Способ определения коэффициента сцепления колеса с рельсом

 

Изобретение относится к области исследования процессов трения и изнашивания, в частности к способам определения коэффициента колеса тяговой единицы с рельсом. Задачей является повышение эффективности и точности определения коэффициента сцепления колеса с рельсом путем учета многофакторного влияния климатических условий, а также моделирования реальных условий эксплуатации. Способ определения коэффициента сцепления колеса с рельсом состоит в том, что задают движение колесу относительно рельса, в момент трогания определяют величину силы тяги на ободе колеса, нагрузку и их отношение - коэффициент сцепления. Одновременно регистрируют параметры окружающей среды: температуру и относительную влажность, а также температуру поверхности головки рельса. Определяют величину степени увлажнения поверхности трения, соответствующую найденному значению коэффициента сцепления. Испытания проводят в климатической камере на физически подобной модели, что позволяет задавать степень увлажнения поверхности трения. По результатам испытаний формируют банк данных о зависимостях коэффициента сцепления от степени увлажнения поверхности трения для различных условий эксплуатации, получают информацию со спутника о параметрах окружающей среды: температуре и относительной влажности, а также температуре поверхности головки рельса для конкретных районов эксплуатации железных дорог, и путем увеличения информации из банка данных получают уточненное значение коэффициента сцепления для реальных объектов. 1 ил.

Изобретение относится к способам определения коэффициента сцепления колеса с рельсом.

Известен способ определения коэффициента сцепления колеса с рельсом, заключающийся в том, что задают движение колесу относительно рельса, в момент трогания определяют силу тяги на ободе колеса, нагрузку и их отношение - коэффициент сцепления /1/.

Недостатком известного способа является то, что не учитывается влияние климатических факторов на состояние поверхности трения.

Известен также способ определения коэффициента сцепления колеса с рельсом, заключающийся в том, что регистрируют температуру поверхности головки рельса, температуру и относительную влажность окружающей среды; по психрометрическим таблицам определяют степень увлажнения Р/Р_S поверхности трения, одновременно задают движение колесу относительно рельса, в момент трогания определяют величину силы тяги на ободе колеса, нагрузки и их отношение коэффициент сцепления, соответствующий данной степени увлажнения поверхности трения /2/.

Данный способ не позволяет ввиду невозможности в процессе испытаний управления климатическими факторами в широком диапазоне варьировать величину степени увлажнения Р/Р_S поверхности трения, что исключает возможность учета многофакторного влияния климатических условий на величину коэффициента сцепления. Кроме того, проведение испытаний на участках железнодорожного пути, находящегося в постоянной эксплуатации, предполагает выделение "окон" в графике движения поездов и снижает показатели безопасности движения.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и точности определения коэффициента сцепления колеса с рельсом путем учета многофакторного влияния климатических условий, а также моделирования реальных условий эксплуатации.

Для выполнения этой задачи в известном способе, заключающемся в том, что задают движение колесу относительно рельса, в момент трогания определяют величину силы тяги на ободе колеса, нагрузку на колесо, определяют температуру t_p поверхности головки рельса, температуру t и относительную влажность ρ окружающей среды, с учетом которых определяют степень увлажнения Р/Р_S рельса, определяют для этих параметров коэффициент j_o сцепления колеса с рельсом, согласно изобретению, испытания проводят в климатической камере на физически подобной модели, задают изменение степени увлажнения Р/Р_S и различные соотношения t_p, t и ρ, получают банк данных о зависимостях коэффициента сцепления j_o от степени увлажнения рельса и параметров окружающей среды: температуре окружающей среды t, температуре рельса t_p и относительной влажности окружающей среды для конкретных районов эксплуатации железных дорог, по которым определяют уточненное значение коэффициента сцепления Ψ_o для реальных объектов.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа определения коэффициента сцепления колеса с рельсом.

Схема реализации способа определения коэффициента сцепления колеса с рельсом содержит образец 1, представляющий собой физическую модель колеса, совершающий движение относительно контробразца 2, являющегося физической моделью рельса, блок измерения параметров окружающей среды 3, установленный для регистрации температуры и относительной влажности воздуха, датчик 4 поверхностной температуры головки рельса, датчик нагрузки 5, датчик силы тяги 6, климатическую камеру 7, блок обработки информации 8, спутник 9 и реальный рельс 10 железнодорожного пути.

Способ реализуется следующим образом. С применением метода физического подобия создают физическую модель колеса и рельса, испытания проводят в климатической камере, задают сочетания уровней температуры окружающей среды и относительной влажности, задают движение модели колеса относительно модели рельса, определяют температуру поверхности головки рельса, в момент трогания определяют величину силы тяги на ободе колеса, нагрузку на колесо и их отношения коэффициент сцепления, определяют степень увлажнения рельса Р/Р_S и получают банк данных о зависимости коэффициента сцепления от степени увлажнения поверхности трения Ψ_o= f(P/P_s) получают информацию о параметрах окружающей среды температуре окружающей среды t, температуре рельса t_p и относительной влажности окружающей среды ρ для конкретных районов эксплуатации железных дорог и получают уточненное значение коэффициента сцепления j_o для реальных объектов.

Конкретный пример осуществления заявляемого способа.

Заявляемый способ был реализован на физической модели рельса, выполненной в масштабе 1 5 из одинаковых с оригиналом материалов. Моделировались процессы "трения-сцепления" электровоза ВЛ8. Нагрузка на колесо при моделировании составила 255 Н. В процессе испытаний два параметра окружающей среды фиксировались, а третий варьировался таким образом, чтобы полученные по психрометрическим таблицам значения степени увлажнения Р/Р_S поверхности трения располагались относительно равномерно во всем диапазоне изменения данного параметра, заключенном в интервале от 0 до 1. Исследуемая зависимость Ψ_o= f(P/P_s) представляет собой существенно нелинейную функцию, которая в общем случае аппроксимируется полиномом 9-ой степени. Для наглядности воспользуемся опытными данными, отвечающими пологому участку кривой Ψ_o= f(P/P_s), в пределах которого не имеются локальные экстремумы исследуемой функции. Этому участку кривой соответствуют опытные данные, полученные в результате фиксации двух параметров окружающей среды: относительной влажности ρ 80% и температуры рельса t_p 22^oC, путем варьирования третьего параметра температуры окружающей среды t. Задавалась температура t 16,6^oC, по психрометрическим таблицам найдено значение Р/Р_S 0,648.

На физической модели этой степени увлажнения поверхности трения отвечает значение коэффициента сцепления j_o= 0,327. После определения значений Р/Р_S и Ψ_o эта пара опытных данных поступает в блок обработки информации, в котором формируется банк данных. Аналогично получаем при t 20,9^oC Р/Р_S 0,748, которому соответствует значение Ψ_o 0,335, а при t 23^o и Р/Р_S 0,85 значение Ψ_o 0,352. Со спутника поступила информация, что в рассматриваемом районе эксплуатации параметры окружающей среды принимают следующие значения: t 18,2^oC, ρ 62% t_p 15,4^oC. Находим по таблицам значение Р/Р_S 0,741, в соответствии с которым из банка данных извлекаются отвечающие рассматриваемому типу электровоза Вл8 опытные данные, аппроксимированные посредством известных математических методов. Для рассматриваемых трех пар опытных данных блоком обработки информации в соответствии с алгоритмом метода наименьших квадратов при среднеквадратичной погрешности аппроксимации ε = 1,08·10^-11 получена следующая зависимость: Ψ_o= 0,483-0,519(P/P_s)+0,429(P/P_s)². подстановка в которую значения Р/Р_S, определенного для сочетания параметров окружающей среды рассматриваемого района эксплуатации, позволяет определить уточненное значение коэффициента сцепления Ψ_o= 0,334 который может быть реализован при данной степени увлажнения поверхностей трения в пятне контакта колеса и рельса.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента сцепления колеса с рельсом, заключающийся в том, что задают движение колесу относительно рельса в момент трогания, определяют величину силы тяги на ободе колеса и нагрузку на колесо, регистрируют температуру t_р поверхности головки рельса, температуру t и относительную влажность ρ окружающей среды, с учетом которых определяют степень Р/Р_o увлажнения рельса и определяют для этих параметров коэффициент j_o сцепления колеса с рельсом, отличающийся тем, что испытания проводят на физически подобной модели в климатической камере, в которой задают изменение степени Р/Р_o увлажнения рельса и различные сочетания параметров t_р, t и ρ окружающей среды, определяют зависимости коэффициента j_o сцепления от степени увлажнения и параметров окружающей среды, по котором получают уточненное значение коэффициента сцепления для реальных объектов.

РИСУНКИ

Рисунок 1