение коэффициента трения в контакте между гребнем набегающего колеса с боковой гранью наружного рельса (вариант 2) увеличивает боковые силы; ø понижение коэффициента трения на боковой грани наруж- ного рельса с применением модификатора трения на поверхности катания внутреннего рельса способствует уменьшению боковых сил (вариант 3). По графикам (см. рис. 2) видно, что из трех рассмотренных вари- антов трибологического состояния между колесами и рельсами наи- более эффективным по боковому воздействию на путь для тепловоза 2ТЭ116 в режиме тяги и выбега является вариант 3, т.е. технология комбинированной лубрикации рельсов. Максимальные уровни внешнего шума в зависимости от трибо- логического состояния в зоне контакта колес и рельсов для секций тепловоза 2ТЭ116 представлены в табл. 3. В результате проведенных АО «ВНИКТИ» исследований по влия- нию различных технологий лубрикации зон контактов головок рель- сов железнодорожной колеи была выявлена оптимальная техноло- гия лубрикации рельсов, а именно комбинированная, позволяющая в кривых участках пути для тепловоза типа 2ТЭ116 снизить боковое воздействие на путь до 18 % на скорости 70 км/ч в режиме тяги. При этом снижается уровень внешнего шума на 5 дБА, а на скорости 30 км/ч — на 12,5… 15,9 дБА (в зависимости от количества модифи- катора трения на поверхности катания головки рельса). Проведенные специалистами АО «ВНИКТИ» исследования дока- зали, что комбинированная технология лубрикации головок рель- Рис. 2. Зависимость величины боковых сил от трибологического со- стояния контактных поверхностей между колесами и рельсами грузо- вого тепловоза 2ТЭ116: а — в режиме тяги; б — при выбеге 3000 3500 4000 4500 5000 5500 |