РАСЧЕТ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В МАТЕРИАЛЕ БАНДАЖА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ТЕПЛОВОЗА UzTE16M

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрены расчетные методики оценки износа тормозной системы подвижного состава и изучены температурные поля, а также напряжение в материале бандажей колесных пар при эксплуатации. В ходе методики исследовались оценки температурных полей в материале бандажа при торможении тепловоза UzTE16M.

ABSTRACT

In this paper, computational methods for assessing the wear of the rolling stock braking system are considered and temperature fields, as well as stresses in the material of wheelset bandages during operation, are studied. In the course of the methodology, estimates of temperature fields in the bandage material during braking of the UzTE16M diesel locomotive were investigated.

Ключевые слова: локомотив, колесная пара, бандаж, рельс, тормозная колодка.

Keywords: locomotive, wheelset, bandage, rail, brake pad, braking.

На сегодняшний день уделяется oгрoмнoе внимание обеспечению высокого уровня безопасности движения пoездoв [3; 4; 8; 13; 6]. Пoследствиями транспoртных прoисшествий являются пoрча грузoв и техники, разрушение путей и кoнтактнoй сети, прекращение движения пoездoв пo участку, чтo привoдит к бoльшим экoнoмическим и челoвеческим пoтерям [7; 5; 9; 11].

Надежная рабoта пoдвижнoгo сoстава и устрoйств железнoдoрoжнoгo транспoрта является oснoвoй для oбеспечения прoпускнoй и прoвoзнoй спoсoбнoсти железных дoрoг, а также безoпаснoсти движения пoездoв. Этo является oснoвнoй задачей всех служб и пoдразделений АО «УТЙ». Показатели рабoты напрямую зависият oт числа крушений, сoбытий, oтказoв технических средств. Oсoбая рoль в oбеспечении безoпаснoсти движения заключается в надежнoсти тoрмoзнoгo oбoрудoвания пoдвижнoгo сoстава.

Тoрмoза железнoдoрoжнoгo пoдвижнoгo сoстава предназначены для регулирoвания скoрoсти движения oт максимальнo вoзмoжнoй дo пoлнoй oстанoвки, а также удержания сoстава на месте.

Проблема повышения долговечности колесных пар локомотивов исследуется специалистами железных дорог всего мира. Однако до ностоящего времени мало обоснованы расчетные методики оценки их износа, недостаточно изучены температурные поля и напряжения в материале бандажей колесных пар при эксплуатации.

Исследования для оценки температурных полей в материале бандажа при торможении локомотивов в рассмотенной задаче осуществим с использованием следующих допущений.

1. Выбираем модель бандажа колесной пары локомотива, на которую воздействуют 2 тормозные колодки с передачей нагрузок  при скорости скольжения  и силе трения  при реализации мощности торможения колеса [3; 14; 15]:

.                                                   (1)

2. Вся реализуемая мощность при торможении одного колеса поглощается материалом бандажа весом . Материал бандажа характеризуется коэффициентами теплопроводности , теплоемкостью , которые осреднены для диапазонов температур нагревания.

3. В каждом цикле времени  торможения мощность  поглощается частью масс бандажа , где  – коэффициент, зависящий от приращения температуры нагревания  бандажа.

При этом выполняется уравнение теплового баланса для средних  и :

.                                     (2)

При известных  можно определить:

.                                                         (3)

Из последних формул видно, что при постоянной  наибольшее влияние на температуры нагревания играют отношения . При  в течение времени .

Выполним расчет для условий торможения колесной пары тепловоза типа UzTE16M при ; ;, соответствущих начальной скорости торможения , конечной скорости , длительности цикла торможения , .

При условии , получили:

.

В первой фазе торможения поглощение тепловой мощности осуществляется при малых  (около 0,1) и , получили:

.

Уточнение температурных полей с учетом уравнения теплопроводности провели с учетом основного потока отводимого тепла  в направлении по радиусу  бандажа.

Площадь теплопередачи принимаем равной для:

– бандажа  ( – ширина бандажа, измеренная вдоль оси колесной пары).

С учетом введенных допущений получим уравнения теплопроводности для:

– бандажа колесной пары:

,                     (4)

где  – толщина бандажа, измеренная по координате Z;

 – плотность материала бандажей;

 – коэффициенты теплопроводности в материале моделей бандажа в направлении по координате Z.

Частное решение уравнения (4) получили в виде [10]:

                                                     (5)

с функцией времени , удовлетворяющей уравнению:

,                                        (6)

где

.                                                            (7)

Решения уравнений (6) при начальных условиях для  , выполненные методом операционного исчисления, получим в виде:

.                                    (8)

Производим расчет температуры нагревания  бандажа по формулам (8) при использовании исходных данных:

.

.

При ; .

При ; .

При ; .

При ; .

Если начальная температура , то фактическая температура бандажа будет равна:

.

По формулам (8) определим полную температуру нагревания бандажей по  и :

.

После окончания торможения через  секция температура определяется по формулам:

.

Оценка охлаждения бандажа через 120 секунд. Бандаж через 120 секунд имеет температуру бандажа , не может быть менее 30⁰С. Должен быть задан цикл торможений и отпуска.

Выполним расчет по оценке влияния при  по формуле (3).

Рисунок 1. Температура нагревания бандажей при циклах торможения колесных пар тепловоза

Рисунок 2. Температура нагревания бандажей при циклах торможения колесных прао тепловоза

Выводы. По итогам проведенных исследований выявлены параметры нагревания бандажей при циклах торможения колесных пар двух типов тепловоза. Как показано на графиках, при скорости в 80 км/ч температура бандажа достигает более 450 °С.

Список литературы:

1. Бабаков И.М. Теория колебания. – М. : Наука, 1965. – 559 с.
2. Бронштейн И.Н. Справочник по математике. – М. : Наука, 1986. – 671 с.
3. Глущенко А.Д., Файзибаев Ш.С. Моделирование импульсного динамического и теплового нагружения материала колесных пар локомотивов. – Ташкент : Фан, 2002. –194 с.
4. Конструкция и динамика тепловозов / под ред. проф., д-ра техн. наук В.И. Иванова. – М. : Транспорт, 1974. – С. 336.
5. Махкамов Н.Я., Илесалиев Д.И., Мерганов А.М. Сравнительный анализ факторов, влияющих на доставку пакетных грузов // Инновационный транспорт. – 2019. – № 3. – С. 50–57.
6. Медель В.Б. Подвижный состав электрических железных дорог. – М. : Транспорт, 1974. – С. 232.
7. Мерганов А.М. Подход к экономическому обоснованию затрат на энергетические потери, связанные с состоянием железнодорожных путей // Вестник ИНЖЭКОНа. Серия: Экономика. – 2012. – № 5. – С. 317–319.
8. Механическая часть тягового подвижного состава / под ред. д-ра техн. наук И.В. Бирюкова. – М. : Транспорт, 1992. – С. 440.
9. Файзибаев Ш.С. Исследование влияния пластических деформаций на поверхности упрочняемого бандажа // Universum: технические науки. – 2022. – № 1-1 (94). – С. 106–110.
10. Файзибаев Ш.С., Косимов О.Т. Моделирование сдвига поверхностного слоя бандажа колесной пары локомотива в зонах контакта с чугунными тормозными колодками // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 10(79). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10815 (дата обращения: 04.04.2022).
11. Файзибаев Ш.С., Хисматулин М.И. Динамические явления в тяговой зубчатой передаче теповозов и использование их для диагноза технического состояния зубчатой передачи // Вестник транспорта Поволжья. – 2016. – № 4. – С. 69–72.
12. Филонов С.П., Зиборов А.Е., Ренкуна В.В. Тепловозы 2ТЭ10М, 3ТЭ10М. Устройство и работа. – М. : Транспорт, 1986. – 288 с.
13. Djanikulov A., Kasimov O. Simulation Of Transients In The Power Circuit Of The TE-10 Diesel Locomotives When The Diesel Generator Set Protection Is Triggered // International Journal of Advanced Technology. – 2020. – Vol. 29, № 7.
14. Djanikulov A.T., Mamayev S.I., Kasimov O.T. Modeling of rotational oscillations in a diesel locomotive wheel-motor block // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 1889, № 2. – P. 022017.
15. Kasimov O.T., Djanikulov A.T., Mamayev S.I. Modeling the bending of the tire surface by pads during braking // AIP Conference Proceedings. – 2021. – Vol. 2402, № 1. – P. 070030.