авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 11 |

«ОБОБЩЕНИЕ передово-о.опыта тяжеловесно-о.движения: вопросы.взаимодействия ;олеса.и.рельса ox GUIDELINES ...»

-- [ Страница 3 ] --

В этой модели напряжение сдвиа вначале возрастает по мере величения относительноо просальзывания. Кода напряжение сдвиа достиает своео ритичесоо значения, налон ривой рипа изменяется. В зави симости от свойств слоя, оторыми птем использования модифиаторов трения можно правлять, напряжения сдвиа мот величиваться, мень шаться или не меняться с величением относительноо просальзывания (см. п. 3.4.3.1).

Уровень сцепления, оторый реализется на железной дорое, опреде ляется через расчетный оэффициент сцепления. Типичная ео величи на — ооло 0,22. Были выполнены значимые работы по лчшению он стрции лоомотивов с целью повышения потенциальноо оэффициен та сцепления до 0,35 и более [3.16]. При этом расчетный оэффициент сцепления таже повышается.

На величин расчетноо оэффициента сцепления, помимо свойств слоя третьео тела, оазывают влияние множество дрих фаторов, в част ности наличие орытообразной формы проата олес.

Сществют реальные методы величения и более полноо использова ния тяовых возможностей лоомотивов по сцеплению, что очень важно для словий тяжеловесноо движения. Один из таих методов, описанный в работах [3.17 и 3.18], основан на измерении просальзывания олесной пары в момент, ода сила тяи становится больше сил сцепления. Метод влючает систем статистичесой оцени просальзывания олеса, ото рая позволяет определять допстимость или недопстимость достинтоо ровня нарженности лоомотива по сцеплению.

3.2.4. Влияние'тан*енциально*о'.силия'на'нес.щ.ю способность'области'4онта4та В соответствии с теорией Герца масимальные статичесие напряже ния сжатия имеют место на поверхности, а масимальные асательные на пряжения — на лбине 0,78а, де а — половина длины большой оси эл липса площади онтата. Расчеты распределения ерцевсих онтатных o 3-10 x 1 (максимальное касательное x /p0 и y /p0 (напряжения, параллельные p0 напряжение) площадке контакта) x /p0 x/a 1,0 0 0,5 1,0 1, 0, z (нормальные 0, p0 напряжения) 0, 0, 2 9 0, 1, 25 0, 0, 0, 1, 0, 2, z a Рис. 3.7. Напряжения под онтатной площадой при действии нормальной нарзи [3.6] напряжений в бесонечном полпространстве поазывают (рис. 3.7), что непосредственно под площадой онтата материал находится в трехос ном напряженном состоянии. Три омпоненты тензора напряжения при мерно равны, в резльтате чео достиается высоий ровень несщей спо собности материала. Далее влбь материала эти напряжения становятся неравными, и ровень масимальных асательных напряжений достиает своео наивысшео значения.

Кода поверхности приладывается таненциальное силие, маси мальное асательное напряжение величивается и смещается ближе по верхности. Даже если при этом нормальная деформация на поверхности носит прий харатер, вблизи поверхности мот вознинть пластиче сие деформации. Под действием атящихся олес под поверхностью воз ниает циличесое напряжение сжатия-растяжения, приводящее на оплению подповерхностной пластичесой деформации и возниновению остаточных напряжений в материале. Таое поведение материала является причиной различных видов онтатно-сталостных дефетов в олесах и рельсах.

Два объема материала испытывают основню деформацию. Одним из них является очень тоний слой поверхности площади онтата, дрим — подповерхностный объем вблизи места масимальных асатель ных напряжений. При величении таненциальноо (тяовоо) силия на поверхности эти объемы приближаются др др и мот образовывать одн область потенциальноо разршения материала.

На рис. 3.8 поазано влияние таненциальноо силия на несщю спо собность онтата [3.6, 3.25]. Эта диарамма, инода называемая диа o 3-11 x Рис. 3.8. Диарамма приспо собляемости материала Поверхностное и подповерхностное Подповерхностное течение течение Фактор нагрузки p0 /k Поверхностное 3 течение Зона упругой приспособляемости Упругая зона Граница зоны приспособляемости 1 кинематического упрочнения Граница зоны упругой чисто пластической приспособляемости Граница упругой зоны 0,2 0,4 0, T Коэффициент µ = N раммой приспособляемости Джонсона [3.6], поазывает раницы раз личноо поведения материала в виде зависимости фатора нарзи p0/k от оэффициента µ = T/N, де p0 — нормальное онтатное давление, k — предел течести материала, T — таненциальное (тяовое) силие, N — нормальная сила. При сравнительно невысоих значениях оэффи циента T/N наопление пластичесоо течения материала происходит под поверхностью рельса (или олеса). Если же оэффициент T/N становится бльшим, чем примерно 0,3, наивысший ровень пластичесоо течения достиается на поверхности атания. Наопление большоо числа однона правленных пластичесих деформаций наартовывает поверхностный слой до тех пор, поа ео способность пластичесой деформации не ис черпается [3.19]. Эта диарамма использется для объяснения механизма онтатно-сталостных дефетов и механичесоо (рабочео) прочнения поверхностноо слоя в процессе эсплатации (налепа). Степень повреж даемости поверхности зависит от оэффициента трения, масимальноо онтатноо напряжения и предела течести стали.

3.2.5. Подход%&%оптимизации%профилей%&олеса%и%рельса по%напряжениям Оптимальные профили олеса и рельса — это таие профили, оторые обеспечивают наилчшю работоспособность для заданных словий. Рабо тоспособность олеса и рельса оценивается по следющим ритериям:

! износостойость;

! сталостная прочность;

o 3-12 x ! сопротивление развитию волнообразноо износа;

! сведение минимм отношения боовых сил тележи верти альным;

! сведение минимм образования шма;

! достижение масимальной стойчивости тележи.

В данном разделе рассмотрены фаторы, связанные с онтатными на пряжениями. Канадсий национальный исследовательсий центр разра ботал для пратичесоо применения модель оптимизации профилей (см. часть 5 нии) [3.20].

В зависимости от словий эсплатации олеса до обточи подверают ся от 6·107 до 8·107 цилам наржения [3.19, 3.20]. Контатные напряжения при прохождении олеса по рельс мот быть очень большими, зачастю превышающими предел течести материала олеса и рельса. Часть этих цилов наартовывает материал до ровня исчерпания пластичесих свойств, что приводит поверхностным повреждениям олови рельса и поверхности атания олеса (см. п. 3.5.2). Повышенные амплитда и час тота цилов напряжений на вырже олови рельса приводят образо ванию вырашивания в этой зоне.

При использовании в ривых онформноо профиля ровень онтат ных напряжений можно снизить по сравнению с неонформным профи лем. Однао следет иметь в вид, что взаимный износ онформных про филей происходит таим образом, что эпюра распределения давлений имеет тенденцию онцентрации в районе мновенной оси вращения о лесной пары (район выржи для рельса и основания ребня для олеса) и тем самым способствет развитию онтатно-сталостных повреждений и пластичесом течению материала [3.83].

Для оптимизации профилей олеса и рельса по онтатным напряже ниям даются следющие реомендации [3.20]:

! избеать онтатных напряжений, оторые более чем в 3 раза превыша ют предел прочности материала на сдви (см. п. 2.5);

! распределять точи онтата по поверхностям атания олеса и рельса с помощью обточи профиля олеса и шлифови олови рельса таим образом, чтобы не тольо профили наржноо и внтреннео рельсов были различными, но и в прямых частах пти на поверхностях ата ния была бы более чем одна полоса онтата;

! менять зазор в олее на прямых частах пти (см. п. 2.5.3.3).

3.3. Материалы)рельсов)и).олес 3.3.1. Химичес.ий)состав Рельсы. Рельсы и олеса металлричеси сходны. В обоих элементах применяют стали, имеющие высоое содержание лерода (0,65 – 0,82 %) и перлитню или близю перлитной стртр. Рельсы из различных маро обычной леродистой, леированной, термичеси прочненной рельсовой стали омпании-изотовители поставляют железным дороам Северной Америи, Австралии, ЮАР и Бразилии — членам Ассоциации o 3-13 x Та б л и ц а 3. Химичесий состав (массовая доля элементов), %, рельсовой стали Элементы Страны Швеция США, Австралия ЮАР Китай Россия BV50 и Канада, (S-60)* ГОСТ Р 51685 (T1) UIC Бразилия C 0,72 – 0,82 0,72 – 0,82 0,65 – 0,80 0,72 – 0,80 0,71 – 0,82 0,60 – 0, Mn 0,80 – 1,10 0,80 – 1,25 0,80 – 1,30 0,70 – 1,05 0,75 – 1,05 0,80 – 1, Si 0,10 – 0,60 0,15 – 0,58 0,30 – 0,90 0,50 – 0,80 0,25 – 0,45 0,30 – 0, S 0,037 max 0,025 max 0,03 max 0,035 max 0,03 – 0,04 max 0,025 max P 0,035 max 0,025 max 0,03 max 0,035 max 0,025 – 0,035 max 0,025 max Cr 0,25 – 0,50 – 0,70 – 1,30 – – 0,80 – 1, V 0,03 max – – 0,04-0,06 0,03 – 0,15 – Ni 0,25 max – – – – – Mo 0,10 max – – – – – *Стандарт бдет изменен в ближайшее время.

тяжеловесноо движения (IHHA). Россия и Китай историчеси создали собственные производство и стандарты на рельсы [3.22, 3.23]. Хотя хими чесий состав рельсовых сталей близо, однао технолоия производства, особенно на разных металлричесих заводах, может сщественно разли чаться.

В табл. 3.1 приведен химичесий состав рельсов, применяемых в стра нах — членах IHHA.

Из-за сложности обеспечения требемоо минимма твердости 300 НВ производителям рельсов в Северной Америе разрешено изменять содер Та б л и ц а 3. Химичесий состав (массовая доля элементов), %, олесной стали Элементы Страны США, Австралия ЮАР Китай Россия (рзо- Швеция Канада, Бра- вые ваоны, (рдовозная зилия (олеса мара 2, ГОСТ линия) ласса C) 10791-89) C 0,67 – 0,77 0,67 – 0,77 0,67 – 0,77 0,55 – 0,65 0,55 – 0,65 0,67 – 0, Mn 0,60 – 0,85 0,60 – 1,00 0,60 – 0,85 0,50 – 0,80 0,50 – 0,90 0,73 – 0, Si 0,15 max 0,15 max 0,15 max 0,17 – 0,37 0,22 – 0,45 0,20 – 0, S 0,050 max 0,035 max 0,050 max 0,040 max 0,040 max 0,020 max P 0,050 max 0,04 max 0,050 max 0,035 max 0,035 max 0,025 max o 3-14 x жание маранца (Mn), ниеля (Ni), хрома (Cr), молибдена (Mo) и ванадия (V) в ооворенных пределах [3.24].

Колеса. Имеется мноо маро олесной стали, различающихся со держанием лерода. В табл. 3.2 приведен химичесий состав олесных сталей, использемых на железных дороах стран IHHA для работы в словиях тяжеловесноо движения. В большинстве рзовых ваонов на железных дороах Северной Америи применяются олеса ласса С, химичесий состав стали оторых таже представлен в табл. 3.2. Мно ие железные дорои Северной Америи использют олеса ласса В для лоомотивов. Эти олеса отличаются от олес ласса С содержани ем лерода (0,57 – 0,67 %).

Российсий осдарственный стандарт на рельсы и олеса реламенти рет таже содержание неметалличесих влючений.

На железных дороах стран IHHA применяют а необтачиваемые, та и мнооратно обтачиваемые олеса. Колеса изотавливаются методами проати или литья. Российсие железные дорои использют олеса раз ных типов для рзовых, пассажирсих ваонов и для лоомотивов: олеса рзовых ваонов — цельноатаные, лоомотивов — бандажные. Все оле са мнооратно обтачиваются.

3.3.2. Ми#ростр(#т(ра Рельсы. На железных дороах, работающих в словиях тяжеловесноо движения, применяют рельсы из стали с перлитной стртрой. Рельсы поставляются проатанными без термообработи или с термообработой.

Для словий тяжеловесноо движения широо использются высоопроч ные термообработанные рельсы. При изотовлении термообработанных рельсов использют стали, в оторых содержание лерода близо эвте тоидном;

при этом образется перлитная стртра стали. Мелодис персная перлитная стртра полчается добавлением леирющих эле ментов, таих, а хром, молибден, ванадий, или посредством соренно о охлаждения.

Оптимальной стртрой для высоопрочных термообработанных рель сов является тонодисперсный пластинчатый перлит.

Термообработа рельсов может быть проведена а с проатноо, та и с отдельноо нарева. При первом виде термообработи проатанный рельс охлаждают до омнатной температры. Затем олов рельса снова наревают, например, индционным способом и соренно охлаждают.

При таом процессе в олове рельса формирется мелодисперсный ас тенит. Чтобы полчить тоню стртр перлита, необходимо быстрое ох лаждение. Все процессы поверхностноо прочнения рельса требют правляемоо нарева и быстроо охлаждения.

Дрой метод термообработи позволяет полчить объемнозааленный рельс [3.30]. Полноразмерные рельсы наревают в печи, зааливают в масле и затем повторно наревают и отпсают. При таой технолоии да o 3-15 x ется полчить мелодисперсню перлитню стртр по всем сечению рельса.

Термообработа в процессе производства позволяет использовать теп ло орячеатаноо рельса таим образом, чтобы все ео сечение подвера лось термообработе в словиях достаточно равномерноо распределения температры и размера зерен астенита.

Оба метода имеют свои преимщества. Например, при заале с отдель ноо нарева можно избежать ролиовой прави [3.31].

Миростртра и ее изменение по сечению рельса определяют меха ничесие и триболоичесие свойства рельсовой стали.

Производители выпсают рельсы из стали разных типов. Например, железные дорои Северной Америи мот приобретать рельсы стандарт ные, повышенноо и высшео ачества. Стандартные рельсы изотавлива ются из низолеированной леродистой стали и нетермообработаны.

Первосортные рельсы изотовлены из леродистой стали, но полностью термообработаны. Рельсы высшео ачества поставляются миролеиро ванными и с термопрочнением олови [3.24]. Рельсы российсоо про изводства изотавливаются по трем атеориям в соответствии с осдар ственным стандартом [3.22].

Тип рельса выбирается по ритерию эффетивности ео работы в онретных словиях эсплатации. Страны IHHA приобретают рельсы тех типов, оторые считаются наиболее подходящими для словий, имеющихся на данной железной дорое, и позволяют оптимизировать эсплатационные и ремонтные затраты и обеспечивать лчшие эоно мичесие поазатели.

Улчшение стртры и повышение чистоты рельсовой стали. Продолжа ются работы по лчшению ачества рельсовой стали перлитноо ласса за счет лчшения перлитной стртры и повышения ее чистоты. Износо стойость стали можно повысить птем меньшения межпластинчатых расстояний пластин феррита и цементита в перлитной стртре. Кроме тоо, ведтся работы по величению содержания цементита, оторый спо собствет величению износостойости перлитной стртры. Это дости ается применением заэвтетоидных сталей. Например, сталь, содержащая 0,85 % лерода и миролеированная 0,05 % ванадия, имеет поверхност ню твердость 375 НВ, а сталь, содержащая 0,9 % лерода и леированная 0,25 % хрома, — твердость 395 НВ [3.33].

Дрой металлричесий метод полчения мелодисперсной стрт ры — миролеирование нитридообразющими элементами, таими, а ванадий [3.34].

Бейнитные стали. Бейнитные стали были созданы с целью величить сопротивляемость рельсов повреждениям в словиях высоосоростноо и тяжеловесноо движения [3.28, 3.30, 3.31, 3.32]. Таие стали содержат 0,20 – 0,43 % лерода. Лабораторные эсперименты поазали, что бейнит ные стали имеют более высоие прочность на растяжение и относительное длинение, чем первосортные рельсовые стали перлитноо ласса. Напри o 3-16 x мер, бейнитная сталь с содержанием лерода 0,35 % имеет временное со противление разрыв 1420 МПа и относительное длинение 15 % [3.34].

Сообщается, что таие стали обладают лчшей сопротивляемостью он татно-сталостным повреждениям и имеют износостойость, оторая по мере совершенствования технолоии становится сопоставимой с износо стойостью первосортной перлитной стали [3.32, 3.34]. Однао работоспо собность бейнитных сталей в реальных словиях тяжеловесноо движения еще не определена.

Чистота. Чистота рельсовой стали оценивается по оличеств и распре делению мяих и твердых неметалличесих влючений. Твердые влюче ния или строчи влючений, таих, а алюмосилиаты (Al2O3-SiO2), явля ются источниами зарождения подповерхностной онтатной сталости.

Строчи влючений ответственны таже за образование оризонтальноо расслоения олови рельса (см. п. 3.5.3) и развитие онтатно-сталостных раовин, ведщих возниновению поперечных трещин в рельсе. Для о личественной оцени влада строче влючений в образование раовин на поверхности предложен поазатель онтатно-сталостноо вырашива ния [3.37].

Стандарты и техничесие словия на производство рельсов ораничива ют содержание неметалличесих влючений тем, что ооваривают маси мальный размер их соплений в миллиметрах или с помощью поазателя влючений [3.22].

Повышение чистоты стали может быть достинто применением техно лоии непрерывной разливи, вамированием и отазом от использова ния алюминия а расислителя.

Содержание азов (ислорода, водорода и азота) является очень сще ственным фатором, влияющим на образование дефетов в рельсах. Повы шенная онцентрация азов приводит снижению сопротивляемости он татно-сталостным повреждениям и хрпом разршению рельса. Водо род, в частности, способствет образованию флоенов и, таим образом, вызывает излом рельса. Высооачественные рельсы должны содержать не более 0,002 % ислорода (по массе).

Изотовители рельсовой стали деляют большое внимание технолоии производства, позволяющей полчить более чистый металл. Одним из методов полчения более чистой стали является элетрошлаовый пере плав [3.27].

3.3.3. Механичес)ие*свойства*рельсов Механичесие свойства рельсов оценивают по предел течести, вре менном сопротивлению разрыв, сталостной прочности, твердости и вязости разршения. Предел течести харатеризет способность мате риала сопротивлению пластичесом течению и механичесом проч нению. Временное сопротивление разрыв и сталостная прочность, опре деляемые в процессе лабораторных или натрных сталостных испытаний, o 3-17 x Та б л и ц а 3. Механичесие свойства первосортных рельсов Страны Поазатель США, Канада, ЮАР Китай Россия (ГОСТ Швеция Бразилия Р 51685) Предел течести, 758 640 805 800 МПа, не менее Временное сопроти- 1172 1080 1175 1180 вление растяжению, MПа, не менее Относительное 10 9 10 8 длинение, %, не менее Твердость на по- 340 – 390 340 340 – 390 341 – 401 320 – верхности, НВ являются поазателями сопротивления рельсовоо материала сталостным разршениям [3.35, 3.36].

В табл. 3.3 представлены механичесие свойства стали первосортных рельсов, применяемых на железных дороах стран IHHA. Эти рельсы име ют предел течести поряда 640 – 805 МПа, временное сопротивление разрыв 1080 – 1180 МПа.

Стандартные (нетермообработанные) рельсы из леродистой стали име ют более низие механичесие свойства: предел течести ооло 480 МПа, временное сопротивление разрыв ооло 960 МПа.

Твердость. Твердость — очень важная харатеристиа механичесих свойств стали, в значительной мере определяющая работоспособность рельсов. Твердость на поверхности олови и ее распределение по лбине рельса определяют износостойость материала, сопротивляемость он татно-сталостным повреждениям и пластичесом течению. Выпсае мые рельсы разных типов имеют широий диапазон твердости. Рельсы для железных доро Северной Америи должны иметь минимальню твердость на поверхности атания 300 НВ, высоопрочные термообработанные рельсы — в пределах 330 – 390 НВ. В российсих стандартах ооворена твердость на лбине 10 – 22 мм от поверхности атания, например, для рельсов атеории Т1 — не менее 321 НВ на лбине 22 мм. Это требование должно выполняться для обеспечения необходимоо ровня износостой ости, ода олова рельса изношена. Твердость важна и а поазатель ровня сопротивляемости материала зарождению трещин онтатно-ста лостноо происхождения. Имеется таже требование, чтобы разброс зна чений твердости на поверхности атания по длине одноо рельса не пре вышал 30 НВ.

Наиболее распространенный метод повышения твердости состоит в величении содержания арбидов и измельчении перлитной стртры, o 3-18 x что достиается миролеированием и соренным охлаждением при тер мообработе.

Использя перлитные стали, можно полчить твердость ооло 400 НВ, бейнитные стали мот обеспечить твердость 500 – 550 НВ. Исследования и испытания поазывают, что бейнитные стали имеют высою сопроти вляемость различным видам повреждений, но вместе с тем (на настоящее время) недостаточню износостойость. Изотовители рельсов продолжа ют работать над величением износостойости этих сталей [3.34].

В эсплатации после оромноо числа взаимодействий олеса и рельса их поверхностная твердость величивается по сравнению с исходной. Хотя процессом эсплатационноо прочнения правлять трдно, это явление необходимо читывать при определении оптимальной технолоии шлифо вания рельсов и обточи олес (см. п. 3.5.1).

Вязость разршения. Это свойство харатеризет способность стали сопротивляться хрпом разршению от онтатно-сталостных трещин и дрих сталостных дефетов. Особенно важно иметь хорошие поаза тели вязости разршения при возниновении и развитии поперечных трещин.

Вязость разршения для рельсовых сталей может быть оценена поа зателем дарной вязости. В соответствии с Российсим стандартом ГОСТ Р 51685 — 2000 дарная вязость сталей атеории Т1 должна быть не менее 25 Дж/см2 при температре +20 °C.

Миролеирование стали ванадием вместе с правляемым расислени ем силиоальцием величивает низотемператрню дарню вязость [3.39], что важно для работы в словиях отрицательных температр. Увели чение содержания азота в стали до 0,0015 % таже величивает дарню вязость при низих температрах [3.40]. Увеличение содержания фосфора оазывает отрицательное воздействие на вязость разршения.

Следет отметить, что зарождение и развитие трещин исследется с по мощью методов механии разршения и соответствющих испытаний.

Остаточные напряжения. Остаточные напряжения в рельсе являются следствием:

! процесса изотовления рельсов;

! онтатных напряжений, возниающих под воздействием проходящих олес;

! свари рельсов.

Остаточные напряжения в процессе изотовления возниают вследствие различия во времени фазовых превращений в олове, шейе и подошве рельса при охлаждении. Холодная права рельса в ролиоправочной маши не сщественно величивает остаточные напряжения. При большой вели чине прави рельс впоследствии может сломаться [3.41]. Сществет несольо способов оцени остаточных напряжений: с помощью тензодат чиов, разрезой или высверливанием отверстия (это методы разршающе о онтроля). Использются таже методы неразршающео онтроля, та ие, а метод нейтронной дифрации, астичесий, рентеновсий и ряд o 3-19 x дрих. Простейшим методом является измерение смещения ромо паза, прорезаемоо в шейе рельса. В зависимости от способа прави рельса остаточные напряжения мот достиать 100 – 300 МПа. С использованием поазателей интенсивности напряжений и допстимоо оэффициента ин тенсивности напряжений разработаны ритерии повреждаемости рельсов из-за остаточных напряжений [3.41].

В полностью зааленных и выправленных термообработанных рель сах в олове и подошве имеют место растяивающие напряжения, в шейе — сжимающие. Упрочнение олови рельса обычно ведет воз ниновению в ней сжимающих остаточных напряжений. Разработана технолоия изотовления рельсов, оторая обеспечивает оптимальное распределение остаточных напряжений. Этот метод, состоящий в прав ляемом повторном нареве и двстороннем охлаждении, позволяет ота заться от прави на ролио-правильных машинах [3.31].

Механичесое прочнение рельса проходящими олесами создает сжи мающие напряжения в олове рельса. Эти напряжения влияют на со рость и лбин распространения онтатно-сталостных трещин в по верхностном слое.

Свара рельсов приводит возниновению сложно распределенных по величине и направлению остаточных напряжений. Во мноих слчаях эти напряжения являются причиной разршения рельса. Применение более совершенной технолоии свари вместе с последющей термообработой сщественно снижает ровень остаточных сварочных напряжений.

3.3.4. Механичес)ие*свойства*)олес Для железных доро Северной Америи единственным поазателем ме ханичесих свойств материала олес является твердость. Для олес ласса С твердость находится в пределах 321 – 363 НВ. Соласно Российсом стандарт (ГОСТ 10791-89) временное сопротивление разрыв материала олес рзовых ваонов мари 2 должно быть не менее 911 – 1107 МПа, от носительное длинение — не менее 8 %, поверхностная твердость — не ме нее 290 НВ, твердость на лбине 30 мм — не менее 255 НВ.

В настоящее время для ливидации сщественной разницы в твердости олес рзовых ваонов и рельсов принимаются меры по:

! совершенствованию технолоии термообработи обода цельноатаных олес;

! величению содержания лерода в олесной стали до ровня рельсо вой стали и, следовательно, повышению ее твердости до 320 – 400 НВ;

! внедрению технолоий поверхностноо прочнения олес (плазменной, лазерной, наплави) [3.42].

Остаточные напряжения. Остаточные напряжения являются лавным параметром, определяющим слонность олес повреждениям. Непра вильный режим термообработи приводит хрпом разршению олес.

Для предотвращения развития термичесих трещин введен процесс заал o 3-20 x и обода олеса, в резльтате отороо по оржности обода образются блаоприятные сжимающие остаточные напряжения. Однао перерев о лес при резом торможении может наршить харатер этих напряжений.

3.3.5. Общие&принципы&выбора&материалов&2олес и&рельсов Свойства материалов олес и рельсов оазывают сщественное влияние на их износостойость, сопротивление онтатно-сталостным и ста лостным повреждениям, пластичесом течению материала. Улчшение свойств олесных и рельсовых сталей может сщественно повысить ро вень допстимых онтатных напряжений.

Отдельные харатеристии стали находятся в противоречии др с др ом. Например, твердость и вязость разршения связаны обратной зави симостью. Поэтом требется системный подход для становления рите риев выбора материала.

3.3.5.1. Критерии&выбора Имеется набор харатеристи материала (та называемая онстртив ная прочность), оторыми он должен обладать для тоо, чтобы довлетво рять эсплатационным требованиям [3.43]. Эти харатеристии стана вливаются с помощью серии лабораторных испытаний:

! на онтатню сталость;

! на износостойость;

! на статичесю и циличесю сопротивляемость распространению трещин;

! статичесих, циличесих и дарных (для рельсов).

Материалы, выбранные по резльтатам лабораторных испытаний, должны быть затем проверены в процессе испытаний, воспроизводящих реальные словия работы, например, на ольцевом пти полиона со ренных испытаний в Центре транспортных технолоий (Пэбло, США) или на Эспериментальном ольце ВНИИЖТа (Россия). После таих ис пытаний материалы проверяются в эсплатационных словиях.

Реомендации по технолоии изотовления. Рельсы и олеса следющео пооления бдт изотавливаться с использованием более совершенных технолоий производства стали, прочнения и онтроля ачества.

Рельсы: дальнейшее повышение чистоты сталей перлитноо ласса с по мощью разных технолоий, влючая:

! непрерывный разлив рельсовой стали;

! миролеирование рельсовой стали;

! величение минимальной твердости рельсов до 300 НВ в прямых частах пти и 340 НВ в ривых;

! методы и средства измерения остаточных напряжений, внтренних де фетов, прямолинейности;

! вамирование, внепечная обработа жидой стали.

o 3-21 x Колеса: в отношении олес реомендются:

! применение технолоии заали с быстрым охлаждением обода для по лчения в нем сжимающих напряжений, ливидации термичесих по вреждений и вместе с тем величения твердости обода до ровня термо обработанных рельсов;

! применение миролеированной олесной стали;

! продолжение работ по использованию технолоий поверхностноо прочнения и наплави ребней.

Однао для оптимизации работы олеса и рельса а системы необхо димо читывать динамичесие параметры взаимодействия олеса и рельса, онтатню механи и способы правления трением.

3.4. Смаз%а&и&(правление&трением 3.4.1. Не%оторые&соображения&о&триболо7ичес%их фа%торах Трение ирает лавню роль в процессах взаимодействия олеса и рель са, особенно в процессах сцепления, торможения, изнашивания, вписыва ния в ривые, виза олес при движении в ривых, вползания олеса на рельс, ведщео сходам, виляния лоомотива и ваона, образования он татно-сталостных повреждений и ползнов.

Особю роль в обеспечении работоспособности олеса и рельса ирает слой третьео тела. Концепция третьео тела была введена в триболоию И. В. Краельсим и ео чениами [3.46] и в дальнейшем развита Годе и ео последователями [3.47]. Этот подход был плодотворно применен проблемам взаимодействия олеса и рельса для расчета распределения а сательных сил в зоне онтата [3.47, 3.13]. На состав и свойства третьео тела оазывает влияние наличие смази, песа, частиц износа, поверх ностная твердость, оржающие словия, объемные свойства материалов и прочненных слоев, возниших в резльтате взаимодействия олеса и рельса [3.48, 3.12].

Сществет пото материалов, образющих слой третьео тела. По стпления в этот слой влючают осиды железа, вознишие при оис лении частиц износа олеса и рельса, частицы ремния (лавным обра зом, от песа, подаваемоо с лоомотива), частицы износа тормозных олодо, леводороды (из применяемых для лбриации смазочных материалов, оторые попадают на поверхность атания) и дрие за рязнители. На выходе из этоо слоя имеют место частицы материалов, вытесняемые с площади онтата и даляемые вследствие износа или сметания с рельса, а таже теряемые через дрие механизмы [3.47]. По азано, что массообмен в третьем теле близо оррелирет с параметра ми сцепления олеса и рельса.

Большое влияние на трение и износ при взаимодействии олеса и рель са оазывают поверхностная температра и ее радиенты в направлениях, нормальных поверхностям трения [3.49]. Высоая температра и ее ра o 3-22 x диенты вызывают химичесие и стртрные превращения в слоях третье о тела и изменения их реолоичесих свойств, что приводит дополни тельным поверхностным напряжениям, изменениям оэффициента тре ния и интенсивности изнашивания.

3.4.2. Л"бри&ация*бо&овой*поверхности*4олов&и*рельса и*4ребней*&олес* Лбриация рельсов и ребней олес — не новая технолоия. Уже мноо лет назад паровозы оснащались ребнесмазывателями, в течение длитель ноо времени применяются птевые лбриаторы.

По мере величения осевых нарзо и массы поездов значение лбри ации возрастает, посоль повышение рзонапряженности железнодо рожных линий влечет сщественный рост темпов износа рельсов и олес.

Ка видно из рис. 3.2, износ олеса и рельса зависит от свойств третьео тела, в особенности оэффициента трения, онтатных напряжений, от носительных просальзываний онтатирющих тел, в свою очередь зави сящих от ла набеания, профилей олеса и рельса, харатеристи вписы вания тележе и эсплатационных словий. Все эти элементы образют сложню трибосистем. Разбалансирование этой системы, возниающее вследствие работы без естественной или иссственной лбриации, при водит высоим нормальным и асательным напряжениям на олове рельса и ребне олеса, а таже относительным просальзываниям, вы зывающим режим атастрофичесоо изнашивания. Очень трдно, если вообще возможно, вернть систем в словия нормальноо фнциониро вания, т. е. в словия работы при нормальном режиме изнашивания, без применения лбриации. Например, Российсим железным дороам по требовалось 4 ода, чтобы внедрить лбриацию и таим образом снизить изнашивание ребней олес лоомотивов, рзовых ваонов и олово рельсов до ровня, при отором система мола работать эффетивно [3.50]. Это стало возможным блаодаря разработе и внедрению стрт рированной прораммы лбриации. При внедрении этой технолоии по требовалась выработа ритериев эффетивности лбриации, влючаю щих оличественню оцен поазателей соращения расхода топлива или элетроэнерии, меньшения боовоо износа олово рельсов и ребней олес лоомотивов и ваонов, а таже снижения замены олес ва онов по износ.

Выоды от введения лбриации влючают [3.56]:

! снижение износа боовой поверхности олови рельсов и ребней о лес, что приводит меньшению интенсивности замены олес и рель сов;

! соращение расхода топлива или элетроэнерии, обсловленное лч шением взаимодействия олеса и рельса;

! меньшение выделения шма, связанноо с взаимодействием олеса и рельса.

o 3-23 x Оптимальной считается таая система лбриации, оторая обеспечи вает меньшение расхода энерии, изнашивания и сменяемости олес и рельсов без создания отрицательных эффетов воздействия на тяовые ха ратеристии поезда и движение эипажей в ривых [3.51].

Типы лбриаторов. Сществют три типа стройств для лбриации рельсов и олес.

П е р е д в и ж н ы е л б р и а т о р ы. Лбриаторы этоо типа наносят смазочный материал на вырж олови рельса. Применяются пере движные лбриаторы, становленные на транспортных средствах мноих видов: от эипажей на омбинированном автомобильно-рельсовом ход до специальных автомотрис.

Л о о м о т и в н ы е р е б н е с м а з ы в а т е л и. Лоомотивные ребнесма зыватели наносят онсистентню смаз или твердый смазочный материал на ребень олеса. Этот материал через онтат переносится в область вы ржи олови рельса. Смазочный материал подается на одно или два о леса, подача смазочноо материала определяется по числ оборотов оле са. Пластичный смазочный материал подается ребню олеса через сопла. Предсмотрена система автоматизированноо онтроля, обеспечи вающая подач материала точно в нжное место. Для подачи твердоо сма зочноо материала ребням олес применяются разные системы, напри мер в виде заполненных смазочным материалом трбо, из оторых мате риал подается ребню олеса под давлением с помощью специальноо стройства.

Н а п о л ь н ы е л б р и а т о р ы. Имеются три вида напольных лб риаторов: с механичесим, идравличесим или элетричесим приводом.

В этих лбриаторах использются пластичные смазочные материалы раз ных типов. Напольные лбриаторы станавливаются на лавных птях в ривых и в орловинах станций. На эффетивность их применения оазы вают влияние положение лбриатора в ривой, вязость смазочноо мате риала при различных, в том числе отрицательных, температрах и орани зация техничесоо обслживания. Хорошим пратичесим способом определения оптимальноо местоположения лбриатора, оторое зача стю в большей степени зависит от харатера и сорости движения поез дов, чем от радиса ривых, является использование трибометров (см. ни же). Посоль оржающая температра в северных странах сщественно изменяется в течение ода, можно использовать зимние и летние виды смазочноо материала. При этом в аждый сезон следет использовать смазочный материал соответствющео вида.

Очень важно обеспечить хорошее обслживание птевых лбриато ров. Наиболее часто встречаются следющие их неисправности: непра вильная станова, подтеание или обрывы шланов подачи смазочноо материала, выход из строя или плохая работа привода и насоса. Следет таже обеспечить стандартизацию смазочных материалов в пределах сма зываемоо района и обеспечить возможность достпа лбриаторам, особенно в зимнее время.

o 3-24 x Типы смазочных материалов для лбриации. Сществют требования смазочным материалам, станавливаемые в зависимости от лиматичесих и иных словий оржающей среды. Эти требования должны влючать не обходимость обеспечивать смазывание до заданноо ровня онтатных давлений и при повышенной и пониженной влажности [3.50,3.52]. Сма зочные материалы должны не смываться дождем и выдерживать оржаю щю температр от –40 до +70 °C. Кроме тоо, материал должен выдержи вать температр, возниающю при взаимодействии олеса и рельса и во время торможения. Песо, применяемый для величения сцепления оле са с рельсом, не должен прилипать материал после нанесения на по верхность. Материал таже не должен воспламеняться, быть опасным или оазывать вредное действие на оржающих. Все смазочные материалы, предназначенные для лбриации в системе олесо — рельс, должны быть сертифицированы в соответствии с правилами данной страны.

Оцена эффетивности лбриации. Для передвижных рельсосмазывате лей ежемесячно определяются три поазателя: средняя протяженность ре лярно смазываемых частов пти, расход смазочноо материала на и лометр смазываемоо пти, число проходов рельсосмазывателя [3.50]. Ве личины этих поазателей зависят от харатеристи онретноо часта пти, объема движения, типа смазочноо материала и онстрции стройства для ео нанесения. Измеренные значения поазателей сравни ваются с расчетными для данноо часта пти, типа рельсосмазывателя и применяемоо смазочноо материала.

Эффетивным средством исследования, настройи и онтроля работы лбриаторов являются трибометры (см. п. 3.4.2.1). Однао в эсплатации из-за больших затрат трда и времени невозможно применять трибометры ежедневно. На ряде железных доро разработан метод оцени эффетив ности лбриации на основе визальноо онтроля состояния поверхно стей рельсов с применением специальной эспертной таблицы (табл. 3.4).

После использования трибометра в течение неотороо времени можно с Т а б л и ц а 3. Эспертная таблица эффетивности лбриации [3.45, 3.53] Наблюдаемое состояние боовой поверхности олови рельса Оцена оэффициента трения Грбая, со следами вырывов от схватывания Ооло 0, Грбая, изборожденная 0,45 – 0, Гладая, блестящая, несмазанная 0,35 – 0, Гладая, со следами смазочноо материала на 10 – 40 % поверхности 0,30 – 0, Гладая, на 40 – 60 % порытая смазочным материалом 0,25 – 0, Гладая, на 60 – 90 % порытая смазочным материалом 0,20 – 0, На 100 % порытая тоним слоем смазочноо материала 0,15 – 0, На 100 % порытая толстым слоем смазочноо материала темноо Менее 0, цвета o 3-25 x Та б л и ц а 3. Предельно допстимые поазатели интенсивности изнашивания боовой поверхности олово рельсов и ребней олес [3.50] Поазатель Интенсивность изнашивания в зависимости от радиса ривых R и степени ривизны пти Не более 0,66 при R 300 м;

Интенсивность изнашивания боовой не более 0,05 при R = 301 500 м;

поверхности олови рельса, мм/1 млн. т не более 0,04 при R = 501 1000 м;

не более 0,025 при R 1000 м Не более 0,40 при R 650 м;

Интенсивность изнашивания ребней доля ривых 10 15 %;

олес лоомотивов, мм/104 м пробеа не более 0,50 для орных районов достаточной точностью делать оцен оэффициента трения по резльта там визальноо осмотра.

Дрим важным поазателем эффетивности лбриации является рас ход топлива или элетричесой энерии лоомотивами на тя поездов.

Сществют методы оцени эономии энерии на онретных частах, де введена лбриация [3.54]. В реальных словиях эсплатации эоно мия энерии на частах с большим оличеством ривых находится в пре делах 6 – 12 %. Энерия эономится блаодаря снижению сил трения в онтате ребня олеса и боовой поверхности олови рельса, меньше нию составляющих относительноо просальзывания и лчшению дина мичесих харатеристи тележи, приводящих снижению сопротивле ния при вписывании в ривые.

Главным ритерием эффетивности лбриации является интенсив ность изнашивания рельсов и олес. Например, на Российсих железных дороах разработаны предельно допстимые нормы интенсивности изна шивания ребней олес лоомотивов в мм на 104 м пробеа лоомотива и боовых поверхностей олово рельсов в мм на 1 млн. т бртто пропщен ной поездной нарзи в зависимости от ривизны пти (табл. 3.5).

Сществют таже ритерии эономичесой эффетивности, отражаю щие соращение эсплатационных расходов блаодаря применению лб риации. Считается, что применение лбриации является эономичеси эффетивным, если соращение эсплатационных расходов, связанных с износом в онтате олесо — рельс, не менее чем в 3 раза превышает за траты на лбриацию.

3.4.2.1. Измерение()оэффициента(трения Рчной трибометр [3.55]. Для оцени эффетивности лбриации в эс платации Ассоциацией америансих железных доро был разработан специальный трибометр. С ео помощью можно измерять оэффициент трения на вырже, боовой поверхности и поверхности атания олови рельса. Силы трения на онтатной площаде измерительноо олеса определяются по метод, близом использемом в системе торможе o 3-26 x ния современных автомобилей. Трибометр имеет автоматизированню систем онтроля, оторая определяет момент насыщения по ривой про дольноо рипа. Встроенный в измерительню олов миропроцессор определяет момент достижения масимальной таненциальной силы (ма симальной силы рипа).

Соростной трибометр. Соростной трибометр — новая разработа же лезных доро Северной Америи. В отличие от рчноо трибометра со ростной воспроизводит поперечное просальзывание и измеряет момент насыщения по ривой поперечноо рипа. Соростные трибометры по зволяют измерять оэффициент трения на частах пти большой протя женности при движении со соростью до 50 м/ч. Информацию по вели чинам оэффициента трения на поверхности атания и боовой поверх ности олови рельса, измеряемоо одновременно, заносят в баз данных.

Эти данные использются а для определения местоположения наполь ных лбриаторов, та и для настройи всей системы лбриации.

3.4.2.2. Проблемы)л*бри,ации 1. Излишняя лбриация может дать дополнительное снижение расхо да топлива и энерии, но за счет величения онтатно-сталостных по вреждений и хдшения вписывания тележе в ривые, ведщео рост боовых сил (рис. 3.9).

2. Излишняя лбриация, мирация смазочноо материала на поверх ность атания рельса и олеса мот вызывать пробосов олес лоомо тива, что хдшает тяовые харатеристии и может вызвать ползны на олесах и прижои на рельсах.

3. Повышается значение человечесоо фатора: необходимо побороть желание машинистов вылючать лоомотивные ребнесмазыватели для предотвращения пробосови олес лоомотивов [3.53].

4. Имеют место зарязнения пти, особенно ооло напольных лбриа торов [3.56].

5. Большая разница в эффетивности лбриации наржноо и внт реннео рельсов может способствовать ватыванию олеса на рельс в ри Боковая сила в кривой, кН Сухой Наружный рельс Средний уровень, Сбаланси рельс смазан, внутрен внешний рельс рованная Рис. 3.9. Влияние ний сухой смазан лубрикация ачества лбриации на боовые силы, действю- Качество лубрикации щие в ривой радисом 160 м [3.51] Плохое Хорошее o 3-27 x вых в словиях, ода центральная опора тележи и внтренний рельс сма заны с неодинаовой эффетивностью [3.51, 3.57].

6. Кода поворотный момент трехэлементной тележи очень вели из за плохоо состояния центральной опоры, боовых сользнов и опор, смазывание наржноо рельса приводит величенном ороблению рамы тележи и тем самым возрастанию ла набеания [3.3].

7. Кода различие оэффициентов трения рельсов ривой превышает 0,1 – 0,15, хдшается способность тележи вписыванию и величивают ся боовые силы [3.51].

8. Корытообразный проат олес может сщественно меньшить поло жительные резльтаты лбриации.

9. Имеет место повышение степени подверженности выржи олови рельсов и поверхности атания олес онтатно-сталостным поврежде ниям.

3.4.2.3. Ре#омендации+по+л.бри#ации ! Для внедрения и поддержания работоспособности системы лбриации создать хорошо стртрированню прорамм правления этой систе мой.

! Разработать поазатели лбриации для онретных частов пти.

! Разработать нормы рациональноо смазывания боовой поверхности олови рельса и ребня олеса с четом радиса ривых и их числа.

! Обеспечивать минимальный ровень лбриации, при отором поверх ность зоны выржи олови рельса остается ладой. Ка тольо эта поверхность становится рбой, эффет от последющей лбриации бдет заметно меньшим.

! Избеать излишнео смазывания, особенно в начале ривых, подъемов и спсов.

! Выбирать подходящий смазочный материал с четом температрноо диапазона, имеющео место на данной железной дорое. Обеспечить нифиацию смазочных материалов, использемых в данном районе.

! Повысить ровень валифиации персонала, связанноо с лбриацией, для снижения степени ошибо из-за человечесоо фатора;

! При смазывании наржноо рельса в ривых обеспечивать поддержа ние центральной опоры, боовых сользнов и опор трехэлементных тележе в хорошем состоянии;

! Выбирать оптимальный режим смазывания, обеспечивающий эоно мию топлива, энерии и снижение износа олес, рельсов и в то же вре мя страняющий неативные эффеты лбриации. Эономичесие выоды от лбриации должны преобладать над ее потенциальными от рицательными эффетами;

! Технолоии лбриации и шлифования рельсов должны рассматривать ся совместно, для чео следет разработать общю для этих технолоий прорамм, базирющюся на системном подходе.

o 3-28 x 3.4.3. Управление*трением Применительно процессам в системе олесо — рельс можно выделить три ровня трения, харатериземые величиной оэффициента трения:

низий (0,2 и менее), средний (0,2 – 0,4) и высоий (0,4 и более) [3.58].

Задача правления трением состоит в поддержании оэффициента тре ния:

! межд ребнем олеса и боовой поверхностью олови рельса — на низом ровне трения;

! межд поверхностями атания олеса рзовых ваонов и рельса — на среднем ровне;

! межд поверхностями атания олеса лоомотива и рельса — на высо ом ровне трения.

Управление трением основано на онцепции, позволяющей посред ством подбора специальных материалов (модифиаторов трения) создать на соответствющих поверхностях в онтате олеса и рельса слои, обла дающие заданными харатеристиами трения.

3.4.3.1. Модифи1аторы*трения Модифиаторы трения — это материалы, оторые добавляются в об ласть онтата межд олесом и рельсом с целью создания третьео тела, обладающео желаемыми свойствами.

Модифиаторы трения мот быть разделены на три рппы [3.58]:

! модифиаторы, создающие низий оэффициент трения (0,2 и менее) и использемые для снижения трения межд ребнем олеса и боовой поверхностью олови рельса. Примером таих модифиаторов трения (LCF) являются твердые смазочные материалы. Их основное отличие от жидих смазочных материалов состоит в том, что они при тех же дав лении и просальзывании создают слои большей толщины, например 30 – 40 мм. При использовании пластичных смазо толщина смазоч ноо материала, находящеося при обычных для онтата олеса и рельса давлении и просальзывании, может составлять ооло 5 мм;

! модифиаторы, создающие средний оэффициент трения (от 0,2 до 0,4) и использемые для меньшения сопротивления движению рзовых ваонов, снижения развития оротоволновых неровностей, меньше ния виляния тележи и странения виза олес;

! модифиаторы, создающие очень высоий ровень трения (ативаторы трения) и использемые для величения сцепления лоомотивов в ре жиме тяи и повышения эффетивности торможения.

Все модифиаторы трения мот быть лассифицированы в соот ветствии со свойствами онтата реаировать на изменение таненциаль ноо (тяовоо) силия при изменении просальзывания (рипа) (рис. 3.10) [3.60]. Если таненциальное силие снижается после точи на сыщения, материал имеет харатеристии, снижающие трение. Если спо собность восприятию тяовоо силия величивается при величении просальзывания, материал имеет харатеристии, величивающие тяо o 3-29 x Рис. 3.10. Модель поведения различных Увеличивающееся трение модифиаторов трения Тангенциальное усилие Нейтральное трение Точка насыщения Падающее трение Чистое качение Проскальзывание (крип) вые возможности онтата. В зависимости от этоо таие модифиаторы трения подразделяются на создающие большое (HPF) или очень большое (VHPF) «позитивное» трение.

Модифиаторы трения HPF создают позитивные харатеристии тре ния в слое третьео тела межд олесом и рельсом. Это таие материалы, при добавлении оторых в слой третьео тела харатеристии пары трения изменяются от снижения трения по мере величения просальзывания до повышения это трения.

Модифиаторы, повышающие оэффициент трения, в зависимости от словий и систем нанесения мот поставляться в твердом или жидом ви де [3.60]. Твердые материалы в виде стержней добны для нанесения непо средственно на поверхность атания олеса, с оторой они переносятся на рельс. Связющее вещество подобрано та, что оно при высоой темпера тре в онтате олеса и рельса выорает, оставляя на поверхности ми ронной толщины слой схоо модифиатора трения, заполняющео впади ны шероховатостей металличесих поверхностей. В виде жидостей на водной основе модифиаторы трения наносятся непосредственно на рельс с помощью стройств, становленных или на транспортном средстве на омбинированном ход, или на поезде.

3.4.3.2. Нанесение'модифи,аторов'трения на'поверхность',атания'рельса'[3.51,'3.59] На поверхность атания рельса модифиаторы трения наносят для по лчения дополнительной ( лбриации) эономии энерии и лчшения вписывания тележе рзовых ваонов в ривые. С этой целью применя ются модифиаторы, позволяющие поддерживать оэффициент трения на ровне ооло 0,35. Эти модифиаторы наносятся на поверхность атания рельса сраз за лоомотивом. Их оличество и харатеристии подобраны таим образом, чтобы нанесенный материал онц поезда был изношен.

Тем самым предотвращается босование олес лоомотива следющео поезда. После прохода последнео ваона оэффициент трения может на ходиться в пределах от 0,25 до 0,45.

o 3-30 x Испытания системы, воспроизводящие реальные словия работы, по азали, что средняя эономия энерии составляет от 10 до 13 %. Силы в ривых в зависимости от радиса ривой и типа ваона снижаются на 5 – 45 %. Снижается таже и ровень шма. При использовании ваонов с са мостанавливающимися тележами дополнительноо лчшения в хара теристиах вписывания этих тележе не замечено.

Технолоия смазывания поверхности атания находится еще в стадии испытаний. Проведенные исследования поазали, что система нанесения модифиаторов требет постоянноо онтроля и налади. Кроме тоо, тре бются полномасштабные тормозные испытания для оцени работы тор мозов при использовании модифиаторов трения.

Если модифиаторы, предназначенные для поддержания оэффициен та трения на поверхности атания на ровне 0,2 – 0,4, не бдт разно ситься, они мот работать совместно со смазочными материалами, пред назначенными для снижения трения межд ребнем олеса и боовой по верхностью олови рельса.

3.4.3.3. А"тиваторы*трения*для*ло"омотивов Песо, широо использемый для величения сцепления олес лоомо тивов, — достпный и дешевый материал, но он создает множество сложных и дороостоящих в странении проблем, начиная с обслживания стройств подачи песа и вредноо ео абразивноо воздействия на олеса и рельсы и ончая расстройствами верхнео строения пти. Ативаторы трения, ото рые созданы с целью величения оэффициента трения до 0,4 – 0,6, пред назначены и для соращения потребности или отаза от использования пес а. Они необходимы для лоомотивов большой мощностью с высоим о эффициентом сцепления, применяемых в тяжеловесном движении. Ряд омпаний-изотовителей предлаает разные типы таих материалов, напри мер ативатор трения с термостойчивым полимерным стержнем, прижи маемым непосредственно поверхности атания олеса лоомотива.


Лоомотивные ативаторы трения еще находятся в стадии испытаний.

До их применения в словиях релярной эсплатации в тяжеловесном движении должны быть испытаны и определены:

! тормозные харатеристии поезда;

! сопротивление движению поезда;

! триболоичесие харатеристии ативаторов трения, в частности, пе риод задержи во времени межд нанесением ативатора на поверх ность атания и величением оэффициента трения;

! распорные силы, действющие на пть.

Кроме тоо, эффетивное применение ативаторов трения в эсплата ции требет создания омпьютеризированной системы правления трени ем, оторая определяла бы ровень трения и правляла нанесением моди фиатора трения таим образом, чтобы оэффициент трения все время оставался в заданном диапазоне значений.

o 3-31 x 3.4.3.4. Ре#омендации+по+параметрам+/правления трением+[3.51] Резльтаты испытаний и моделирования позволяют предложить сле дющие предварительные реомендации по правлению трением, наилч шим образом обеспечивающие работ системы олесо — рельс:

! поддерживать разниц в значениях оэффициента трения на поверх ности атания рельса не более чем 0,10 – 0,15;

! поддерживать ровень оэффициента трения на поверхности атания рельса на ровне выше 0,35;

! поддерживать ровень оэффициента трения на боовой поверхности олови рельса на ровне ниже 0,25 – 0,30;

! если наржный рельс смазывается, для меньшения слонности по вышению сил в ривых реомендется смазывать и внтренний рельс;

! нанесение модифиатора трения тольо на поверхность атания рельса может привести хдшению харатеристи вписывания тележе, если происходит мирация материала с поверхности.

Эти реомендации должны быть проверены в словиях реальноо тяже ловесноо движения и точнены.

3.4.3.5. Использование+модифи#аторов+трения для+/правления+образованием #орот#оволновых+неровностей+[3.60] Один из механизмов возниновения оротоволновых неровностей на поверхности рельса — олебания, вызванные явлением чередования сцепле ния и сольжения из-за снижающейся харатеристии сил трения при ве личении просальзывания после прохождения точи насыщения (см. таже п. 3.5.10). Применение модифиатора трения HPF, изменяющео поведение слоя межд олесом и рельсом с неативноо на позитивное (см. рис. 3.10), позволяет снизить вероятность образования неровностей этоо вида.

3.4.3.6. Использование+модифи#аторов+трения для+снижения+ш/ма Применение модифиаторов трения при взаимодействии олеса и рельса позволяет не допстить меньшения трения, ведщео вознино вению олебательных процессов и виза олес (см. таже п. 3.5.11).

3.4.3.7. Возможные+техноло?ии+систем+/правления трением Одна из возможных технолоий правления трением залючается в соз дании бортовой системы, оторая может подавать модифиаторы трения различных видов, влючая смазочные материалы, и наносить их на рельс в нжных местах для снижения износа, в том числе волнообразноо, виза олес. Система ативирется от передатчиов, становленных на пти.

o 3-32 x 3.5. Повреждения+рельсов+и+/олес,+их+механизмы и+причины Сществет множество видов дефетов рельсов и олес. Обычно сведе ния о повреждениях олес и рельсов проводятся в правилах и роводствах железных доро. Эти доменты содержат лассифиацию дефетов, их оды, описания, причины возниновения и инстрции по действиям, о торые следет предпринимать в соответствющих слчаях.

В данной ние описаны преимщественно те повреждения, оторые возниают в словиях тяжеловесноо движения. В приложении А даны лассифиация и одирование дефетов рельсов, принятые на железной дорое Canadian Pacific. Там же приведены соответствющие оды, приня тые на Российсих железных дороах. В приложении Б приведены дефе ты олес и их оды.

3.5.1. Износ Сществет две области изнашивания олес и рельсов. Первая область — поверхность атания рельса и обода олеса. Вторая область — боовая по верхность олови рельса и ребень олеса. Предельные величины износа олеса и рельса для аждой области даны в соответствющих правилах ре монта, действющих на железных дороах.

Виды изнашивания и предельные величины перехода от одноо вида дро м. Считается, что величина износа рельса и олеса пропорциональна энерии, диссипатированной в процессе преодоления сопротивления а чению с просальзыванием олеса по рельс. Изнашивание олеса и рель са определяется относительным просальзыванием и давлением на пло щадах онтата. В свою очередь относительное просальзывание и давле ние зависят от динамичесих параметров взаимодействия олеса и рельса (см. рис. 3.2). Износ в значительной мере определяется свойствами третье о тела, оторые зависят от наличия лбриации, оржающих словий (влажность, дождь, сне) и применения песа.

В резльтате лабораторных исследований в словиях ачения с про сальзыванием без смазывания становлены три основных типа изнашива ния: нормальный, интенсивный и атастрофичесий [3.37, 3.3]. Типы из нашивания харатеризются различной интенсивностью, состоянием по верхностей, формой и размерами частиц износа.

На рис. 3.11 приведена диарамма с ривыми p = const, разделяющими различные типы изнашивания с азанием областей нормальных и ненор мальных словий работы. Диарамма полчена при испытаниях ролиов из обычной леродистой стали, имеющей начальню твердость 300 НВ, в словиях ачения с поперечным просальзыванием [3.3]. Кривая p = является раницей межд нормальным и интенсивным типами изнашива ния, в то время а ривая p = 120 является раницей межд интенсивным и атастрофичесим типами изнашивания.

o 3-33 x Рис. 3.11. Диарамма типов изнашивания для пары о Область ненормальных Максимальное давление p, МПа лесная сталь — рельсовая условий сталь p= p= Область нормальных условий 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0, Относительное проскальзывание Рис. 3.12. Поверхность ребня олеса со следами схватывания при атастро фичесом типе изнашива ния Нормальный тип изнашивания харатеризется светлыми поверхностя ми пары трения и большими металличесими частицами длиной 1000 мм и толщиной 3 мм, образовавшимися в процессе изнашивания.

Интенсивный тип изнашивания харатеризется более рбой поверх ностью. Интенсивность изнашивания быстро величивается с величени ем параметра p. Частицы износа представляют собой светлые хлопья раз мером 500 мм и толщиной 15 – 30 мм. Средний размер изношенных час тиц величивается с ростом параметра p.

При атастрофичесом типе изнашивания обе поверхности трения ста новятся очень рбыми, и на них видны следы схватывания (рис. 3.12).

Большие частицы износа имеют размер 300 мм и толщин 50 мм. Мень шие частицы износа размером 10 мм имеют сферичесю форм.

Межд интенсивным и атастрофичесим обнаржен еще один тип из нашивания, названный тяжелым [3.45]. При этом типе изнашивания ма симальная и минимальная интенсивности изнашивания, полчаемые в ис пытаниях, мот различаться на порядо. Интенсивность изнашивания меньшается с ростом параметра p. Интенсивный и тяжелый типы изна o 3-34 x шивания мот проявляться при одинаовых значениях p и переходить один в дрой. Следет отметить, что, по-видимом, явление эсплатаци онноо прочнения поверхностей трения и режим тяжелоо типа изнаши вания тесно связаны др с дром.

Изнашивание поверхностей атания рельса и олеса [3.25, 3.62]. Поверх ности атания подвераются большим онтатным напряжениям (1300 – 1700 МПа в зависимости от осевой нарзи) при сравнительно небольших (менее 0,01 – 0,015) ровнях относительноо просальзывания (если нет сольжения олеса лоомотива или ваона, вознишео в резльтате мало о сцепления олеса с рельсом или чрезмерноо тяовоо или тормозноо силия). При этом значения параметра p находятся в пределах 13 – 25 и имеет место нормальный тип изнашивания, преимщественно оисли тельноо харатера. Частицы износа смешаны с различными видами за рязнений из оржающей среды и образют на поверхности атания слой третьео тела. Интенсивность изнашивания зависит от состава этоо слоя и частоты очищения поверхности от нео. Абразивные частицы песа, пода ваемоо с лоомотива при торможении или из дрих источниов, вели чивают интенсивность изнашивания в 2 – 3 раза.

Выплая поверхность атания рельса со временем, если она не шли фется, приводит проат поверхности атания олеса орытообразной формы (рис. 3.13). Таой вид олесо приобретает при большом пробее или высоой интенсивности изнашивания.

h Рис. 3.13. Профиль олеса с проатом орытообразной формы:

h — величина проата Образование на поверхности атания олеса проата [3.63]:

! величивает сопротивление движению поезда и расход топлива и энер ии;

! создает ложный ребень олеса, вызывающий поверхностные повреж дения рельса, рестовин и стрелочных переводов;

! повышает боовые силы, действющие на рельсы в ривых частах п ти, величивает повреждаемость пти и опасность схода поезда с рель сов;

! величивает асательные силия, действющие в сторон внешней ра ни внтреннео рельса, и число слчаев ео вырашивания.

Изнашивание боовой поверхности олови рельса [3.64] и ребня олеса.

Этот вид изнашивания имеет место, лавным образом, при вписывании те o 3-35 x Рис. 3.14. Отложение боль шоо оличества частиц изна шивания на пти в ривой малоо радиса в отстствие лбриации лежи в ривю. Он таже может иметь место в течение оротих проме жтов времени и при движении в прямой, особенно если ваоны подвер жены вилянию. При движении обычной трехэлементной тележи в ри вых малоо радиса в словиях схоо трения межд ребнем олеса и бо овой поверхностью олови рельса имеет место атастрофичесий тип изнашивания большой интенсивности с образованием значительноо чис ла частиц износа, остающихся на пти (рис. 3.14), и быстрым изменением профиля рельса (рис. 3.15).


Для нормальноо и интенсивноо типов изнашивания их интенсив ность I является линейной фнцией таненциальноо силия Т на пло Рис. 3.15. Поперечное сечение изношенной олови рельса [3.77] o 3-36 x щаде ерцевсоо онтата А и относительноо просальзывания в виде [3.37]:

I = T/A. (3.2) Недавние лабораторные исследования, воспроизводившие изнашива ние пары ребень олеса — боовая поверхность олови рельса, поазали [3.3, 3.45], что особенно для интенсивноо и атастрофичесоо типов изнашивания при отстствии смази и относительно стабильном оэф фициенте трения дельная объемная интенсивность изнашивания в без размерном виде выражается а:

I = kp2, (3.3) де p — онтатное давление в соответствющей точе площади онтата;

— относительное просальзывание, оторое может изменяться в преде лах от 0 до 1;

k — оэффициент, зависящий от свойств материалов олеса и рельса и оэффициента трения.

Посоль относительное просальзывание зависит от ла набеания олеса на рельс, оторый для стандартной трехэлементной тележи зави сит от радиса ривой, то чем меньше радис ривой, тем больше износ ребня олеса и боовой поверхности олови рельса.

В зависимости от тоо, имеет ли олесо и рельс новый или изношенный профиль, мот возниать различные онтатные давления и относитель ные просальзывания, оторые ведт различным типам и интенсивности изнашивания. При неблаоприятных сочетаниях онтатное давление мо жет достиать 3000 МПа, а относительное просальзывание 0,06 – 0,1. В этих словиях параметр p может доходить до 300 и бдт иметь место ата строфичесий тип изнашивания большой интенсивности (см. рис. 3.11) и пластичесая деформация.

Вообще же износ в области выржи олови рельса сопровождается значительной пластичесой деформацией. Пластичесая деформация воз ниает, ода масимальные онтатные давления достиают ритичесой величины, зависящей от свойств материалов, в частности от твердости, о торая меняется вследствие эсплатационноо прочнения. Пластичесая деформация зависит от таненциальных силий, определяемых в значи тельной мере оэффициентом трения. Та, если оэффициент трения ра вен 0,6, пластичесая деформация возниает на поверхности при значи тельно меньших онтатных напряжениях, чем ода оэффициент трения мал. Считается, что, если среднее онтатное напряжение превышает 1/ поверхностной твердости, измеряемой в МПа, изнашивание же происхо дит с большой долей пластичесой деформации, оторая быстро растет с величением онтатноо напряжения.

Фаторы, оазывающие влияние на изнашивание. Ка видно из схемы на рис. 3.2 и формл (3.2) и (3.3), интенсивность изнашивания определяется онтатным давлением, оторое зависит от вертиальных и боовых сил, профиля олеса и рельса и относительноо просальзывания, оторое, в свою очередь, зависит от осевой нарзи, динамии взаимодействия эи o 3-37 x пажа и пти и профилей олеса и рельса. Дрими важными фаторами яв ляются свойства третьео тела и харатеристии материалов. Свойствами материалов, оазывающих влияние на износостойость, являются твер дость, содержание лерода, миростртра, чистота материала, в част ности содержание серы.

Влияние осевой нарзи. Испытания на Эспериментальном ольце ВНИИЖТа поазали, что интенсивность изнашивания боовой поверх ности олови рельса и меньшение площади поперечноо сечения олов и величиваются с ростом осевой нарзи с 210 до 270 Н [3.66].

Испытания на ольце в Пэбло [3.67, 3.68] поазали, что величение осевой нарзи с 294 до 347 Н при тех же тележах приводит величе нию интенсивности изнашивания боовой поверхности олови наржно о рельса в ривой радисом 350 м в 0,8 – 1,3 раза при работе без смази и в 1,2 – 1,7 раза в словиях меренной лбриации. Вертиальный износ о лови наржноо рельса при таом же величении осевой нарзи возрос в 1,3 – 3,3 раза при работе без смази и в 1,4 – 1,9 раза в словиях мерен ной лбриации. Вертиальный износ внтреннео рельса при этом изме нился в 0,3 – 1,1 раза и в 0,9 – 1,1 раза соответственно для словий работы без смази и со смазой. Износ рельсов в прямых в значительной мере за висит от статичесой осевой нарзи.

Следет отметить, что интенсифиация изнашивания, связанная с рос том осевой нарзи, может и не быть эономичеси значимой в зависи мости от набора преобладающих фаторов, влючая таие, а система об слживания рельсов и олес, вид материала, харатеристии тележи, си стема лбриации.

Влияние зазора в олее. Зазор в олее (межд ребнями олес и олова ми рельсов, измеренный на заданном ровне) значительно величивает из нос ребня, ода значение зазора меньше неоторой величины, завися щей от особенностей словий работы данной железной дорои [3.71, 3.72].

Влияние твердости материалов олеса и рельса. Твердость остается наи более поазательным свойством, харатеризющим износостойость мате риала. Наиболее распространенные методы повышения твердости перлит ных сталей состоят в величении содержания лерода и измельчении ми ростртры стали.

Степень влияния твердости олеса и рельса сщественно зависит от ти па изнашивания. Лабораторные исследования при онтатном давлении и поперечном просальзывании, харатерных для словий работы ребня олеса и боовой поверхности олови рельса при трении без смази, по азали, что величение твердости с 30 до 50 HRC приводит снижению интенсивности изнашивания не более чем в 2 раза для нормальноо типа изнашивания. В словиях интенсивноо типа изнашивания то же величе ние твердости приводит снижению интенсивности изнашивания в несольо раз. При атастрофичесом и тяжелом типах изнашивания та ое же величение твердости может привести снижению интенсивности изнашивания на два поряда [3.3].

o 3-38 x Эсплатационные испытания [3.67] поазали, что при осевой нарзе 300 Н в ривой радисом 350 м в отстствие смази изменение начальной твердости рельса с 280 до 380 НВ снижает износ боовой поверхности о лови рельса и поверхности атания (вертиальный износ) в несольо раз. Резльтаты исследований влияния твердости рельса на износ приведе ны таже в [3.66, 3.70].

Влияние разности в твердости олеса и рельса. Резльтаты испытаний, воспроизводящих эсплатационные словия работы [3.67], подтвержден ные лабораторными исследованиями [3.3] в диапазоне отношений твер дости рельса твердости олеса (HR/Hw) от 0,7 до 1,6, поазали, что не с ществет оптимальноо отношения HR/Hw, обеспечивающео минималь ный сммарный износ олеса и рельса. Интенсивность изнашивания аж доо омпонента обратно пропорциональна ео твердости в соотношении n = 4 6, т. е.

I (HR/Hw )n. (3.4) Увеличение твердости рельса или олеса приводит снижению см марной интенсивности изнашивания пары трения. Лабораторные исследо вания, проведенные во мноих странах [3.73, 3.74], ясно поазали, что ве личение твердости одноо из омпонентов системы приводит снижению интенсивности изнашивания обоих омпонентов.

Влияние стртры материала:

! сщественное повышение износостойости сталей перлитноо ласса может быть достинто величением содержания лерода (до 0,9 %) [3.76]. Повышение износостойости объясняется величением способ ности механичесом прочнению вследствие измельчения миро стртры поверхностноо слоя;

! пластинчатая форма арбида в миростртре стали обеспечива ет бльшю износостойость, чем лоблярная;

! еще одним параметром, влияющим на износостойость, является содержание сльфидных влючений в стали, определяемое по со держанию серы, и форма этих влючений, зависящая от леирю щих элементов.

Эсплатационное прочнение. После мноочисленных цилов взаимо действия олеса и рельса, имеющих место в эсплатации, твердость по верхностных слоев возрастает по сравнению с исходной. Та, миротвер дость поверхности ребня олеса величивается до HV0,1 600 – 800, а тол щина прочненноо слоя составляет несольо десятых миллиметра, не превышая 0,5 мм. Твердость поверхности атания олеса величивается на HV0,1 150 – 170 по сравнению с исходной, а толщина прочненноо слоя достиает несольих миллиметров [3.42].

Эсплатационное прочнение обнаржено на поверхности атания а стандартных (непрочненных) рельсов, та и рельсов с термичеси прочненной оловой [3.75]. Упрочненный слой значительной толщины (примерно 4 – 8 мм) образется довольно быстро, а масимальное проч o 3-39 x 50 млн. т Область рабочего 420 упрочнения 200 млн. т 400 млн. т 380 800 млн. т 360 1000 млн. т Базовая твердость 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Глубина от поверхности контакта, мм Рис. 3.16. Распределение твердости по Виерс влбь от поверхности олови рельса в пря мом пти, иллюстрирющее интенсифиацию механичесоо прочнения по мере наработи поездной нарзи (при осевой нарзе 30 – 35 т) [3.75] нение, оторое образется поверхности атания, достиается после про пса большой поездной нарзи (рис. 3.16). Посоль эсплатацион ное прочнение зависит от степени деформации материала, стандартные рельсы больше подвержены таом прочнению, чем рельсы с термичеси прочненной оловой. Таим образом, при правильном содержании стан дартные рельсы мот достичь той же твердости ооло поверхности ата ния, что и рельсы с термопрочненной оловой. Однао это обстоятель ство не является свидетельством одинаовых сопротивляемости сталост ным повреждениям и износостойости, оторые выше термопрочнен ных рельсов.

Кода рельсы шлифются или олеса обтачиваются, самопрочненные слои даляются, и вновь начинается процесс приработи, при отором ин тенсивность изнашивания выше, чем ода поверхности были прочнены естественным образом.

Хотя механичесое прочнение имеет место в эсплатации вседа, очень трдно этим процессом правлять и использовать ео для снижения износа, посоль он нестойчив. Однао сществет ипотеза, оторая предполаает, что оптимальная твердость поверхности должна быть равна твердости, достиаемой при механичесом прочнении [3.42].

o 3-40 x 3.5.2. Ре#омендации+по+снижению+износа+рельсов и+#олес ! Металловедчесие Р е л ь с ы: применять изотовленные из леированной стали, объемно зааленные, с прочненной оловой или из миролеированной рель совой стали, имеющие твердость в диапазоне 340 – 388 НВ и мелодис персню перлитню стртр.

К о л е с а: применять изотовленные из стали с тем же содержанием лерода и леированием, что и рельсовые стали, а таже с термичеси прочненными ребнями (методами плазменноо прочнения, эле тродовой наплави).

! Лбриация: применять правильно нанесенню на боовю поверхность олови наржноо рельса смаз, что приводит сщественном сни жению изнашивания обоих омпонентов, особенно в ривых малоо радиса.

! Профили олеса и рельса: применять и поддерживать различные типы профилей олес и рельсов для линий с преобладанием ривых и для прямых частов пти. В ривых предпочтительны онформные про фили, снижающие онтатное давление и интенсивность изнашивания.

! Пть:

" станавливать оптимальные зазор в олее (межд ребнями олес и оловами рельсов) и допси на зазор в зависимости от словий ра боты на данном часте железной дорои;

" содержать пть в соответствии с нормами.

! Ходовая часть ваонов: снижать ол набеания олеса на рельс и, таим образом, относительное просальзывание посредством:

" применения самостанавливающихся (радиальных) тележе;

" содержания применяемых трехэлементных тележе и их элементов в соответствии с нормами;

" поддержания на нормальном ровне поворотноо момента тележи относительно ваона;

" разработи напольных систем дианостии и ритериев определе ния неисправностей ваона, вызывающих повышенный износ рель сов и олес.

3.5.2.1. Оптимальная+интенсивность+изнашивания рельса Сществет оптимальная интенсивность изнашивания рельса, при о торой возниновение онтатно-сталостных повреждений и изнашива ние находятся в равновесии. Оптимальная интенсивность изнашивания достиается в том слчае, если поверхностный слой материала изнашива ется достаточно быстро, чтобы небольшие онтатно-сталостные поверх ностные трещины не развивались в лбь рельса и их развитие не приводи ло разршению. Оптимальная интенсивность изнашивания зависит от o 3-41 x вида движения и ео интенсивности, осевой нарзи, материала рельса, ривизны пти, но в среднем составляет ооло 0,02 мм на 1 млн. т бртто пропщенной поездной нарзи [3.78, 3.79]. Для полчения оптимальной интенсивности изнашивания рельса необходимо разработать и внедрить технолоии правления трением и системы мониторина износа рельсов.

3.5.2.2. Предельные)износы)рельса Сществет два лавных подхода становлению предельных износов рельсов:

1. Степень меньшения поперечноо сечения рельса в процентах;

2. Величина износа боовой поверхности олови рельса, измеренноо на становленном ровне, и величина приведенноо износа, определяемо о а смма вертиальноо износа и половины боовоо износа олови рельса.

Мноие железные дорои применяют подход предельном износ, основанный на изменении напряжений. Внтренние напряжения в олов е рельса сильно зависят от высоты оставшеося в олове рельса материа ла. Критичесие словия возниают, ода высота олови рельса мень шается настольо, что зона влияния онтатных напряжений и изибаю щих напряжений в олове и шейе рельса совпадают.

Величины предельных значений износа рельса определяются в зависи мости от типа рельса, сталостной стойости материала, ритериев схода и словий работы данной железной дорои (см. п. 5.8.1.2).

3.5.3. Конта1тно-2сталостные)дефе1ты Рельсы. Железные дорои стран АТД использют несольо систем лассифиации дефетов рельсов. В приложении А приведена система лассифиации дефетов, применяемая железной дороой Canadian Pacific;

там же приведены оды дефетов, принятые на Российсих желез ных дороах.

Образование раовин с вырашиванием [3.19, 3.24, 3.77]. Вырашивание металла возниает на вырже боовой поверхности олови наржноо рельса в ривых частах пти железных доро, де эсплатирются вао ны с осевой нарзой более 200 Н (рис. 3.17). Трещина в виде раовины Рис. 3.17. Глбоие он татно-сталостные вырашивания на вы рже олови рельса [3.77] o 3-42 x Рис. 3.18. Поперечная трещина, воз нишая от вырашивания на вырж е олови рельса [3.77] эллиптичесой формы имеет харатерные ольца, распространяющиеся па раллельно поверхности рельса. Во мноих слчаях происходит вырашива ние металла из раовины, образовавшейся на вырже олови рельса.

При определенных словиях вырашивание может приводить поперечным трещинам: ода трещина достиает ритичесой величины (ооло 10 мм), ее задняя рома может распространиться в лбь рельса и привести ео излом (рис. 3.18). Этот вид вырашивания и связанные с ним поперечные трещины являются лавной проблемой онтатно-сталостноо харатера для тяжеловесноо движения.

Образование раовин относится дефетам, возниающим под поверх ностью. Дефет зарождается под действием высоих асательных напря жений от онтатноо взаимодействия, преимщественно в местах стро чечных осидных влючений в рельсовой стали. Главными металловедче сими фаторами, оазывающими влияние на образование вырашива ний, являются объем осидных влючений в процентах, длина строче и твердость по Бринеллю. Эти фаторы выражаются в виде поазателя вы рашивания [3.37]:

Поазатель вырашивания = (объем осидов длина строче)/НВ2. (3.5) Чем выше поазатель вырашивания, тем больше темп образования де фета. Посоль, а же отмечено выше, вырашивание азанноо ви да может приводить поперечным изломам, вознишим от твердых хрп их строче осидных влючений, слонность поперечным изломам б дет снижаться с повышением чистоты стали.

Механичесие фаторы, таие, а нормальные, продольные и аса тельные силия, и особенно остаточные напряжения, таже оазывают влияние на образование поперечных трещин в олове рельса.

Шлифование рельсов является наиболее распространенным методом, использемым для ливидации поверхностных дефетов, таих, а вы рашивание. Влияние шлифования на снижение поперечных дефетов ме o 3-43 x нее ясно. Испытания, проведенные на ольце центра в Пэбло, поазали, что шлифование, выполненное для обеспечения двхточечноо онтата на наржном рельсе, привело сщественном снижению образования вырашиваний, но от большей части оставшихся раовин образовались поперечные трещины. Однао большинство железных доро продолжают применять шлифование и для снижения образования поперечных трещин.

Обнаржение небольших поперечных трещин, образовавшихся от вы рашиваний, затрднено при дефетосопировании, та а оризонталь ная составляющая раовины вырашивания масирет вертиальню со ставляющю поперечной трещины.

Влияние осевой нарзи. Лабораторные исследования и испытания на Эспериментальном ольце, а таже применение механии разршения поазали, что величение осевой нарзи соряет образование первых трещин по онтатной сталости, меньшает лбин продольных трещин и ритичесий размер поперечных трещин, приводящих разршению рельса [3.66]. Например, величение осевой нарзи с 210 до 270 Н привело величению лбины онтатно-сталостноо дефета с 3 – до 6 – 9,5 мм при одинаовой продолжительности испытаний.

Установлено, что сорость образования поперечных трещин пропор циональна осевой нарзе во второй степени для новых рельсов и в степе ни 3,3 для изношенных рельсов [3.75]. Однао степень этоо влияния мо жет быть меньшена посредством применения соответствющих профилей олеса и рельса, изменяющих их онтатные харатеристии.

3.5.3.1. Ре#омендации+по+снижению выщербинообразования ! Использовать рельсы с термичеси прочненной оловой, изото вленные по технолоиям производства чистых сталей, свободных от строче неметалличесих влючений.

! Снижать и перераспределять нарзи на олов рельса посредством:

" применения онформных или близих онформным профилей рельса и олеса;

" шлифования олови рельса в ривых среднео радиса (примерно 900 м и более) по асимметричном профилю;

" шлифования выржи олови рельса.

! Поддерживать интенсивность изнашивания олови рельса близой оптимальной и достаточной для тоо, чтобы предотвратить развитие миротрещин.

! Снижать боовые силы, действющие от олес на рельс, с помощью применения самостанавливающихся тележе, обладающих лчшей способностью вписыванию в ривые.

o 3-44 x 3.5.4. На#лонные)параллельные)трещины)на)вы#р1ж#е 3олов#и)рельса)[3.19,)3.81] Множественные параллельные трещины возниают на вырже на ржноо рельса в ривых радисом 1000 – 1500 м в словиях, ода интен сивность боовоо износа рельса довольно низа (рис. 3.19). Этот вид де фета может вознинть и в ривых радисом менее 1000 м вблизи района выржи олови рельса. Подобные трещины, обычно направленные под лом направлению движения, мот быть и на наржной стороне внт реннео рельса.

Параллельные трещины на вырже олови рельса мот развет вляться по направлению поверхности рельса, приводя образованию вырашиваний (см. рис. 3.19). На линиях с тяжеловесным движением этот вид дефета может приводить излом рельса. Таие изломы возниают в словиях высоих термичесих и остаточных напряжений. Кроме тоо, сета параллельных трещин приводит развитию волнообразноо износа.

Параллельные трещины возниают на вырже поверхности рельса в резльтате больших однонаправленных пластичесих деформаций. Эти де формации образются вследствие постепенноо наопления пластичесих деформаций от аждоо цила наржения деформационно прочняемоо материала. Наопление большоо числа однонаправленных пластичесих деформаций наартовывает поверхностный слой до тех пор, поа пласти чесие свойства материала не бдт исчерпаны. Под поверхностью возни ают миротрещины, налоненные под небольшим лом поверхности (рис. 3.20).



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.