Спосіб підвищення зчеплення та запобігання боксуванню (юзу) у контакті “колесо-рейка”

Реферат: Спосіб підвищення зчеплення та запобігання боксуванню (юзу) у контакті "колесо-рейка" шляхом подачі через трубопровід та сопло абразивного матеріалу (піску) у струмені стисненого повітря під колісні пари локомотива. Сопло орієнтують під кутом 15° до горизонтальної поверхні рейки і під кутом 110° до повздовжньої осі сопла від внутрішньої сторони колії та виконують вплив на зону контакту колеса з рейкою дозованою кількістю піску, що рухається з великою швидкістю. UA 82993 U (12) UA 82993 U UA 82993 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до залізничного транспорту та може бути використана для збільшення сили зчеплення між колесами локомотива та рейками, а отже, для реалізації підвищеної та стабільної сили тяги при рушанні локомотива з місця, наборі швидкості та при гальмуванні. Відомо спосіб підвищення зчеплення та запобігання боксуванню (юзу) у контакті "колесорейка", який полягає у подачі через трубопровід та сопло абразивного матеріалу (піску) у струмені стисненого повітря під колісні пари локомотива [див. Каменев Н.Н. Эффективное использование песка для тяги поездов / труды ЦНИИМПС, вып. 366. - М.: Изд. "Транспорт",1968. - С. 8]. Цей спосіб вибраний за прототип. Основними недоліками відомого способу є: - надмірна і неконтрольована подача піску, що знижує ефективність його застосування; - наявність залишків піску на рейках ускладнює поперечне переміщення вагонних коліс і перешкоджає вільній установці візків вагонів по напрямку кривої, відповідно, підвищує витрату паливно-енергетичних ресурсів; - підвищений знос або пошкодження рейок і екіпажної частини (бандажів) локомотива, за рахунок великої кількості абразивного матеріалу у контакті колеса з рейкою. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу підвищення зчеплення та запобігання боксуванню (юзу) у контакті "колесо-рейка" шляхом збільшення швидкості виходу піскоповітряної суміші, точної і контрольованої її подачі, що приведе до підвищення довговічності рейок та бандажів локомотива, а також зменшення залишків піску на рейках, що приведе до зменшення опору руху поїзда. Поставлена задача вирішується тим, що у способі підвищення зчеплення та запобігання боксуванню (юзу) у контакті "колесо-рейка", який полягає у подачі через трубопровід та сопло абразивного матеріалу (піску) у струмені стисненого повітря під колісні пари локомотива, відповідно до корисної моделі, орієнтують сопло під кутом 15° до горизонтальної поверхні рейки і під кутом 110° до повздовжньої осі сопла від внутрішньої сторони колії та виконують вплив на зону контакту колеса з рейкою дозованою кількістю піску, що рухається з великою швидкістю. Таке рішення дозволить видаляти шари поверхневих забруднень та подавати пісок безпосередньо у контакт колеса з рейкою в один шар, що створить ефективні умови контактування колеса з рейкою для підвищення тягово-зчіпних та гальмівних якостей локомотива, не спричиняючи при цьому додаткового опору руху рухомого складу (поїзда). Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображено: на фіг. 1 - залежність коефіцієнта тертя від температури в контакті на чистих, сухих рейках; на фіг. 2 - залежність коефіцієнта тертя від температури в контакті на рейках, покритих водою; на фіг. 3 - залежність коефіцієнта тертя від температури в контакті на рейках, покритих дизельним паливом (ДП); на фіг. 4 - залежність коефіцієнта тертя від температури в контакті на рейках, покритих відпрацьованим маслом; на фіг. 5 - зміна опору руху у порівнянні з еталонним випадком. На фіг. 1-4 показано: поз. 1 - без подачі піску, поз. 2 - класична подача піску (гіркою), поз. 3 подача піску в один шар, поз. 4 - після способу, що заявляється. На фіг. 5 вказано збільшення опору руху (знак "-" означає зменшення опору руху від еталонного випадку - на чистій та сухій рейці). Запропонований спосіб підвищення зчеплення та запобігання боксуванню (юзу) у контакті "колесо-рейка" здійснюється наступним чином. На виході з сопла трубопроводу пісочної системи абразивні частинки рухаються з великою швидкістю і, взаємодіючи з поверхнею головки рейки та колеса, продавлюють шари забруднень зусиллям прямого удару двофазного струменя і активують поверхні. Підвищення швидкості / виконується на підставі вже відомої умови, що швидкість (V ) викиду піску із сопла пісочної системи локомотива повинна бути значно вищою за швидкість поступального руху локомотива, а саме абсолютна швидкість (VП) струменя піску, що надходить під колеса, повинна бути, принаймні, на 12-15 м/с вище швидкості V локомотива, тобто: / (1) VП=(V -V)12-15 м/с. Відшарування і відрив поверхневих забруднень від поверхні колеса і рейки проводять відбитим ударом, який відносить продукти очищення із зони контакту. Запропоноване орієнтування сопла дозволить очищати взаємодіючі поверхні з одночасною подачею дозованої кількості піску у контакт колеса з рейкою в один шар, а продукти очищення відносяться від гребеня колеса та зони контакту. При цьому на поверхнях не залишається абразивного матеріалу, який може спричинити опір руху, як у випадку з класичним застосуванням піску. 1 UA 82993 U 5 10 15 20 25 30 35 Для перевірки ефективності запропонованого способу було проведено ряд експериментів по визначенню величини коефіцієнта тертя і зміни опору руху колеса, які проводилися на спеціальній стендовій установці (імітатор екіпажу). В основу обробки результатів експерименту та отримання чисельних значень опору руху поставлена математична модель руху імітатора екіпажу по рейковому шляху, побудована, виходячи з теореми в теоретичній механіці: зміна кінетичної енергії системи дорівнює сумі робіт внутрішніх і зовнішніх сил при деякому переміщенні цієї системи dS. Якщо знехтувати пружними деформаціями в приводах імітатора екіпажу, то роботу внутрішніх сил можна вважати рівними нулю. (2) Тоді dK=WdS, де K - функція кінетичної енергії системи; W - сума робіт внутрішніх і зовнішніх сил. Якщо продиференціювати дане рівняння і виконати всі перетворення, одержимо, що питомий опір руху імітатора екіпажу: 1  2 , (3) wо    Vн 2ST де  - коефіцієнт, що враховує інерцію обертових елементів ходової частини імітатора екіпажу; ST - шлях, пройдений імітатором екіпажу від початку вибігу до повної зупинки; Vн - швидкість руху імітатора екіпажу на початку вимірів. Для вирішення поставленої задачі вибрані такі фрикційні стани взаємодіючих поверхонь: чисті і сухі, а також покриті водою, дизельним паливом (ДП) і відпрацьованим маслом дизеля локомотива, а також способи підвищення тягово-зчіпних якостей: класична подача піску під колеса (гіркою) подача піску в один шар і запропонований авторами спосіб. За допомогою теоретичних та експериментальних даних було складено графіки залежності коефіцієнта тертя від температури у контакті при наявності поверхневих забруднень на рейці (фіг. 1-4) та діаграму зміни опору руху у порівнянні з еталонним випадком (фіг. 5). На фіг. 1-4 дуже наглядно показано, що при застосуванні запропонованого способу відбувається збільшення коефіцієнта тертя при всіх видах поверхневих забруднень, що використовувались, від 10 % до 59 %, практично не впливаючи при цьому на величину опору руху (а саме, збільшення на 1 % або зменшення на 6 %), на відміну від інших способів. Також був проведений попередній розрахунок для обґрунтування економічної ефективності застосування способу, що заявляється. За проведеними раніше експериментальним дослідженням і теоретичними розрахунками встановлено, що застосування способу, що заявляється, дозволить знизити витрату піску у 13 разів, у порівнянні з класичною подачею піску на поверхню рейок, що дозволить економити депо в середньому 85-90 % бюджетних коштів на екіпіровку локомотивів абразивним матеріалом (піском). Застосування запропонованого способу дозволить видаляти шари поверхневих забруднень та подавати пісок безпосередньо у контакт колеса з рейкою в один шар, що створить ефективні умови контактування колеса з рейкою для підвищення тягово-зчіпних якостей та гальмівних якостей локомотива, не спричиняючи при цьому додаткового опору руху рухомого складу (поїзда). 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб підвищення зчеплення та запобігання боксуванню (юзу) у контакті "колесо-рейка", що полягає у подачі через трубопровід та сопло абразивного матеріалу (піску) у струмені стисненого повітря під колісні пари локомотива, який відрізняється тим, що сопло орієнтують під кутом 15° до горизонтальної поверхні рейки і під кутом 110° до повздовжньої осі сопла від внутрішньої сторони колії та виконують вплив на зону контакту колеса з рейкою дозованою кількістю піску, що рухається з великою швидкістю. 2 UA 82993 U 3 UA 82993 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4