Уточненные подходы к критериям оценки динамики в контакте «колесо–рельс»

Согласно Транспортной стратегии Российской Федерации запланированы беспрецедентные объемы перевозок по БАМу и Транссибу за счет повышения весовых норм составов, участковых скоростей движения, эффективности тяговых возможностей тепловозов. Подобные задачи уже ставились в 70-е годы прошлого столетия. Их решение осложнялось недостаточным опытом (по современным представлениям) создания и применения опорно-рамных и комбинированных тяговых приводов на грузовых тепловозах и отсутствием объективного представления об эксплуатационных условиях, в которых предстоит работать проектируемым тепловозам. В этой связи, проектирование колесно-моторных блоков (КМБ) тележечных экипажей тепловозов с опорно-осевым подвешиванием тяговых приводов выполнялось на основе обобщенных результатов эмпирических исследований динамики различных типов и серий локомотивов.

Целью работы является разработка модели математического анализа и алгоритма расчета категорий динамических сил и скорости взаимодействия колес грузового тепловоза в контактах с рельсами, на стадии проектирования тяговых приводов, для обеспечения высоких технико-экономических показателей их работы в условиях эксплуатации.

Многолетний мониторинг надежности работы тепловозов на Восточном участке БАМа определил системные отказы оборудования экипажной части, которыми подтверждается необъективность расчетных конструкторских решений тяговых приводов тепловозов современных серий ТЭ25А, 2ТЭ25КМ и 3ТЭ25К2М, созданных в XXI веке. Системные отказы оборудования КМБ современных серий (ТЭ25КМ) являются следствием непосредственного «механистического» заимствования неудачных конструкторских решений универсальных экипажей тепловозов (ТЭ10 и ТЭ116).

В исследовании предложено уточнение теоретических положений моделирования качественных критериев динамики в контактах колес с рельсами тяговых приводов тепловозов на стадии проектирования. Механизм взаимодействия «колесо – рельс» обоснован математической теорией движения круга – циклоидой. Алгоритм оценки сил в контактах колес с рельсами построен на теоремах классической теоретической механики несвободного движения колесной пары и законах динамики как неизменяемой голономной системы.

Получено уточнение характеристик кинематики (угловая скорость, угловое ускорение), реальных центров скоростей и ускорений колес, моментов инерции вращающихся неподрессоренных масс колесно-моторных блоков с опорно-осевым подвешиванием тяговых приводов. Новый подход позволяет количественно оценивать критерии динамики в контактах колес с рельсами на стадии проектирования, которые раньше не поддавались расчету.

1. Гапанович В. А., Попов Ю. И. О взаимодействии динамически нагруженной механической части электровозов и инфраструктуры // Локомотив. – 2021. – № 5 (774). – С. 2–5. EDN: UMAZYL.

2. Валинский О. С. Локомотивная тяга: настоящее и задачи на будущее // Локомотив. – 2017. – № 12 (732). – С. 2–6. EDN: ZVRVEV.

3. Вериго М. Ф., Коган А. Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. – М.: Транспорт, 1986. – 558 с.

4. Петров Н. П. Давление колес на рельсы железных дорог, прочность рельсов и устойчивость пути. – Петроград: Тип. Т-ва «Электро-тип. Н. Я. Стойковой», 1915. – 263 с.

5. Карянин В. И. Памятный знак ученому – новатору // Локомотив. – 2020. – № 6 (762). – С. 46–48. EDN: QPLZTR.

6. Королев К. П. Тележечные экипажи локомотивов для повышенных скоростей движения // Труды ВНИИЖТ. – 1962.– № 248. – 304 c.

7. Беляев А. И. Динамические свойства тяговых приводов тепловозов и возможности их улучшения / дисс… докт. техн. наук. – М.: МИИТ, 1978. – 394 с.

8. Гарг В. К., Дуккипати Р. В. Динамика подвижного состава. – М.: Транспорт. – 1988. – 391 с. ISBN 5-277-00226-X (рус.), ISBN 0-12-275950-8 (англ.).

9. Гура Г. С. Качение тел с трением. Фреттинг. – Сочи: ООО «Полиграфический центр Дория», 2009. – 295 с. ISBN 978-5-94945-020-8.

10. Новачук Я. А., Никитин Д. Н., Коблов Р. В., Тепляков А. Н. Новая парадигма кинематики «колесо-рельс» // Известия Транссиба. – 2014. – № 3 (19). – С. 24–31. EDN: SYLZDD.

11. Коблов Р. В., Егоров П. Е., Новачук Я. А. Новое прочтение механизма образования силы тяги локомотива // Мир транспорта. – 2016. – № 5 (66). – С. 6–18. DOI: https://doi.org/10.30932/1992-3252-2016-14-5-1.

12. Novachuk, Iа., Koblov, R., Teplyakov, А., Egorov, P. Innovative Method of Determination of Speed of Interaction of Wheels with Rails. 15th International Scientific Conference «Procedia Engineering». St. Petersburg, 2016, Vol. 165, pp. 1503–1511. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.11.886.

13. Митрохин А. Н. «Колесо-рельс»: Требуется более совершенная теория // Железнодорожный транспорт. – 1998. – № 7. – С. 41–44.

14. Новачук Я. А., Никитин Д. Н., Коблов Р. В. Кинематика взаимодействия «колесо-рельс» // Мир транспорта. – 2012. – № 4 (42). – С. 16–19. EDN: PFFKJP.

15. Жуковский Н. Е. Кинематика, статика, динамика точки. – М.: Оборонгиз, 1939. – 403 с.