Методика измерения радиуса кривизны рабочего профиля рельса при эксплуатации железнодорожного транспорта в условиях открытых горных работ

Целью публикации является обоснование параметров и режимов работы железнодорожного транспорта горных предприятий с открытым способом добычи полезных ископаемых. Для анализа тяговых способностей железнодорожного транспорта используется метод, основанный на анализе энергетических процессов, происходящих в пятне контакта системы «колесо - рельс» при передаче вращающего момента. Одним из главных критериев этого энергетического анализа является значение коэффициента сцепления в пятне контакта системы «колесо - рельс», который в свою очередь зависит от многих эксплуатационных условий, в том числе от фактической площади поверхностей взаимодействующих объектов Разработана практическая методика косвенных измерений радиуса кривизны профиля рабочей поверхности изношенного в результате эксплуатации рельса для создания конформного контакта бандажа колеса локомотива с рельсом. Конформный контакт может обеспечить повышение коэффициента сцепления колеса с рельсом в пятне контакта и привести к снижению контактных напряжений вследствие увеличения фактической площади контакта взаимодействующих поверхностей. Измеренный радиус кривизны используется для восстановления изношенного профиля рельса методом рельсошлифования поверхности рельса. Установлено, что в связи с наличием случайных факторов, влияющих на ширину дорожки катания бандажа колеса локомотива с рельсом, следует исключить из полученных результатов случайные составляющие погрешностей измерений аргументов функции косвенных измерений. В результате теоретических исследований получена упрощенная формула определения дисперсии функции косвенных измерений. По данным измерений построены доверительные интервалы для оценки математического ожидания и среднеквадратического отклонения радиуса кривизны рельса, что имеет определенное практическое значение.

1. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей [текст] / Н.Б. Демкин – М.: Наука, 1970. – 227 с.

2. Лужнов Ю.М. Нанотрибология сцепления колес с рельсами. Реальность и возможности [текст] / Ю.М. Лужнов – М.: Интекст, 2009. – 176 с.

3. Gerasimova A. A., Radyuk A.G. The improvement of the surface quality of workpieces by coating // CIS Iron & Steel Review, 2014, pp. 33–35.

4. Keropyan A. M. Features of Interaction of the Traction Wheels of a Elektric Locomotive and a Diesel Locomotive with Rails in the Conditions of Open Mountain Works // Journal of Friction and Wear, 2016. Vol. 37, no. 1, pp.78-84 (англ).

5. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса / Пер. с англ. У. Дж. Харрис, С. М. Захаров, Дж. Ландгрен и др/ Интекст, 2002. 408 с.

6. Hertz, H. Uber die Beruhrung fester elasticher Korper (1882) J. F. Reine U. Angew. Math., pp. 156-171.

7. Lin, S.P., Takino, Y., Suda, Y., Hashimoto, M., Kageyama, M. A study on the friction characteristics of multiple wheels in wet conditions (2016) Civil-Comp Proceedings, 110.

8. Lin, S., Takino, Y., Suda, Y., Hashimoto, M., Nakano, D., Tanimoto, A., Kageyama, M. Study on dynamics of lightweight railway vehicle with different coefficients of friction in wet condition (2016) The Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks - Proceedings of the 24th Symposium of the International Association for Vehicle System Dynamics, IAVSD 2015, pp. 1499-1504.

9. Ohyama, T., Chen, H., Ishida, M.EHL between rail and wheel of railways (2004) Toraibarojisuto/Journal of Japanese Society of Tribologists, 49 (4), pp. 316-322.

10. Ertz, M., Knothe, K. A comparison of analytical and numerical methods for the calculation of temperatures in wheel/rail contact (2002) Wear, 253 (3-4), pp. 498-508.

11. Kaiser, I., Vinolas, J. Comparing the influences of structural flexibility, contact geometry, and contact friction on the running behaviour of a railway vehicle (2016) Civil-Comp Proceedings, 110.

12. Donzella, G., Sccpi, M., Solazzi, L., Trombini, F. The effect of block braking on the residual stress state of a solid railway wheel (1998) Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 212 (2), pp. 145-158.

13. Vakkalagadda, M.R.K., Vineesh, K.P., Mishra, A., Racherla, V. Locomotive wheel failure from gauge widening/condemning: Effect of wheel profile, brake block type, and braking conditions (2016) Engineering Failure Analysis, 59, pp. 1-16.

14. Bruni, S., Vinolas, J., Berg, M., Polach, O., Stichel, S. Modelling of suspension components in a rail vehicle dynamics context (2011) Vehicle System Dynamics, 49 (7), pp. 1021-1072.

15. Eickhoff, B.M., Evans, J.R., Minnis, A.J. A Review of Modelling Methods for Railway Vehicle Suspension Components (1995) Vehicle System Dynamics, 24 (6-7), pp. 469-496.

16. Sato, Y., Matsumoto, A., Knothe, K. Review on rail corrugation studies (2002) Wear, 253 (1- 2), pp. 130-139.

17. Matsumoto, A., Sato, Y., Nakata, M., Tanimoto, M., Qi, K. Wheel-rail contact mechanics at full scale on the test stand (1996) Wear, 191 (1-2), pp. 101-106.

18. Hiensch, M., Nielsen, J.C.O., Verheijen, E. Rail corrugation in the Netherlands - Measurements and simulations (2002) Wear, 253 (1-2), pp. 140-149.

19. Tumanishvili, G., Natriashvili, T., Goletiani, G., Zviadauri, V., Nadiradze, T. Improvement of working conditions of the freight locomotive running gear (2016) Transport Problems, 11 (3), pp. 103-109.

20. Nielsen, J.C.O., Lundén, R., Johansson, A., Vernersson, T. Train-track interaction and mechanisms of irregular wear on wheel and rail surfaces (2003) Vehicle System Dynamics, 40 (1-3), pp. 3-54.

21. . Писаренко Г. С. и др. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1988. 776 с.

22. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учеб. для техн. вузов / Под ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Центр «Наука и техника», 1995. 778 с.

23. Лужнов Ю.М. Сцепление колес с рельсами. Природа и закономерности. – М.: Интекст, 2003. – 144 с. 9. Демкин Н.Б., Измайлов В.В. Развитие учения о контактном взаимодействии деталей машин // Вестник машиностроения. – 2010. – № 10. – С. 28 – 32.

24. Kragelskiy I.V., Friction and Wear, Butterworths, London, 1965.

25. Bowden F.P., Tabor D. The friction and lubrication of solids. Oxford, 1954. p.195.

26. Jonson K.L. Contakt Mechaniks. Cambridge University Press. 1987. - 452 p.

27. Nouvion F. Elektrikal control devices for the improvement of adhesion. Paper 5. London, 1963.

28. Verbek H. The modern idea of the clutch and its use. // Railways of the world Journal. 1974. №4. - P. 23 - 53.

29. Керопян А.М. Развитие теории взаимодействия и обоснование рациональных параметров системы колесо-рельс карьерных локомотивов в режиме тяги: дисс. докт. техн. наук: 05.05.06: защищена 23.12.2015 / Керопян Амбарцум Мкртичевич.– Екатеринбург, 2015. – 233 с. – Библиогр.: С. 208–223.

30. Керопян А. М., Сизин П. Е., Кряжев Н. М., Басов Р. К. Условия взаимодействия колес карьерных локомотивов с рельсами и определение рациональных геометрических параметров их контактирующих поверхностей // Горная промышленность. 2012. С. 108-110.

31. Керопян А. М. Теоретические исследования условий обеспечения конформного контакта системы колесо – рельс карьерного железнодорожного транспорта // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2013. № 2. С. 11-16.

32. Keropyan A. M., Gorbatyuk S.M. Impact of Roughness of Interacting Surfaces of the Wheel- Rail Pair on the Coefficient of Friction in their Contact Area.// Procedia Engineering, Volume 150, 2016, Pages 406–410, 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE- 2016). (англ.)

33. Патент РФ на изобретение № 2566598 от 28.08.2014. Способ определения радиуса кривизны цилиндрических поверхностей бесконечной длины // А.М. Керопян, П.Я. Бибиков, П.М. Вержанский, Р.К. Басов. Бюл. № 30 от 27.10.2015.

34. Патент РФ на изобретение № 2568332 от 28.08.2014. Измерительный инструмент для контроля радиуса кривизны цилиндрических поверхностей бесконечной длины // А.М. Керопян, Д.Е. Капуткин, П.Я. Бибиков, Р.К. Басов, М.Ю. Завьялов. Бюл. №32 от 20.11.2015.

35. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. – Л.: Энергия, 1978. – 262 с.

36. Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика : учеб. пособие для студентов вузов / В.Е. Гмурман . – 12-е изд., перераб. – М.: Высшее образование, 2008. – 478 с.

37. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – 278 с.