Инновационный транспорт № 3 (13), 2014 г.. Инновационный
 Скачать 2.48 Mb.
|
|
В. Н Филиппов А В Смольянинов, ИВ Козлов ЯД Подлесников | Использование многоосных тележек как способ повышения грузоподъемности вагона вагона, ив этом случае масса соединительной балки была весьма значительной, что снижало эффективность восьмиосных вагонов. В этой связи был разработан вариант соединительной балки четырехосной тележки с базой 3,2 м, что привело к уменьшению расстояния между внутренними колесными парами. Восьмиосный полувагон с таким вариантом ходовых частей имел меньшее воздействие на путь и меньшее сопротивление движению по сравнению с четырехосными вагонами. Некоторые результаты теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающие эти выводы, приведены на рис. 2, где кривые 1 и 2 характеризуют изменение экспериментальных и расчетных коэффициентов вертикальной динамики обрессоренных масса кривые и 4 — необрессоренных масс соответственно Вместе стем продолжались работы по совершенствованию трехосных тележек для шестиосных вагонов, в частности, были созданы трехосные тележки с буксовой ступенью подвешивания, получившие название УВЗ-7 (рис. 3), в последующем УВЗ-10м. С использованием одного из вариантов трехосной тележки Мариупольским заводом транспортного машиностроения (МЗТМ) были созданы опытные образцы ше- стиосных цистерн, проходившие эксплуатационные испытания на участке Баку — Батуми одновременно с эксплуатационными испытаниями восьмиосных цистерн модели, разработанных и поставленных на серийное производство МЗТМ в 1965 г. Результаты этих испытаний показали, что динамические качества восьмиосных вагонов гораздо лучше, чему шестиосных Следует отметить, что технологические возможности МЗТМ не позволяли организовать производство литых соединительных балок на заводе, и это обстоятельство привело к созданию штампосварной соединительной балки, общий вид которой показан на рис. 4. Веста- кой соединительной балки достигает 2,5 тс, что в определенной степени снижает эффективность восьмиос- ных вагонов, так как ее вес примерно на 100 кг больше, чему литой балки. Первые восьмиосные вагоны проектировались с учетом действовавшей в тот период допускаемой расчетной осевой нагрузки, равной 21 тс/ось. Так, например, восьмиосный полувагон для перевозки руды модели 22-4024 имеет осевую нагрузку 20,13 тс/ось; восьми- осная цистерна модели 15-871 имеет осевую нагрузку 21,1 тс/ось, и только цистерна модели 15-1500, принятая к серийному производству в 1988 г, имеет осевую нагрузку 22 тс/ось. В тот период времени при создании восьмиосных вагонов в качестве альтернативы им выставлялась идея четырехосных вагонов с повышенными осевыми нагрузками, якобы реализованными на железных дорогах США. При этом приводились параметры четырехосных вагонов, применяемых на железных дорогах США, без разницы в нормативных значениях допускаемых нагрузок. Так, например, американские вагоны с грузоподъемностью и 60 американских тонн (короткая тонна) враз- мерностях метрической тонны имели грузоподъемность 45,4 и 54,4 т соответственно. С момента создания первых восьмиосных вагонов в отечественных научных изданиях периодически воз- а б Рис. 2. Изменения максимальных величин коэффициентов вертикальной динамики вагонов в зависимости от скорости движения: а — четырехосные вагоны б — восьмиосные вагоны Рис. 3. Тележка УВЗ-7 К д К д 0,8 1 2 4 3 0,5 0,4 0,3 0,2 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 11,1 11,1 16,6 16,6 22,2 22,2 27,7 27,7 33,3 33,3 V, мс, мс 9 № 3 / Август / Железнодорожный транспорт В. Н Филиппов А В Смольянинов, ИВ Козлов ЯД Подлесников | Использование многоосных тележек как способ повышения грузоподъемности вагона никали дискуссии о путях повышения грузоподъемности вагонов либо за счет увеличения числа осей, либо за счет увеличения осевых нагрузок. Некоторые результаты такой дискуссии приведены в работе [3]. Авторы убедительно рекомендуют учитывать материалы дискуссии инженерами конструкторам, занимающимся данными проблемами. К сожалению, приходится наблюдать периодические наступления на грабли при выпуске того или иного типа так называемых инновационных вагонов». В этой связи также представляют интерес результаты эксперимента, проводившегося на железных дорогах США, по влиянию увеличенных осевых нагрузок на усталостную прочность рельсов [6]. Из сопоставления различных вариантов осевых нагрузок вагонов грузоподъемностью тс, 63 тс и др. установлено, что рост осевой нагрузки обусловливает увеличение вероятности возникновения рельсовых дефектов с соответствующим уменьшением усталостной прочности рельсов срок службы рельсов под воздействием обычных вагонов грузоподъемностью 91 тс составляет около 64 % срока службы рельсов при эксплуатации тонных вагонов под воздействием вагонов грузоподъемностью 91 тс срок службы составляет 62 % срока службы при эксплуатации вагонов грузоподъемностью 63 т расчетная величина усталостной прочности рельсов в бесстыко- вом пути уменьшилась примерно на 40 % при повышении осевой нагрузки с 24,8 до 29,7 тс/ось. Известно, что литые балки менее трудоемки в изготовлении, однако для их производства нужны достаточно отлаженные технологические процессы. Так, например, в США технология литья позволяла изготавливать литые рамы вагонов длиной дом. Учитывая определенные технологические недостатки производства литых деталей на отечественных вагоностроительных заводах, для обеспечения высокой надежности и долговечности целесообразным вариантом изготовления соединительной балки четырехосной тележки являлось применение штамповки и сварки. Это в настоящее время подтверждается серьезными недостатками в эксплуатации литых боковых рам и надрессорных балок двухосных тележек. В тоже время необходимо отметить, что соединительная балка как влитом, таки в штампосвар- ном варианте является наиболее металлоемкими наиболее сложным в исполнении элементом четырехосной тележки. В связи с этим МИИТом совместно с УВЗ и ЖЗТМ (МЗТМ) сначала х годов проводились работы по созданию восьмиосных вагонов с опиранием кузова на скользуны двухосных тележек без несущей соединительной балки [7]. Общий вид такой тележки показан на рис. 1, б. База данной тележки была увеличена с 3,2 дом, что обусловлено размерами стандартных люков полувагонов. Увеличение базы привело к дальнейшему снижению динамических нагрузок на верхнее строение пути. Масса тары восьмиосных полувагона и цистерны сопи- ранием кузова на скользуны двухосных тележек снижена примерно на 3 т. Выравнивание вертикальных нагрузок при движении по вертикальным неровностям пути между тележками осуществляется с использованием специальной балансировочной системы, размещенной в опорных балках вагона. Известно несколько разработок балансировочных систем клиновая (рис. 5), гидравлическая, катковая и рычажная Опытные образцы восьмиосных полувагонов и цистерн с новой схемой ходовых частей подвергались комплексу прочностных и ходовых динамических испытаний с оценкой воздействия на путь. Некоторые резуль- Рис. 4. Штампосварная соединительная балка четырехосной тележки В В Б Б А А–А Б–Б В–В А Железнодорожный транспорт В. Н Филиппов А В Смольянинов, ИВ Козлов ЯД Подлесников | Использование многоосных тележек как способ повышения грузоподъемности вагона таты приведены в работах [8–11]. Восьмиосный полувагон с клиновой балансировочной системой прошел также цикл эксплуатационных испытаний в замкнутых маршрутах на железных дорогах Казахстана в течение более 10 лет. Опытный образец цистерны с рычажной балансировочной системой также прошёл комплекс испытаний (рис. 6). Однако несмотря на положительные результаты испытаний, работы по созданию восьмиос- ных вагонов с улучшенными параметрами по независящим от МИИТа причинам были прекращены. Рис. 5. Механическая клиновая балансирующая система — подвижные клинья 2 — тяга 3 — направляющие клинья 4 — скользящие опоры Рис. 6. Опытный образец восьмиосной цистерны с рычажной балансировочной системой В настоящее время принятие расчетных величин осевой нагрузки дот с учетом положительного опыта по созданию восьмиосных вагонов может дать положительный эффект за счет лучших динамических качеств проектируемых многоосных вагонов. Однако для реализации этой идеи необходимо провести работы по проектированию соединительной балки с увеличенной расчетной осевой нагрузкой до 25 тс/ось и осуществить ее привязку к новым версиям двухосных тележек с повышенными осевыми нагрузками. Появление новых ва- 1 2 4 3580 3 11 № 3 / Август / Железнодорожный транспорт В. Н Филиппов А В Смольянинов, ИВ Козлов ЯД Подлесников | Использование многоосных тележек как способ повышения грузоподъемности вагона риантов амортизирующих устройств с использованием эластомерных элементов позволит обеспечить улучшение динамических качеств таких вагонов. Восьмиосные полувагон и цистерна с типовой схемой ходовых частей и раздельной системой передачи вертикальных и горизонтальных нагрузок на двухосные тележки испытывались в различных условиях, включая участки пути скоростного полигона Белореченская — Майкоп, участки пути с искусственными неровностями и магистральные участки Северо-Кавказской и Закавказской железных дорог. В качестве эталона использовались также типовые четырехосные вагоны. Результаты сравнительных испытаний полувагонов наглядно свидетельствуют, что восьмиосные полувагоны обладают лучшими динамическими качествами по сравнению с типовыми четырехосными (рис. В четырехосных тележках используются типовые двухосные тележки, у которых коэффициент относительного трения в рессорном подвешивании типовых составляет 0,08–0,1, что не соответствует оптимальным параметрам восьмиосных вагонов [8]. В этой связи МИИТом, УЭМИИТом и Уралвагонзаводом были проведены исследования по стабилизации характеристик рессорного подвешивания. Установлено, что оптимальная величина коэффициента относительного трения четырехосной тележки восьмиосного вагона должна быть 0,04. С этой целью были проведены исследования по подбору пар трения и рекомендованы параметры чугунных клиньев. В настоящее время чугунные фрикционные клинья тележек применяются на четырехосных вагонах и рекомендуются для восьмиосных вагонов, что также способствует улучшению динамических качеств последних и, соответственно, снижению их воздействия на путь. Улучшения динамических качеств вагонов можно достичь также при четырехосном их исполнении, изменив конструкцию ходовых частей, в частности, двухосных тележек. В настоящее время имеются варианты двухосных тележек в штампосварном исполнении несущих элементов с раздельной амортизацией вертикальных и горизонтальных нагрузок (рис. С тележкой модели 18-9934 проведены ходовые динамические испытания и испытания под специализированным подвижным составом, и сегодня она может применяться под вагонами специального назначения. Однако тележка, представленная на рис. 8, и соединительная балка, показанная на рис. 4, создавались на расчетную осевую нагрузку не более 22 тс/ось. В связи с этим представляется целесообразным проведение необходимых расчетов, конструктивных разработок и испытаний четырехосных тележек с указанными выше вариантами элементов конструкции на расчетную статическую нагрузку от осина путь 25 тс. При проведении испытаний восьмиосных вагонов также проводились и испытания по оценке их сопротивления движению. В результате таких сравнитель- а б Рис. 7. Графики экспериментальных максимальных значений горизонтальной рамной силы у полувагонов в груженом состоянии: а — на прямых полигона б — на неровностях полигона 1 — с опиранием на скользуны, j = 0,04; 2 — с опиранием на скользуны, клиновая система выключена, j = 0,04; 3 — с опиранием на сколь- зуны j = 0,08; 4 — с опиранием на скользуны, j = 0; 5 — с типовой четырехосной тележкой, j = 0,08; 6 — четырехосный полувагон Рис. 8. Тележка модели 18-9934 Н р , кН Н р , кН 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 1 1 2 5 4 4 2 5 3 3 6 6 V, мс, мс 11,1 16,6 16,6 22,2 22,2 27,7 27,7 33,3 33,3 Железнодорожный транспорт В. Н Филиппов А В Смольянинов, ИВ Козлов ЯД Подлесников | Использование многоосных тележек как способ повышения грузоподъемности вагона ных испытаний было установлено, что сопротивление движению восьмиосного вагона существенно ниже, чему четырехосного, в пересчете на единицу веса перевозимого груза. Данный фактор при внедрении восьмиосных вагонов позволил бы иметь определенный эффект по экономии энергозатрат при перевозке грузов. Таким образом, использование восьмиосных вагонов с новыми двухосными тележками позволит не только существенно повысить грузоподъемность вагона, но и снизить при этом воздействие таких вагонов на путь даже при увеличении осевых нагрузок. 1. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года : утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 гр. Лапидус Б. М, Соколов А. М. Отраслевая технологическая платформа Высокопроизводительный грузовой подвижной состав — путь к использованию резервов провозной способности железных дорог // Вестник на- учно-исследовательского института железнодорожного транспорта. — 2010. — № 2. — С. 3–8. — ISSN 2223– 9731. 3. Каким должен быть оптимальный уровень осевых нагрузок Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. — 1989. — № 3. — С. 43–49. 4. Смольянинов А. В, Филиппов В. Н, Козлов ИВ, Давы- дов АН. Параметры и конструктивное исполнение высокопроизводительного подвижного состава // Транспорт Урала. — Екатеринбург, 2013. — № 1 (36). — С. 46–49. 5. Лапидус Б. М. Повышение производительности и эффективности железнодорожного транспорта на инновационной основе // Вестник научно-исследовательско- го института железнодорожного транспорта. — 2012. — № 5. — С. 3–6. — ISSN 2223–9731. 6. Зарембски А. М. Влияние повышенных осевых нагрузок на усталостную прочность рельсов // AREA Bulletin, 1981. — T. 83, № 685. — С. 132–143. 7. Евстафьев Б. С, Хусидов В. Д, Филиппов В. Н, Сергеев КА. Дальнейшее увеличение грузоподъемности восьмиосных вагонов // Железнодорожный транспорт С. 36–41. 8. Филиппов В. Н, Хусидов В. Д, Козлов ИВ, Двухгла- вов В. А, Смольянинов А. В. Методика исследования динамических качеств четырехосных вагонов с гасителями колебаний различной мощности // Труды МИИТа. — 1980. — Вып. 677. — С. 70–77. 9. Филиппов В. Н, Козлов ИВ, Смольянинов А. В. Кво- просу улучшения динамических качеств восьмиос- ных вагонов // Проблемы механики железнодорожного транспорта. — Киев : Наукова думка, 1980. — С. 114–142. 10. Филиппов В. Н, Смольянинов А. В, Петров Г. И. Исследование влияния размерных допусков износов деталей гасителя колебаний тележки ЦНИИ-Х3-О на величину коэффициента относительного трения (в вероятностном аспекте) // Труды МИИТа. — 1981. — Вып. 647. — С. 61–65. 11. Филиппов В. Н, Сенаторов С. А, Смольянинов А. В, Петров Г. И. Исследование пути трения фрикционных поверхностей деталей гасителя колебаний // Вестник на- учно-исследовательского института железнодорожного транспорта. — 1983. — № 4. — С. Список литературы 13 № 3 / Август / Железнодорожный транспорт М. И Глушко, Н Г. Фетисова | Теорема тележки УДК Авторы Марат Иванович Глушко, др техн. наук, профессор кафедры Электрическая тяга Уральского государственного университета путей сообщения (УрГУПС), Екатеринбург | Надежда Григорьевна Фетисова, старший преподаватель кафедры Электрическая тяга Уральского государственного университета путей сообщения (УрГУПС), Екатеринбург e-mail: NFetisova@usurt.ru Marat Ivanovich Glushko, DSc in Engineering, Professor of the Department "Electric traction", Ural State University of Railway Transport (USURT), Ekaterinburg | Nadezhda Grigoryevna Fetisova, Senior Lecturer of the Department "Electric traction", Ural State University of Railway Transport (USURT), Ekaterinburg; e-mail: Теорема тележки theorem Аннотация В статье рассматривается нетрадиционная схема тележки грузового вагона, применение которой позволит снизить износ гребней колеси боковой поверхности головки рельсов, повысить показатель надежности оси колесной пары и увеличить её дол- говечность. Ключевые слова вагон, тележка, конструкция, инновация, база, колесо — рельс, износ, уменьшение article discusses alternative design of freight car bogie, application of which will reduce the wear of wheel flanges and side surface of the rail head, improve reliability index of wheel pair and increase its longevity. Keywords: car, bogey, design, innovation, base, wheel — rail, wear, Марат Иванович Глушко Marat I. Надежда Григорьевна Фетисова Nadezhda G. Fetisova Железнодорожный транспорт М. И Глушко, Н Г. Фетисова | Теорема тележки Сетевой парк грузовых вагонов продолжительное время работает на единой тележке 18-100, схема которой принимается в качестве фундаментальной модели. Предшественники этой модели выглядели намного скромнее поясная тележка базой 1750 мм тележки слитыми боковинами и надрессорными балками модели УВЗ, Ми МТ-50 базой мм затем появилась тележка ЦНИИ-ХЗ-О с рессорным подвешиванием системы инженера А. Г. Ханина (так её представляли, для которой потребовалось увеличить базу до 1850 мм. Директивами пятого пятилетнего плана развития СССР на 1951– 1955 гг. было предусмотрено оборудование подвижного состава роликовыми подшипниками величественная перспектива модернизации железнодорожного транспорта позволила учёным отодвинуть в сторону решение сопутствующих проблеме серьёзных задач. С внедрением подшипников появлялись предпосылки совершенствования конструкции тележек и возможность оценить опасность увеличения базы вагона, вызванной конструкцией рессорного подвешивания. Но благоприятной ситуацией не воспользовались, и по сложившейся схеме трёхэлементной тележки продолжается комплектация типажного ряда, составляющие которого давно нуждаются в инвентаризации с последующим списанием. Но разработчики новой конструкции тележек каждый результат относят к шедеврам вагоностроения. Например, тележка 18-578, созданная на базе модели 18-100, представлена в образе высшей степени совершенства. Причастные к внедрению лица неоднократно напоминали, что новая тележка 18-578 повышает межремонтный пробег вагонов. Однако за четыре месяца эксплуатации на Западно-Сибирской дороге было отцеплено 506 полувагонов на таких тележках. Сложившаяся практика совершенствования отдельных узлов вагона применением прокладок, упруго-катковых деталей, планок и адаптеров не приводит кощу- тимым результатам. В эксплуатации по-прежнему происходят сходы тележек, продолжается интенсивный износ гребней колёс и боковых поверхностей рельсов, участились случаи излома боковых рам. Обкатанная годами тележка 18-100 и её последующие модификации (18-755, 18-115) уже давно исчерпали себя. Однако прежние представители тележек вновь выступают с хвалебными отзывами в адрес свежих типов тележек с мудрёными для российских железных дорог названиями Barber S-2-R и Motion Control. Тележка модели Barber S-2-R уже определена как инновационная по итогам пятимесячной эксплуатации двух полувагонов, а Бежицкий завод (БСЗ) получил лицензию и заказ налить тележки Традиционная схема тележки грузового вагона, накопленный опыте эксплуатации требуют создания принципиально новых конструкций на основе коренного пересмотра устоявшегося представления о ходовых частях. Разработчикам новых конструкций тележек следует исходить из условий взаимодействия пути и ходовых частей подвижного состава. С этой точки зрения важной проблемой является интенсивное изнашивание гребней колёс и боковой поверхности рельсов. Цена проблемы в системе колесо рельс, поданным экспертов, определяется показателями эксплуатационных затрат. Часть из них около 800 млн руб) направляется на лубрикацию всех видов и упрочнение гребней колёс, а другая часть до 3,7 млрд руб) идёт на устранение последствий износа. Качение колёсных пар по рельсам сопровождается постоянным изнашиванием, особенно в кривых участках пути, что объясняется конфигурацией профиля катания колёс и головки рельсов. Главная задача состоит в том, чтобы уменьшить взаимный износ рассматриваемой фрикционной пары. Колёса немо- гут обеспечивать одинаковое качение при жёсткой посадке на одной оси, которая не позволяет им проявлять самостоятельность. Если дать им некоторую свободу, предоставить независимое качение каждому колесу, тогда они избавятся от диктата оси, принуждающей их к скольжению при движении в кривых. На рис. 1 представлена нетрадиционная схема тележки грузового вагона (правая половина. Отличием от стереотипной тележки является размещение подшипников вместо привычного буксового узла в ступице колеса с обычным вариантом крепления на шейке оси. Такое принципиальное решение можно признать инновационным потому, что оно сопровождается рядом положительных сопутствующих результатов резко понижается износ гребней колёс и боковой поверхности головки рельсов вследствие самостоятельного вращения кол сна одной оси отсутствует необходимость применения корпуса буксы ось колёсной пары в тележке при движении не вращается и поэтому не подвергается знакопеременной нагрузке, что повышает показатель её надёжности и увеличивает долговечность ось можно изготавливать любой конфигурации, например, квадратного сечения с максимальным моментом сопротивления изгибу на оси могут крепиться детали конструкции тележки изменяется схема приложения нагрузок на детали тележки, что может существенно понизить уровень эксплуатационных напряжений размещение пружинно-фрикци- онного комплекта на каждой оси позволит снизить вес необрессо- ренных частей и уменьшить базу тележки. Конечно, эффективность представленной схемы требуется доказать как теорему. Но даже неполный 15 |