Анализ кинематических и энергетических параметров сцепления колес электровоза с рельсами

Введение. Сцепление колес электровоза с рельсами определяют различные параметры (кинематические и энергетические), от которых зависят масса и скорость движения поезда, расход энергии и т. п. В условиях вождения грузовых поездов повышенной массы и длины актуальность проблемы сцепления колес электровоза с рельсами значительно возрастает, особенно при использовании мощных тяговых электродвигателей, в том числе бесколлекторных. Для принятия обоснованных решений по увеличению массы и скорости движения поездов, сокращению энергозатрат на тягу и общему снижению эксплуатационных расходов необходимо иметь четкое представление об основных закономерностях процессов в зоне сцепления колес электровоза с рельсами и их параметрах.

Материалы и методы. В работе с использованием системного подхода, методов математического анализа и энергетического баланса рассмотрены основные закономерности процессов в зоне сцепления колес электровоза с рельсами, их кинематические и энергетические параметры. При рассмотрении данных процессов приняты некоторые допущения: диаметры колес электровоза одинаковые, давление всех колес на рельсы в любой момент времени и в каждой точке пути одинаковое, колебания колесных пар отсутствуют и т. п. Эти допущения не оказывают существенного влияния на конечные результаты, но значительно упрощают получение необходимых аналитических выражений.

Результаты. Получены числовые значения параметров сцепления колес электровоза с рельсами, которые согласуются с экспериментальными данными.

Обсуждение и заключение. Предложены принципы анализа и система логически обоснованных и взаимосвязанных кинематических и энергетических параметров сцепления колес электровоза с рельсами, выявлены основные закономерности изменения этих параметров. Результаты исследования могут быть использованы для научно обоснованного принятия решений по практическому применению параметров сцепления колес электровоза с рельсами.

1. Минов Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей. М.: Транспорт, 1965. 267 с. [Minov D.K. Improving the traction properties of electric locomotives and diesel locomotives with electric transmission. Moscow: Transport Publ.; 1965. 267 p. (In Russ.)].

2. Лисицын А.Л., Мугинштейн Л.А. Нестационарные режимы тяги. М.: Интекст, 2003. 343 с. [Lisitsyn A.L., Muginshtein L.A. Unsteady traction modes. Moscow: Intext Publ.; 2003. 343 p. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/qnqudb.

3. Меншутин Н.Н. Исследование скольжения колесной пары электровоза при реализации силы тяги в эксплуатационных условиях // Труды ЦНИИ МПС. 1960. Вып. 188. С. 113–132 [Menshutin N.N. Study of the sliding of an electric locomotive wheel pair when implementing traction force under operating conditions. Trudy TSNII MPS. 1960;(188):113-132. (In Russ.)].

4. Лисунов В.Н. Использование сил взаимодействия движущего колеса с рельсом в режимах тяги и электрического торможения. Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2003. 160 с. [Lisunov V. N. The use of forces of interaction of the driving wheel with the rail in the modes of traction and electric braking mode. Omsk: Omskiy gos. un-t putey soobshcheniya; 2003. 160 p. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/rueqzh.

5. Коган А.Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. М.: ИПП «Куна», 2023. 280 с. [Kogan A. Ja. Railway track dynamics and its interaction with rolling stock. Moscow: IPP “Kuna” Publ.; 2023. 280 p. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/mdkaov.

6. Исаев И.П., Лужнов Ю.М. Проблемы сцепления колес локомотива с рельсами. М.: Машиностроение, 1985. 238 с. [Isaev I.P., Luzhnov Yu.M. Problems of adhesion of locomotive wheels with rails. Moscow: Mashinostroyeniye Publ.; 1985. 238 p. (In Russ.)].

7. Модель взаимодействия колеса и рельса с учетом дискретного строения металлов контактирующих тел / Г. П. Бурчак [и др.] // Вестник машиностроения. 2019. №2. С. 21–28 [Burchak G.P., Vasil’ev A.P., Lyapushkin N.N., Savos’kin A.N. A model of a wheel–rail interaction, taking into account the discrete structure of metals in contacting bodies. Vestnik mashinostroeniya. 2019;(2):21-28. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/zaiavv.

8. Лужнов Ю.М. Сцепление колес с рельсами (природа и закономерности). М.: Интекст, 2003. 144 с. [Luzhnov Yu.M. Coupling of wheels with rails (nature and patterns). Moscow: Intext Publ.; 2003. 144 p. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/smtutb.

9. Марков Д.П. Трибология и ее применение на железнодорожном транспорте. М.: Интекст, 2007. 408 с. [Markov D.P. Tribology and its application in railway transport. Moscow: Intext Publ.; 2007. 408 p. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/qnuvwr.

10. Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами. Теория и практика сцепления локомотива. М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2014. 104 с. [Samme G.V. Frictional interaction of locomotive wheel pairs with rails. Theory and practice of locomotive adhesion. Moscow: Training and Methodological Center for Education in Railway Transport; 2014. 104 p. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/vetocf.

11. Трение, износ, смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе [и др.]. М.: Машиностроение, 2003. 576 с. [Chichinadze A.V., Berliner E.M., Braun E.D., Bushe N.A., Buyanovskiy I.A., Gekker F.R., et al. Friction, wear, lubrication (tribology and tribotechnics). Moscow: Mashinostroyeniye Publ.; 2003. 576 p. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/fqsxnk.

12. Logston C. F. Jr., Itami G. S. Locomotive friction-creep studies. Journal of Engineering for Industry. 1980;102(3):275-281. https://doi.org/10.1115/1.3183865.

13. Polach O. Creep forces in simulations of traction vehicle running on adhesion limit. Wear. 2005;258(7-8):992-1000. https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.03.046.

14. Бакланов А.А. Энергетический баланс движения для решения задач снижения расхода электроэнергии на тягу поездов // Транспорт: наука, техника, управление. 2005. №6. С. 32–35 [Baklanov A.A. Energy balance of motion for reducing energy consumption for train traction of trains. Transport: science, equipment, management. 2005;(6):32-35. (In Russ.)].

15. Бакланов А.А. Анализ энергетической схемы и КПД электровоза // Мир транспорта. 2011. Т. 9, №3(36). С. 20–25 [Baklanov A.A. Analysis of energy circuit and efficiency of an electric locomotive. World of Transport and Transportation. 2011;9(3):20-25. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/nxmxoj.

16. Савоськин А.Н., Шилин Н.Д. Анализ управления скольжением колесных пар грузового электровоза с асинхронными тяговыми двигателями // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2022. Т. 81, № 3. С. 230–239 [Savos’kin A.N., Shilin N.D. Analysis of wheel pairs slip control of electric freight locomotive with asynchronous traction motors. Russian Railway Science Journal. 2022;81(3):230-239. (In Russ.)]. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2022-81-3-230-239.