viagra super force

+7(495) 123-XXXX  г. Москва

Выпуски журналов

  • Серия
  • Серия
  • Серия
  • Серия
  • Журнал
  • Журнал
  • Журнал
  • Журнал

Д.О. Миронов,  (Аспирант, ФГБОУ ВО "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II")

Серия «Естественные и Технические науки» # АВГУСТ  2016

Температура нагрева
В статье проанализированы основные факторы, влияющие на температуру нагрева в системе дискового торможения. Показано, что к основным факторам, относятся: режим ведения поезда (процессы торможения); силы и напряжения, возникающие между накладками и диском; свойства взаимодействующих материалов; температуру окружающей среды. Построены зависимости изменения температур в узлах диска, расположенных на поверхности торможения от времени торможения поезда. При этом показано, что температура по радиусу диска распределена неравномерно.

Ключевые слова: Температура нагрева, система дискового торможения, факторы.

 

Тормозные системы подвижного состава железных дорог являются одной из составляющих в обеспечении необходимого уровня безопасности движения, а дисковые тормозные системы позволяют обеспечить надёжность и безопасность при внедрении и развитии высокоскоростного движения.

Проведённый обзор работ в области тормозных систем подвижного транспорта железных дорог показал, что основным подходом при исследовании нагружённости деталей тормозных систем является рассмотрение нестационарных тепловых полей и напряжений с использованием расчётных схем, не позволяющих учесть геометрические размеры деталей, распределения давлений, тепловых потоков и теплообмена в полном объёме. Существующие методы расчета базируются на использовании конечно-элементных расчетных схем, методах конечных разностей и, которые позволяют произвести расчеты практически с учетом всех действующих факторов в процессе торможения. Следует отметить, что существует небольшое количество работ, посвящённых расчёту тормозных систем с использованием численных методов.

Для моделирования температурных полей и напряжений в дисковых тормозах подвижного состава следует учитывать внутренние процессы фрикционных пар, такие как: теплопроводность и упругое поведение взаимодействующих материалов. Решение контактных задач необходимо начинать с построения структурной схемы создаваемых алгоритмов и программ.

Исходя из опыта эксплуатации дисковых тормозов подвижного состава, определено, что по температурным нагрузкам и износу, при различных режимах торможения, в самых жестких условиях находятся детали пары трения, т.е. материалы диска и тормозных накладок, поэтому следует более детально рассмотреть вопросы распределения температурных полей (градиентов температур, тепловых потоков, температурных напряжений), возникающих в процессе торможения.

Рассмотрим факторы, влияющие на температуру нагрева в системе дискового торможения. Так, к основным факторам, влияющим на кинетику тепловых процессов в системе дискового торможения следует отнести: режим ведения поезда (процессы торможения); силы и напряжения, возникающие между накладками и диском; свойства взаимодействующих материалов; температуру окружающей среды.

Процесс торможения железнодорожного подвижного состава характеризуется высокой тепловой нагрузкой фрикционных элементов, поэтому для обеспечения высокой эффективности работы дискового тормоза необходимы данные о тепловой нагрузке деталей пары трения. Эти данные учитываются для выбора материалов и конструктивных решений при проектировании деталей пары трения, для определения необходимого количества тормозных устройств, устанавливаемых на оси колесной пары, а также для обеспечения параметрической связи между силовыми характеристиками тормозного блока и тепловыми характеристиками деталей фрикционной пары.

Остановочные торможения осуществляются, как правило, при постоянной силе нажатия, однако коэффициент трения фрикционных материалов, применяющихся в современных тормозах, нелинейно изменяется в зависимости от скорости. Режим экстренного торможения с максимальной скорости движения до полной остановки можно считать одним из самых неблагоприятных в системе дискового торможения. Также тяжёлым для системы дискового торможения может оказаться режим чередования разгона и служебного торможения до остановки, который в случае пассажирских перевозок может реализовываться между достаточно близко расположенными станциями.

Каждый интервал характеризует либо разгон, либо торможение, либо движение с постоянной скоростью. Разгон и движение с постоянной скоростью соответствуют теплообмену деталей тормоза с обдувающим воздухом, а при торможении – теплообмен сопровождается, к тому же, притоком теплоты. Рассматривать такой процесс необходимо как непрерывный, но с разными граничными условиями, зависящими от графика движения поездов и ограничений скорости. По причине отсутствия данных об изменении силы нажатия с течением времени торможения, но, располагая данными о величине средней силы нажатия на колодку, равной 3,6 кН, последняя, принималась постоянной на всех участках движения поездов во время торможения. К тому же отличие значений ускорений при торможении с разных скоростей при одинаковой силе нажатия на колодки допускает одновременное действие тормозных устройств различных типов.

Интенсивность теплового потока, выделяемого на поверхностях торможения, определяется распределением давлений между накладками и диском, и скоростью движения вагона. В работе [1] исследовано влияние конструкции тормозных накладок на фрикционные характеристики дискового тормоза железнодорожного вагона. Выполненные в работе [2] расчеты показали, что законы распределения давлений, определяемые конструкцией тормозного башмака, оказывают существенное влияние на теплонапряженность диска.

Одним из факторов, влияющих на кинетику тепловых процессов в системе дискового торможения, являются материалы, взаимодействующих элементов. Применение материалов с повышенными механическими свойствами и снижение возникающих напряжений за счёт применения материалов с высоким коэффициентом температуропроводности и низкими коэффициентом линейного расширения и модулем упругости, а также конструкций, увеличивающих коэффициент внешней теплопроводности, позволяют добиться снижения максимальной температуры нагрева диска в процессе экстренного торможения.

Применение материалов с комбинацией прочностных, теплофизических и технологических свойств, направленных на понижение максимальных температур и напряжений, будет только улучшать работоспособность такой конструкции.

В работах [3, 4] рассматривалась возможность применения алюминия как материала для тормозного диска в связи с его большим (в 7 раз) коэффициентом температуропроводности по сравнению с чугуном. Максимальные температуры на поверхности торможения для диска из алюминия получились всего на 10% меньше, чем для диска из чугуна [4]. К тому же из-за значительно более высокой стоимости алюминия и более сложной технологии получения отливок (литья под давлением), несмотря на возможности достижения высокого уровня износостойкости алюминиевых дисков и снижение неподрессоренной массы при их применении, преимущества дисков из алюминия не так очевидны, что требует более детального теоретического и экспериментального изучения. Рациональность использования чугуна в качестве материала для диска также неочевидна, поскольку разнообразие чугунов по теплофизическим, механическим, технологическим свойствам требует выбора типа чугуна с определённым балансом свойств, обеспечивающих венцу работу в поле допускаемых для материала температур и напряжений.

За счет рациональной конструкции и правильно подобранных материалов тормозного диска и накладок удается предотвратить образование обусловленных термической нагрузкой дефектов на тормозном диске. Достигаемое при этом равномерное распределение температуры по тормозному диску значительно снижает опасность образования трещин и повышает тормозную мощность диска почти на 50 % при неизменном сроке службы.

Как известно [5], свойства материала во многом зависят от его структуры. При разработке накладок, был сделан переход на более мягкую систему связующего материала [6] и, тем самым, улучшили теплоотвод от накладки за счет более плотного прилегания ее к диску. Итак, можно выделить следующие материалы, применяемые при изготовлении дискового тормоза (тормозного диска и накладок): различные марки стали, чугун (серый или с шаровидным графитом), керамика, металлокерамика, порошковые материалы, алюминий, углеродные материалы и полимеры, армированный карбидом кремний и т.д. [7-10].

Тормозные диски из специальных алюминиевых сплавов уменьшают неподрессоренную массу и снижают нагрузку на верхнее строение пути. Снижение массы способствует снижению расхода энергии, что особо ощутимо при частых разгонах и торможениях, характерных для пригородных поездов. За счет только этой экономии было достигнуто значительное сокращение эксплуатационных затрат [9]. Создаваемое удельное давление между накладками тормозных башмаков и диском составляет 0,357...0,536 МПа.

Материал диска работает при температурах, достигающих 400°С, а при контактировании по отдельным пятнам – температуры достигают более высоких значений. В этом диапазоне температур существенно меняются некоторые физико-механические характеристики материалов.

В работе было проведено моделирование работы дискового тормоза. В результате, ниже на рисунке представлен график изменения температур в узлах диска, расположенных на поверхности торможения в зависимости от времени торможения.

Читать полный текст статьи …


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Моисеенко, М. А. Решение задачи термоупругости с использованием переходных конечных элементов высокой точности / М.А. Моисеенко, Г.А. Неклюдова // Материалы XII Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред». Избранные доклады. – М.: Изд-во МАИ, 2006. – С. 121-124.
2. Мур, Д. Основы и применения трибоники / Д. Мур; перевод с английского канд. физ.-мат. наук С.А. Харламова под редакцией д-ра техн. наук, проф. И.В. Крагельского и канд. техн. наук Г.И. Трояновский. – М.: Мир, 1978. – 487 с.
3. Мошков, А.А. Разработка дискового тормоза для отечественного скоростного железнодорожного транспорта / А.А. Мошков, Е.С. Сипягин // Транспорт Российской Федерации. – № 6(49) – 2013. – С. 62-65.
4. Вуколов Л.А. Сравнительные характеристики железнодорожных колодок различных поставщиков / Л.А. Вуколов, В.А. Жаров // Вестник ВНИИЖТ, №2, 2005. – С. 16-20.
5. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел [Текст] / Ф.П. Боуден, Д. Трейбор; пер. с англ. под ред. д-ра техн. наук И.В. Крагельского. – М.: Машиностроение, 1968. – 544 с.
6. Першин, В.К. Моделирование тепловых режимов при фрикционном взаимодействии колеса и тормозной колодки / В.К. Першин, Л.А. Фишбейн // Транспорт урала. – 2005. – №1 (4). – С. 34-44.
7. Колесниченко, А.И. Анализ силового взаимодействия фрикционных элементов в дисковом тормозе / А.И. Колесниченко // Труды ВНИИ вагоностроения. – 1974. – Вып. 25. – С.42-52.
8. Колесниченко, А.И. Стендовые испытания тормозного оборудования фирмы "Knorr-Bremse"/ А.И. Колесниченко, Д.Ю. Пазухин, А.Н. Скачков // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: материалы III всероссийской научно-практической конференции. – Брянск, 2006. – С. 50-56.
9. Налев, И.А. Опыт разработки и производства железнодорожных композиционных тормозных колодок в ОАО «ФРИТЕКС» / И.А. Налев, Д.А. Дружков, Н.А. Страхов // Вестник ВНИИЖТа. – М., 2002. – № 4. – С. 15-19.
 



© 
Д.О. Миронов, Журнал "Современная наука: актуальные проблемы теории и практики".
 

 

 

 
SCROLL TO TOP

 Rambler's Top100 @Mail.ru