Спосіб підвищення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою

Реферат: Спосіб підвищення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою полягає в продавлюванні плівок забруднень і утворенні контакту між колесом і рейкою твердим абразивним матеріалом, що проникає у поверхні контактуючих тіл. Виконують очищення рейок струминно-абразивним методом. За допомогою зміни кута атаки струменя абразивного матеріалу керують параметрами мікрогеометрії мікрорельєфу поверхні. UA 77313 U (12) UA 77313 U UA 77313 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до залізничного транспорту і може бути використана для підвищення тягово-зчіпних якостей локомотивів. Відомий спосіб підвищення зчеплення коліс локомотива з рейками, який полягає у нагріванні забруднених поверхонь коліс і рейок та дії на них випромінювання квантового генератора [див. а.с. СРСР № 1164120, МПК В61 С 5/08, бюл. № 24, від 30.06.85]. Недоліком відомого способу є низька ефективність очищення поверхонь. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб підвищення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою, який полягає в продавлюванні плівок забруднень і утворенні контакту між колесом і рейкою твердими абразивними частинками, що уминаються у поверхні контактуючих тіл [див. Каменев Н.Н. Эффективное использование песка для тяги поездов / труды ЦНИИМПС вып. 366. М.: Транспорт, 1968. - с. 8]. Недоліками відомого способу підвищення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою є: руйнування, знос колеса і рейки та опір руху поїзду, що спричинені урізанням у поверхні колеса й рейки значної кількості абразивного матеріалу; неефективне очищення сильно забруднених поверхонь, у зв'язку із чим не спостерігається підвищення зчіпних якостей локомотива; утворення на поверхні рейки шару піску деякої товщини, що приводить до прослизання часток кварцу однієї по іншій, що значно знижує коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою: використання зайвої кількості піску, що призводить до засмічення рейко-шпальної решітки та до блокування роботи стрілочного переводу та підвищенню небезпеки руху поїзда, за рахунок засмічення порожнечі між рейкою та стрілкою зайвим розсипаним піском. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу підвищення зчеплення в зоні контакту колесо-рейка шляхом застосування струминно-абразивного очищення поверхонь з керованим кутом атаки абразивним матеріалом для ефективного очищення контактуючих поверхонь, що призведе до відсутності абразивного матеріалу у контакті між колесом і рейкою та відсутності опору руху поїзду, а також забезпечить зменшення використання абразивного матеріалу та негативний вплив на рейковий шлях. Поставлена задача вирішується тим, що у способі підвищення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою, що полягає в продавлюванні плівок забруднень і утворенні контакту між колесом і рейкою твердим абразивним матеріалом, що проникає у поверхні контактуючих тіл, відповідно до корисної моделі, виконують очищення рейок струминно-абразивним методом, за допомогою якого абразивний матеріал під дією стисненого повітря з високим прискоренням діє як шліфувальний засіб та врізається у поверхневий шар рейки, очищає її від забруднень і створює ефективну шорсткість для досягнення високих зчіпних якостей локомотива та мікрорельєф поверхні з керованими, залежно від умов експлуатації та режимів руху, параметрами мікрогеометрії, за допомогою зміни кута атаки струменя абразивного матеріалу. Таким чином залежно від ступеня забруднення рейки можливо регулювати інтенсивність її очищення та зміцнення поверхневого шару за допомогою зміни кута атаки абразивним матеріалом та досягти зниження зносу контактуючих поверхонь, підвищити коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою за рахунок створення оптимального для пари тертя "колесо-рейка" мікрорельєфу з керованими, залежно від умов експлуатації, параметрами мікрогеометрії поверхонь. Суть способу поліпшення зчеплення в зоні контакту колесо-рейка пояснюється кресленнями, де зображено: фіг. 1 - загальний вид пристрою поліпшення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою; фіг. 2 - будова структури реального поверхневого шару рейки: А - поверхневі забруднення адсорбційні по оксидному шарі (повітря, пари води, масло, пил та ін.), товщина  0,1-0,4 мкм; Б - оксидний шар - FeO (товщина відносно збільшена), товщина  5-10 мкм; В - шар металу, що піддався змінам під дією пластичної деформації і температури, товщина  150-200 мкм; Г - основа, структура металу, що не піддалася деформації; фіг. 3 - схема взаємодії частинки абразивного матеріалу з поверхнею рейки. Спосіб поліпшення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою реалізується наступним чином. При небезпеці буксування у момент рушання, юзу або ж при гальмуванні машиністом вмикається система підвищення коефіцієнта зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою (фіг. 1) з використанням струминно-абразивної очистки рейок. Залежно від будови (фіг. 2) структури реального поверхневого шару рейок, передбачено зміна чотирьох режимів очищення, кожний з яких відповідає певному куту атаки абразивним матеріалом поверхні рейки. При I-му режимі 1 UA 77313 U очищення ковзаючим струменем (=10°-15°) виконується тільки очищення поверхні рейки шляхом струминно-абразивної очистки від поверхневих забруднень (фіг. 2, А) адсорбційних по оксидному шару (повітря, пари води, масло, пил), яке вибирається в межах: 1 (hmin  hmax ) заб заб hmax заб 2, (1) де hmin - мінімальна товщина видалюваного шару поверхневих забруднень; заб 5 10 hmax - максимальна товщина видалюваного шару поверхневих забруднень. заб Кути атаки абразивного матеріалу до поверхні рейки при I-му режимі очищення відповідають кутам атаки ІІ-му режиму очищення, але швидкість при I-му режимі очищення струменя абразивного матеріалу на виході із сопла менша порівняно зі швидкістю II-го режиму очищення і перебуває в межах 20-50 м/с. Інтенсивність зняття забруднень залежно від кута атаки  та швидкості струменя абразивного матеріалу V на виході із сопла визначається за формулою:  5      (1   2 )  V 2  sin 2   ч p  Q  dч     4 E   15 20 2 5 , (2) де  - кут атаки абразивного матеріалу до поверхні рейки;  p - коефіцієнт Пуассона; Е модуль пружності; dч - діаметр частинки абразивного матеріалу; V - швидкість струменя абразивного матеріалу на виході із сопла;  ч - щільність частинки абразивного матеріалу. Для рейок, які перебувають в експлуатації невеликий строк і мають рівну і гладку мікрогеометрію поверхні без впадин і мікротріщин, виставляється ІІ-й режим очищення ковзаючим струменем (=10°-15°) - очищення без зміни мікрогеометрії поверхні рейок. Відмінними рисами ІІ-го режиму очищення від І-го є те, що при цьому режимі очищення швидкість струменя V абразивного матеріалу на виході із сопла перебуває в межах 50-100 м/с та відбувається видалення поверхневих забруднень (фіг. 2, А) адсорбційних по оксидному шару (повітря, пари води, масло, пил) і/або шар окисних плівок - FeO (фіг. 2, Б), яке вибирається в межах:  hmin  hmin  hmax  hmax  заб оп оп  заб 1  2, max max   hзаб  hоп   (3) min де h заб - мінімальна товщина видалюваного шару поверхневих забруднень; hmax заб максимальна товщина видалюваного шару поверхневих забруднень; hmin - мінімальна товщина ош 25 30 видалюваного шару окисних плівок; hmax - максимальна товщина видалюваного шару окисних оп плівок. В умовах екстреного гальмування виставляється IIІ-й режим очищення, передбачений косим струменем (=30°-45°) - інтенсивне відшарування і видалення шару поверхневих забруднень (фіг. 2, А) і/або шару окисних плівок (фіг. 2, Б) та вплив на шар металу (фіг. 2, В) для видалення задирок і окалини та закруглення гострих крайок (фіг. 3) і утворення оптимальної мікрогеометрії поверхні рейки та одночасне подання абразивного матеріалу у контакт колеса з рейкою в один шар (для забезпечення високих зчіпних якостей середньоарифметичне відхилення профілю взаємодіючих поверхонь колеса та рейки Ra=0,7  0,9 мкм) в межах:  hmin  hmin  hmin  hmax  hmax  hmin оп мат заб оп мат 1   заб  hmax  hmax  hmax заб оп мат  35    2 ,(4)   де hmin - мінімальна товщина видалюваного шару поверхневих забруднень; hmax заб заб максимальна товщина видалюваного шару поверхневих забруднень; hmin - мінімальна товщина ош видалюваного шару окісних плівок; hmax - максимальна товщина видалюваного шару окісних оп плівок; hmin - мінімальна товщина видалюваного шару з поверхні оброблюваного матеріалу мат (рейки); hmax - максимальна товщина видалюваного шару з поверхні оброблюваного матеріалу мат (рейки). 2 UA 77313 U 5 10 Число часток абразивного матеріалу, що вступили у контакт із оброблюваною поверхнею, визначають за формулою:   Y() n  12Rh  (1  3 )k p , (5) 2   ( x  2  32 ) де R - характерний розмір частинки абразивного матеріалу; h - глибина проникнення частинки абразивного матеріалу;  - частка, займана абразивним матеріалом в одиниці об'єму потоку;  - коефіцієнт форми частинки абразивного матеріалу; Y() - функція, що залежить від ; х - середній розмір частинок абразивного матеріалу даної зернистості;  - середньоквадратичне . відхилення частинок абразивного матеріалу,  = 0,17 х; 3 - коефіцієнт, що враховує зачіпляння частинок у потоці; kр - коефіцієнт, що враховує число обробляючих частинок абразивного матеріалу. Одержувану мікрошорсткість поверхні визначають за формулі: R a  0,026  15 20 25 hmax  a  b  l R2 , (6) де а і b - велика і мала півосі еліпса плями контакту абразивного матеріалу з оброблюваною поверхнею рейки; hmax - максимальна глибина проникнення частинки абразивного матеріалу; l одиниця довжини нормального перерізу оброблюваної поверхні рейки; R - радіус частинки абразивного матеріалу. Зі співвідношення (6) параметр мікрошорсткості поверхні Ra цілком однозначно визначається максимальною глибиною впровадження абразивного матеріалу hmax. За рахунок впливу на параметр hmax для його збільшення або зменшення можна фактично необмежено зменшувати або збільшувати параметр мікрошорсткості поверхні Ra до необхідної величини 0,70,9 мкм. При необхідності збільшення зчеплення на сильно забруднених рейках (в умовах екстреного гальмування) виставляється ІV-й режим очищення ударним струменем (=90°) - забезпечує очищення і зміцнення поверхні кочення рейок. Під впливом прямого удару абразивного матеріалу 2 спостерігається зняття поверхневих забруднень (фіг. 2), руйнування шару окисної плівки та наклеп поверхні рейки, що відповідає частковому шаржуванню абразивного матеріалу у поверхню рейки та потрапляння його у контакт колеса з рейкою. Максимальна глибина проникнення абразивної частки при IV-му режимі очищення ударним струменем: ч , (7) 3  kR  c  s де km - коефіцієнт, що враховує вплив сусідніх частинок; kR - коефіцієнт, що враховує вплив зернистості частинки абразивного матеріалу на фактичну площу контакту; с - коефіцієнт, що оцінює несучу здатність контактної поверхні; s - границя текучості матеріалу рейки. Товщина зміцненого шару визначається по формулі: 0, hmax  2  k m5  V  R  sin  30 h у п  20,966  4 A ч  dч n3 d  a  G , (8) де Ач - робота, що виконує абразивний матеріал для зміцнення поверхневого шару на товщину hyn; n 3  a - емпіричні коефіцієнти, які враховують мікроструктуру оброблюваного d матеріалу; G - модуль зсуву. 3 UA 77313 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб підвищення зчеплення в зоні контакту колеса з рейкою, що полягає в продавлюванні плівок забруднень і утворенні контакту між колесом і рейкою твердим абразивним матеріалом, що проникає у поверхні контактуючих тіл, який відрізняється тим, що виконують очищення рейок струминно-абразивним методом, за допомогою якого абразивний матеріал під дією стисненого повітря з високим прискоренням діє як шліфувальний засіб та врізається у поверхневий шар рейки, очищає її від забруднень і створює ефективну шорсткість для досягнення високих зчіпних якостей локомотива та мікрорельєф поверхні з керованими, залежно від умов експлуатації та режимів руху, параметрами мікрогеометрії, за допомогою зміни кута атаки струменя абразивного матеріалу. 4 UA 77313 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 5