ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА СУЖЕНИЯ ШИРИНЫ КОЛЕИ НА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСХОДНОГО ФРИКЦИОННОГО

СОСТОЯНИЯ КОЛЕС И РЕЛЬСОВ

 

Лужнов Ю.М., Говорков О.А., Дмитриева Л.А. (АИТ, г.Москва, РФ)

 

The narrow-gauge railways redyction the friction aids of wheels and rails.

 

          Исходное фрикционное состояние дорожек трения колес и рельсов сильно влияет на силу тяги локомотива , на тормозные силы поезда и на износ трущихся тел.

          Сужение рельсовой колеи с 1524 до 1520 мм произошедшее на железных дорогах России за последние десятилетие, привело к тому, что дорожка катания колеса по рельсу сместилась в сторону осевой линии рельсового пути. Произошло и смещение дорожек катания на колесах подвижного состава. В на кривых малого радиуса дорожки катания колес по рельсам сместились на боковые участки их опорных поверхностей.

          Исследования [1] фрикционных свойств дорожек трения на рельсах и колесах подвижного состава при достаточной однородности своих характеристик вдоль рельсов на участках железнодорожного пути сильно меняют свои характеристик в поперечном направлении.  Наиболее высокими и сильно меняющимися по величине, во многом связанные с увлажнением и замаслеванием их являются центральные части дорожек катания колес по рельсам. В отдельных случаях их свойства оказываются способными перевести и режим трения между колесом и рельсом из граничного в неустойчивый квазигидродинамический.

          Колесо перекатывающееся по прямому участку совершает синусоидальное движение с длинной волны свойственной конструкции того или иного подвижного состава. При этом пятна контакта помимо смещения вдоль рельса ,смещается на некоторую величину  поперек движения поезда.

          В общем случае сила трения между колесом и рельсом может быть выражена в виде

где  - закон изменения коэффициента трения по ширине контактной зоны ; -текущая координата ; - распределение нормальных напряжений в контактной зоне ; - элемент площади контакта колеса с рельсом.

При неизменном увлажнении и одинаковом уровне трения по центральной части дорожек катания на колесах и рельсах при перекатывании (см.рис.1) и совершении колесом синусоидального движения в зону контакта колеса с рельсом входя разные по фрикционному состоянию участки трущихся тел.

Рисунок 1 - Перемещение пятна контакта вдоль головки рельса 

Рисунок 2- Закономерности изменения фрикционных возможностей колес                                                         одной колесной пары

         

При вхождении в зону контакта других участков колеса и рельса с другими свойствами будут изменяться и силы трения между колесом и рельсом. Наиболее характерные изменения коэффициента трения колеса с рельсом (без скольжения) представлены на рис.2 для случаев симметрично (кривые I и I¢) и несимметрично (сдвинутых внутрь пути) дорожек трения (кривые II и II¢) и разной степени увлажнения ( ), а следовательно и разного от степени увлажнения и одинакового между этими двумя видами дорожек коэффициентами трения по центру дорожек катания колес и рельсов. Результаты аналитических исследований показали ,что на симметрично расположенных дорожках трения, при перекатывании колеса (за всю волну) коэффициент трения по величине меньше меняется, чем на рельсовом пути с несимметрично расположенной дорожке трения. На несимметрично расположенных дорожках трения имеются как более глубокие провалы коэффициентов трения, так и более высокие их величины. Эта  картина наблюдается при разных степенях увлажнения трущихся тел. Еще более разительные процессы перераспределения коэффициентов трения (при неизменном их увлажнении) меду колесами одной колесной пары происходит при движении подвижного состава в кривых участках пути (когда дорожки трения располагаются по боковым поверхностям колес и рельсов).

          Наиболее высокие тяговые и тормозные усилия реализуются локомотивами когда коэффициенты трения колес с рельсами являются одинаковыми между всему его колесами, в том числе и между колесами одной колесной пары. Реализуемые в реальных условиях разные законы изменения исходного фрикционного состояния рельсового пути отрицательно проявляются при перекатывании колеса на несимметрично расположенных дорожках трения (т.е. на зауженной рельсовой колее ) (Рис.2 кривые II и II¢). И особенно сильно на кривых участках пути [2] (Рис.2 кривая III и III¢).

          Различия в реализуемом исходном фрикционном состоянии между колесами одной колесной пары способствуют появлению дополнительных колебательных процессов в колесных парах и тележках подвижного состава.

 

Литература.

1.Лужнов Ю.М. «Физические основы сцепления колес локомотивов с рельсами».Диссертация д.т.н.,Москва,1976 г.

2.Говорков О.А. «Тепловые процессы в зоне трения колеса локомотива с рельсом».Диссертация к.т.н.,Москва,2001г.