Исследование рационального соотношения твердости в системе «Колесо – рельс»

Список литературы

1. Афанасьев, О. М. Снижение экологических рисков производственной деятельности предприятий железнодорожного транспорта путем внедрения технологии переработки образующихся жидких нефтесодержащих отходов [Текст] // О. М. Афанасьев, А. В. Панин / Безопасность жизнедеятельности. - 2009. - № 6. - С. 22 - 29.

2. Котов, П. А. Месторождения Забайкалья [Текст] / П. А. Котов. - М.: Геоинформмарк, 1995. - 280 с.

3. Челищев, Н. Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья [Текст] / Н. Ф. Челищев. -М.: Недра, - 1987. - 172 с.

4. Тарасевич, Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды [Текст] / Ю. И. Тара-севич. - Киев: Наукова думка, 1989. - 222 с.

5. Герасимова, В. Н. Природные цеолиты как адсорбенты нефтепродуктов [Текст] //

B. Н. Герасимова // Химия в интересах устойчивого развития. - 2003. - № 11. - С. 481 - 488.

6. Бордунов, В. В. Очистка воды от нефти и нефтепродуктов [Текст] // В. В. Бордунов,

C. В. Бордунов, В. В. Леоненко // Экология и промышленность России. - 2005. - № 8. -С. 24 - 26.

7. Свиридов, А. В. Алюмосиликатные сорбенты в технологиях очистки воды [Текст] // А. В. Свиридов, Е. В. Ганедных, В. А. Елизаров // Экология и промышленность России. -2009. - № 11. - С. 28 - 30.

8. Обуздина, М. В. Исследование закономерностей сорбционного извлечения органических загрязнителей из промышленных сточных вод цеолитами [Текст] // М. В. Обуздина, Е. А. Руш // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2011. -№ 2 (30). - С. 110 - 116.

УДК 621.891:536.12

А. А. Ражковский, Т. Г. Бунькова

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ ТВЕРДОСТИ В СИСТЕМЕ «КОЛЕСО - РЕЛЬС»

Статья посвящена одной из актуальных проблем - определению рационального соотношения твердости колеса и рельса. Разработана математическая модель процесса изнашивания пары трения «колесо - рельс». Представлены результаты исследований на интенсивность изнашивания колеса и рельса.

Проблеме определения оптимального соотношения твердости в системе «колесо -рельс» уделялось особое внимание еще с момента возникновения железных дорог. Проведенный анализ твердости цельнокатаного колеса и железнодорожного рельса по данным отечественных и зарубежных статей показал, что максимальная твердость колеса в таких странах, как США, Бразилия, Канада (390 НВ), а рельса - в России (401 НВ). Оптимальное соотношение твердости материала колеса и рельса в России минимальное (0,86), а в странах Европы - максимальное (1,1). Из триботехники известно, что лучшую износостойкость в трущейся паре проявляют металлы с примерно одинаковой твердостью [1].

В России на протяжении последних семидесяти лет соотношение твердости колеса и рельса менялось следующим образом: с 1935 по 1955 г. НВк/НВр = 0,93; с 1956 по 1980 г. -1,1 - 1,05; с 1981 по 2002 г. - 0,85; с 2003 по 2010 г. - 0,86. Если с 1956 по 1980 г. соотношение твердости колеса и рельса составляло 1,03 (прочностные характеристики почти одинаковые), то уже с 2003 по 2010 г. твердость колеса уменьшилась на 14 % по отношению к твердости рельса.

В работах [2, 3] на основе анализа мирового опыта и экспериментальных работ сделан

вывод: повышение твердости колеса на 1 НВ в эксплуатационном интервале твердостей увеличивает его износостойкость на 1 - 2 %. Кроме того, увеличение твердости колес от 250 до 600 НВ практически не влияет на износ и контактную долговечность рельса, а контактно-усталостная долговечность колес возрастает пропорционально квадрату приращения их твердости.

Реальные контактные напряжения обусловлены некруглостью колес и неровностью рельсов, постоянным изменением их профилей и колебаниями скоростей и нагрузок в колес-но-рельсовой трибосистеме (КРТ), превосходят предел текучести даже закаленной на мартенсит стали. Все системы качения, в том числе закаленные на высокую твердость, имеют период приработки, в котором происходит пластическое обмятие поверхностей и приближение их формы к форме идеальных тел качения. Возможность приработки резко уменьшается по мере повышения твердости и снижения пластичности, поэтому в сложившихся условиях критическая деформация на твердых сталях накапливается даже быстрее, чем на мягких. Чтобы избежать этого, повышение твердости должно сопровождаться увеличением конформности профилей.

Чем больше различие элементов по твердости, тем медленнее прирабатывается твердый элемент и тем быстрее мягкий элемент выходит из строя. Исходя из требований равнопроч-ности системы трибоэлементы должны иметь приблизительно одинаковую твердость. Поскольку зоны контактных поверхностей колес и рельсов, воспринимающие боковые и вертикальные усилия, работают в различных условиях, то, как неоднократно указывалось, существенно увеличить срок службы КРТ можно за счет дифференцированной закалки рабочих поверхностей колес и рельсов, реально твердость поверхностей катания можно довести до 400 НУ, а боковых поверхностей - до 700 НУ.

С целью определения рационального соотношения твердости пары трения «колесо -рельс» были проведены экспериментальные исследования с использованием установки на базе токарно-винторезного станка модели 1К62. В качестве образцов колеса использовались ролики из материала цельнокатаного колеса, а в качестве имитатора рельса - диск, изготовленный из материала рельса Р65. Твердость модели рельса оставалась постоянной и равной 401 НВ, что соответствует верхнему значению твердости рельса по ГОСТ Р51685-2000, а твердость модели колеса варьировалась в пределах 293 - 363 НВ в соответствии с ГОСТ 10791-2004 [4].

Для математического описания процесса изнашивания колеса и рельса был применен симплекс-решетчатый план 3-го порядка. Была составлена матрица планирования с условиями опытов в натуральных переменных. Каждый опыт повторялся три раза, полученные значения результатов усреднялись. При помощи программного комплекса БТАИБИСЛ 6.0 были построены контурные кривые поверхности равного отклика износа колеса и рельса. Уравнения регрессии функции отклика уа и уь, описывающие величину износа колеса и рельса, имеют вид:

уа = 0,04х1 + 0, 28х2 + 0,3х3 + 0,1575х1х2 - 0,36х1 х3 - 0,6975х2х3 --0,2025х1х2( х1 -

~ ^2)+1,125X1X3 (Х1 Х3) 0,1575x2х3(Х2 Х3) 1,26X1X2Х3,

уь = 0,0ц + 0, 09х2 + 0, 07х3 - 0, 045х1х2 - 0, 099х1х3 + 0, 2273х2х3 --0,09ххх2 (хх - х2) + 0,0945ххх3 (хх - х3)+1,5682х2 х3 (х2 - х3) - 0,1598ххх2 х3,

где х1, х2, х3 - кодированные значения факторов; Уа, Уь - значение функции отклика.

Для перехода из симплексной системы координат к натуральным значениям факторов используются выражения:

НВ к = 293 + 70 х1,

где НВк - твердость материала колеса, ед.;

Р1 = 420 + 1560 х 2, где Р1 - вертикальная нагрузка на колесо, Н;

Р2 = 195 + 1384х3,

где Р2 - горизонтальная нагрузка на колесо, Н.

В результате экспериментальных исследований были определены интервалы твердости колеса, при которых имеет место минимальный износ и колеса, и рельса. По линиям равного отклика износа колеса это интервалы от 308,26 до 318,27 НВ и при значении твердости колеса 363 НВ, по линиям равного отклика износа рельса - от 293 до 334,58 и от 349,86 до 363 НВ. Определено оптимальное соотношение твердости колеса и рельса НБк363/НБр401= = 0,91, но для уточнения результатов требуется проведение дополнительных экспериментальных исследований.

В реальных условиях колесо, перемещаясь по рельсу, изменяет свою скорость от нуля до максимума, а затем в условиях торможения - от максимума до нуля. Кроме того, даже при движении по «бархатному пути» имеются стыковые соединения рельсов [5], поэтому для имитации движения колеса по рельсу было спроектировано новое испытательное устройство, на которое был получен патент на полезную модель.

Испытательное устройство создано на базе поперечно-строгального станка модели 735 (рисунок 1). Устройство состоит из модели колеса 1, установленной в центрах вилки 2, закрепленной в приспособлении на суппорте поперечно-строгального станка, и модели рельса 3. Модель колеса изготовлена из колесной стали, профиль которого соответствует профилю катания колеса. Модель рельса выполнена прямолинейной из рельсовой стали, жестко закреплена на столе поперечно-строгального станка при помощи плиты 4. Модель рельса имеет профиль, соответствующий профилю рельса. С целью имитации циклического взаимодействия колеса со стыковым соединением звеньев рельсовой нити на модели рельса выполнен пропил в средней части, параллельный оси вращения модели колеса [6]. Модель колеса имеет возможность нагружения в вертикальном направлении и перемещения вдоль модели рельса [7].

На условия нагружения колеса на рельс был получен патент на полезную модель.

Новое испытательное устройство, описывающее условия на-гружения колеса на рельс, было создано на базе поперечно-строгального станка модели 735 (рисунок 2), оно крепится в суппорте ползуна поперечно-строгального станка. Устройство состоит из держателя - корпуса 1, внутри него находится вилка 2, в центрах которой закреплена модель колеса 3. Модель колеса изготовлена из колесной стали, профиль которого соот-

гво для имитации процесса колеса по рельсу

Л

Рисунок 2 - Устройство для имитации процесса нагружения колеса на рельс

ветствует профилю катания колеса. Вилка нагружается тарированной пружиной 4, которая в свою очередь опирается на регулировочный винт 5, располагающихся в верхней части корпуса устройства. Регулировочный винт необходим для создания предварительного натяга пружины перед работой и снятия натяга после испытания на износ пары трения «колесо -рельс». На корпусе располагается полка 6, при помощи которой устройство устанавливается в резцедержателе. Установленное в резцедержателе устройство предварительно нагружается регулировочным винтом до смещения штифта 7 до отметки «0», затем в зависимости от величины нагрузки, приложенной к модели колеса, производится плавный подвод устройства к неподвижной модели рельса. При этом будет происходить смещение разметочного штифта 8, установленного в вилке устройства. Совпадение паза штифта с тарированными значениями на корпусе устройства будет соответствовать приложенной нагрузке. Тарировка нагрузки выполнена в виде цифр, каждая из которых обозначает усилие нажатия, приложенное моделью колеса к модели рельса и выраженное в ньютонах [8].

На созданной установке было проведено экспериментальное исследование с применением некомпозиционного ротатабельного плана второго порядка для рассмотрения износостойкости материала колеса и рельса.

Твердость модели рельса оставалась постоянной и равной 401 НВ, что соответствует верхнему значению твердости рельса по ГОСТ Р51685-2000, а твердость модели колеса варьировалась в пределах 293 - 363 НВ в соответствии с требованиями ГОСТ 10791-2004. Значения скоростей и нагрузок выбирались в соответствии с линейной скоростью вращения колесной пары и нагрузки на ось, действующей в эксплуатации, с учетом поправочных коэффициентов по п-теореме [9]. Исходя из технических возможностей экспериментальной установки максимальное значение нагрузки на ось Ртах составило 23 т, значение скорости У = 70 км/ч. Поправочный коэффициент для вертикальной нагрузки, действующей на прямых участках пути,

кпопр 54,7.

На рисунке 3 указаны номера опытов, а также (в скобках) - уровни факторов в этих опытах, где число центральных точек п0 - более 1. Принимаем п0 = 4, тогда необходимо провести 10 опытов, из которых шесть выполняются на уровне факторов, указанных в вершинах шестиугольника, а четыре опыта - при уровнях факторов, соответствующих центру плана.

5

3

2

1

6

4

Рисунок 3 - Некомпозиционный ротатабельный план второго порядка

№ 1(13) м^ттия Транссиба 37

Матрица плана, изображенного на рисунке 3, представлена в таблице. По результатам опытов, выполненных согласно плану, определяются коэффициенты уравнения регрессии. Уравнение регрессии будет иметь вид:

у = Ь0 + х1 + Ь2 Х2 + ьп х2 + Ь22 х2 + Ьи х Х2,

где Ь0, Ь„ Ь2, Ьп, Ь22, Ь12 - коэффициенты регрессии; х1, х2 - кодированные значения факторов; Уа, УЬ - значения функции отклика.

Матрица планирования и результаты опытов

Номер опыта х0 х, Х2 х. х 2 х 2 2 х2 нвк р, н Уа , г УЬ, мм

1 +1 +1 0 0 + 1 0 363 1200 0,04 0,02

2 +1 -1 0 0 +1 0 293 1200 0,22 0,05

3 +1 0,5 0,866 +0,433 +0,25 +0,75 345 1840 0,31 0,12

4 +1 0,5 -0,866 -0,433 +0,25 +0,75 345 520 0,20 0,08

5 +1 -0,5 0,866 -0,433 +0,25 +0,75 310 1840 0,12 0,05

6 +1 -0,5 -0,866 +0,433 +0,25 +0,75 310 520 0,07 0,03

7 8 9 10 о о о 0 о о о 0 о о о 0 о о о 0 о о о 0 о о о 0 328 328 328 328 1200 1200 1200 1200 0,28 0,27 0,27 0,28 0,09 0,08 0,08 0,09

Контроль потери массы образцов колеса проводился на лабораторных квадрантных весах четвертого класса модели ВЛКТ-500 с точностью измерений 0,01 г. Для точности образцы колес промывались в керосине, высушивались, и только тогда проводилось их взвешивание.

Контроль потери линейного размера образца рельса проводился с помощью поверочной лекальной линейки класса 0 типа ЛТ длиной 200 мм (ЛТ-0-200) по ГОСТ 8026-92 и набора щупов № 2 класса 2 по ГОСТ 882-75.

Были рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии и дисперсии коэффициентов регрессии для функции отклика.

Уравнения регрессии, описывающие влияние твердости и нагрузки на износостойкость колеса Уа и рельса УЬ , имеют вид:

Уа = 0,275 - 0,0067х1 + 0,0462х2 - 0,145х12 - 0,085х22 + 0,346х1 х2;

уЬ = 0,085 + 0,01х1 + 0,0173х2 -0,05х12 -0,0033х22 + 0,0115х1 х2.

После расчета коэффициентов регрессии следует проверить их статистическую значимость по критерию Стьюдента. Коэффициент регрессии можно считать статистически значимым, если его абсолютное значение равно значению доверительного интервала или превышает его.

В случае уравнения регрессии, описывающего износостойкость рельса, коэффициент Ь2 получился меньше доверительного интервала, следовательно, является статистически незначимым коэффициентом.

После вычисления коэффициентов регрессии и проверки их значимости необходимо провести статистический анализ уравнения регрессии. С этой целью проводят проверку гипотезы об адекватности регрессионного уравнения по ^-критерию Фишера. Гипотеза об адекватности может быть принята, если расчетное значение критерия меньше табличного (Рр < ^табл). При 5 %-ном уровне значимости табличное значение Рр критерия Ртабл = 10,1.

Поскольку гипотеза об адекватности не отвергается (выполняется условие Рр < Ртабл), уравнения регрессии можно использовать в качестве математической модели для определения износостойкости колеса и рельса.

Для графической интерпретации полученной модели были построены линии равного отклика с помощью программного комплекса БТАТКТГСА 6.0, что значительно упрощает расчет (рисунок 4,а,б).

Рисунок 4 - Линии равного отклика износа колеса

По линиям равного отклика у, которые представлены на рисунке 4, можно перейти от кодированных значений х1, х2 к натуральным значениям твердости НВ и нагрузки Р, используя выражения:

НВ = 328 + 35 хх;

Р = 1200 + 780 х 2.

Каждой точке линий равного отклика соответствуют определенное соотношение значений твердости материала колеса и нагрузки, действующей на колесо. Данная математическая модель описывает влияние основных факторов НВ и Р на интенсивность изнашивания колеса грузового вагона и железнодорожного рельса. Используя линии равного отклика, можно подобрать значения твердости и вертикальной нагрузки, обеспечивающие минимальный износ и колеса, и рельса.

Для примера по линиям равного отклика износа колеса рассмотрим точки А и В, которым соответствует значение износа 0,13 г (см. рисунок 4,а).

Координаты точки А: х1 = -0,98 ; х2 = 0. Подставляя эти значения в выражения (9), (10), получим:

НВ = 328 - 35 • 0,98 = 293,7 ед.; Р = 1200 + 780 • 0 = 1200 Н.

Координаты точки В: х1 = 0,5; х 2 = -0,8.

НВ = 328 + 35 • 0,5 = 345,5 ед.; Р = 1200 - 780 • 0,8 = 576 Н.

Разбег значений твердости по потере массы для значений износа 0,13 г по линиям равного отклика значительный - от 340,95 до 363 НВ, от 361,6 до 362,3 и при значении твердости материала колеса 293,7 НВ.

Рассмотрим точки С и Б по линям равного отклика линейного износа рельса, которым соответствует значение 0,05 мм (см. рисунок 4,б).

Точка С: х1 = -0,68; х2 = -0,4. Подставляя эти значения в уравнения (9), (10), получим:

НВ = 328 -35 • 0,68 = 304,2 ед.; Р = 1200 - 780 • 0,4 = 888 Н.

Координаты точки Б: х1 = 0,96 ; х2 = 0,05.

№ 1(13) 2013

НВ = 328 + 35 • 0,96 = 353,6 ед.; Р = 1200 + 780 • 0,05 = 1239 Н.

Разбег значений твердости по потере линейного износа для значений 0,05 мм по линиям равного отклика уже не такой значительный и составляет от 353,6 до 358,1 НВ и от 301,05 до 305,6 НВ.

Анализ контурных кривых линий равного отклика (см. рисунок 4,а,б) показал, что получение одинаковых значений износа возможно при различной твердости материала колеса. Снижение интенсивности изнашивания колесной и рельсовой стали достигается при значении твердости колеса 300 - 320 и 350 - 360 НВ. Так как контактно-усталостная долговечность колес возрастает пропорционально квадрату приращения их твердости, и исходя из результатов предыдущего эксперимента можно сделать вывод о том, что оптимальное соотношение твердости колеса и рельса равно 0,91 при значении твердости рельса 401 НВ и значении твердости материала колеса 363 НВ.

Необходимо отметить, что на дорогах Англии, Германии, Франции и многих других стран применяют рельсы более легких типов, с меньшим содержанием углерода, а значит, и с меньшей твердостью. Считается, что чем тверже бандаж, тем меньше истирание его и рельса, но во всех случаях истирание второго больше, чем первого. Комбинация мягкого бандажа с твердым рельсом дает значительно худшие результаты, о чем свидетельствуют исследования инженера К. И. Домбровского в 1962 г., которые доказывают, что минимальный износ бандажей и рельсов достигается при соотношении твердости бандажа и рельса в пределах 1,00 -1,05. Эксперименты, проведенные кафедрой «Электрическая тяга» Уральского государственного университета путей сообщения на Свердловской дороге, подтвердили теоретические выводы К. И. Домбровского.

При проведении исследований в различных депо было выявлено, что износ элементов пары «колесо - рельс» отражает приработочный период, нормальную работу и старение (интенсивный износ). С помощью стратегии ремонтов (переточек) колес попадание их в третий этап - старение, как правило, не допускается. Однако специфика работы колесной пары такова, что при одном фиксированном элементе пары второй - всегда переменный [10].

С целью более детального анализа полученных данных был проведен дополнительный эксперимент для случая прямых участков с постоянной нагрузкой на ось.

Твердость модели рельса оставалась постоянной и равной 401 НВ, что соответствует верхнему пределу твердости рельса по ГОСТ З51685-2000, а твердость модели колеса варьировалась в пределах 293 - 363 НВ в соответствии с ГОСТ 10791-2004. Также в данном эксперименте использовались образцы с твердостью, выходящей за пределы, установленные стандартом, чтобы получить полную картину по износостойкости колеса и рельса. В качестве измеряемого параметра использовалась потеря веса образцов колеса и рельса в зависимости от соотношения их твердости. Соотношению 0,64 соответствует твердость образца серийного колеса 255 НВ; 0,73 - 293 НВ; 0,78 - 311 НВ; 0,83 - 331 НВ; 0,85 - 341 НВ; 0.91 - 363 НВ; 0,97 - 388 НВ и соотношению 1,11 соответствует твердость образца 444 НВ.

Из графика на рисунке 5 видно, что минимальный износ и колеса, и рельса приходится на соотношение от 0,91(НВк363/НВр401) до 0,97(НВк388/НВр401).

С повышением твердости колеса износ колесного и рельсового образцов возрастает до твердости 331 - 341 НВ, что объясняется наличием микрорельефа, изменяющего на макроуровне контактные характеристики образцов колеса и рельса, к которым относятся номинальное давление, номинальная область контакта, зависимость внедрения от приложенной нагрузки, способствующая увеличению износа.

По проведенному экспериментальному исследованию на износ можно сделать вывод о том, что оптимальным соотношением твердости колеса и рельса является значение, близкое к 1, т. е. в пределах от 0,91(НВк363/НВр401) до 0,97(НВк388/НВр401), что соответствует минимальному износу по относительной потере массы образцов. Однако с точки зрения снижения стоимости ремонта колеса наиболее приемлемым является соотношение от 0,78 (НВк311/НВр401) до 0,8(НВк320/НВр401), так как подобные значения твердости колесной стали не вызывают трудности при механической обработке.

0,5

г

0,3

0.2

А т

0,1 О

0=б 0=7 0=в 0=9 1 1 = 1 12

НБкНВр-

Рисунок 5 - Износ по потере массы колесных (1) и рельсовых (2) образцов в зависимости от соотношения их твердости

В связи с тем, что авторы не получили однозначного решения проблемы повышенной интенсивности изнашивания цельнокатаных колес и железнодорожных рельсов, требуются дальнейшие исследования по выбору рационального соотношения их твердости, в котором может быть достигнуто оптимальное соотношение механических свойств колесной и рельсовой стали.

Список литературы

1. Бунькова, Т. Г. Об оптимальном соотношении твердости цельнокатаного колеса грузового вагона и железнодорожного рельса [Текст] / Т. Г. Бунькова // Научно-технический вестник Поволжья. - 2011. - № 1. - С. 86 - 90.

2. Марков, Д. П. Повышение твердости колес подвижного состава (предпосылки и перспективы) [Текст] / Д. П. Марков // Вестник ВНИИЖТа. - 1995. - № 3. - С. 10 - 17.

3. Марков, Д. П. Закалка гребней колес подвижного состава на высокую твердость для снижения бокового износа [Текст] / Д. П. Марков // Вестник ВНИИЖТа. - 1997. - № 1. - С. 45 - 51.

4. Бунькова, Т. Г. К вопросу о влиянии соотношения твердостей колеса и рельса на их износостойкость [Текст] / Т. Г. Бунькова // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава: Материалы всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. -С. 286 - 290.

5. Галиев, И. И. Безопасность движения грузовых поездов и динамические свойства ходовой части вагона [Текст] / И. И. Галиев, В. А. Нехаев, В. А. Николаев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 1. - С. 107 - 112.

6. Нехаев, В. А. Исследование движения необрессоренных масс по пути со случайной геометрической неровностью рельса [Текст] / В. А. Нехаев, В. А. Николаев, А. Н. Смалев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 2. - С. 106 - 113.

7. Пат. 110485 Российская Федерация, МПК О 01 М 17/10 (17/00). Устройство для имитации процесса движения колеса по рельсу [Текст] / А. А. Ражковский, А. Г. Петракова, Т. Г. Бунькова (Россия). - № 2011125268/11; Заявлено 20.06.2011; Опубл. 20.11.2011. Бюл. № 32. - 2 с.

№ 1(13) 2013

8. Пат. 113839 Российская Федерация, МПК О 01 М 17/10. Устройство для имитации процесса нагружения колеса на рельс [Текст] / А. А. Ражковский, А. Г. Петракова, Т. Г. Бунькова (Россия). - № 2011131543/11; Заявлено 27.07.2011; Опубл. 27.02.2012. Бюл. № 6. - 2 с.

9. Шилер, В. В. Исследование динамических свойств колесной пары с гибкими независимо вращающимися бандажами [Текст] / В. В. Шилер, П. А. Шипилов, А. В. Шилер // Известия Транссиба/ Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 4. - С. 69 - 75.

10. Буйносов, А. П. Универсальная модель оценки износа бандажей колесных пар локомотивов [Текст] / А. П. Буйносов, В. А. Тихонов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 2. - С. 16 - 23.

УДК 621.313.2

В. В. Харламов, П. К. Шкодун, Д. А. Ахунов, А. С. Хлопцов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЯ КОЛЛЕКТОРА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА ПКП-4М

Статья посвящена разработке программного обеспечения для анализа и преобразования данных, полученных при исследовании поверхности коллектора тяговых электродвигателей с помощью прибора контроля профиля коллектора ПКП-4М. Применение данного компьютерного приложения в процессе обработки экспериментальных данных позволит повысить достоверность контроля профиля коллектора, а также рассчитать основные диагностические параметры, характеризующие влияние профиля на процесс коммутации.

Состояние коммутации тяговых электродвигателей (ТЭДов) подвижного состава является одним из определяющих факторов, характеризующих надежность работы коллекторно-щеточного узла и электрической машины в целом. Факторы, оказывающие влияние на процесс коммутации в ТЭДе, принято разделять на электромагнитные и механические. Совместное влияние факторов различной природы приводит к неидентичности коммутационных циклов, в результате чего процесс коммутации становится в некоторой степени случайным [1]. В работах ведущих специалистов в области коммутации доказано, что неидентичность коммутационных циклов, обусловленная причинами механической природы, не только не равномерна по коллектору, но и значительно изменяется во времени [2]. Даже при обеспечении необходимых электромагнитных условий коммутации нарушение надлежащего состояния коллектора и щеточного аппарата может привести к появлению интенсивного искрения щеток [3]. Поэтому совершенствование методов анализа влияния механических факторов на процесс коммутации в ТЭДе является одной из первостепенных задач.

Одним из важнейших факторов механической природы, влияющих на процесс коммутации в машинах постоянного тока, является состояние профиля коллектора [4].

В настоящее время при исследовании микрогеометрии коллектора ТЭДа наибольшее применение получил бесконтактный вихретоковый метод. Данный метод нашел свое применение в приборе ПКП-4М, разработанном на кафедре «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа, осуществляющем регистрацию состояния поверхности коллектора как в статическом, так и в динамическом режимах [5]. Высокая чувствительность и быстродействие, а также независимость результатов измерений от электрофизических свойств контролируемой поверхности позволяют использовать данный прибор при проведении приемосдаточных испытаний ТЭДов в локомотивных депо. Функциональная схема прибора приведена на рисунке 1.