Баубеков Е.Е., Иманбердиев Д.Ж.
КУПС, г Алматы, Республика Казахстан
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ РЕЛЬСОВ И КОЛЕС
ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Контактно-усталостная прочность является
одной из важнейших характеристик рельса и колес подвижного состава, определяющая
их эксплуатационную пригодность.
Для проведения первых экспериментов на
контактную усталость использовались традиционные пары роликов из стандартных
колесных и рельсовых сталей. Однако очень скоро выяснилось, что результаты
испытаний сильно зависят oт совершенства (или несовершенства) формы тел качения и изменении
ее в процессе испытания. Поэтому оценку контактно-усталостной прочности металла
ободьев колес стали производить, сначала по схеме качения цилиндрических
роликов из колесной стали диаметром 40мм по тороидальным роликам диаметром
38...42 мм и профильным радиусом 15мм из закаленной рельсовой стали, а затем из
твердого сплава ВК 8. Это позволило не только избавиться от ошибок, связанных с
изменением формы контртел в процессе испытания, но и получить зависимости
контактно-усталостной долговечности от отклонений в их геометрии. В дальнейшем
эти эксперименты привели к важнейшему выводу, что контактно-усталостная
повреждаемость обуславливается не напряженным состоянием в контакте, как
считали А.Н.Динник, М.М.Саверин, Л.А.Галин, И.Я.Штаерман, С.В.Пинегин [1] и
др., и не измененными усредненными характеристиками контакта, свойств материала
и напряженного состояния, как это считают
Дж.Дж.Калкер, К.Джонсон [2] и др., а неоднородностью
поля остаточных напряжений, которое создается в процессе контактной усталости к
моменту достижения предельного наклепа.
Использовались специально
сконструированные для этой цели машины с нагружением рычажного типа, с системой
автоматической остановки при появлении на поверхности катания выщербинки или
трещины. Акустический датчик автоматического выключения машины был настроен на
размер трещины или выщербины 0,5мм. Подача смазки (масло И-20) к образцам
осуществлялась с помощью польстера. Скорость вращения роликов, как показали специально
поставленные эксперименты, не оказывает влияния на результаты определения
предела контактно-усталостной выносливости. Поэтому скорость вращения образцов
была выбрана в пределах 900... 1200 об/мин для того, чтобы не разбрызгивалось
масло. Для построения полной кривой контактной усталости испытания проводили на
пяти уровнях нагружения (контактные давления по Герцу в предположении упругого
контакта 1680 Н/мм2, 2080, 2700, 3100, и 3400 Н/мм2).
Все испытания проведены на
машинах типа «Амслер» - МИ-1, СМЦ-2, СМТ-1. Использовались цилиндрические
образцы-ролики диаметром 40...50мм. Ширина колесных роликов -10мм, рельсовых -
6мм. Для получения различных твердостей ролики вырезались с разных уровней
обода колеса или головки рельса (оси роликов располагались перпендикулярно
поверхностям катания), а так же закаливались с печного нагрева в масло с
последующим отпуском при различных температурах. Испытания с продольными
проскальзываниями от 2 до 40% проведены на машине СМЦ-2. Методика определения
скорости изнашивания и соответственно износостойкости при качении с
проскальзыванием. Испытания в условиях 100%-ного проскальзывания выполнены на
машине СМТ-1. Методика определения скорости изнашивания и соответственно
износостойкости в условиях 100%-ного проскальзывания. Сложность проведения
испытаний с продольным проскальзыванием малой величины заключается в отсутствии
экспериментальной техники, позволяющей поддерживать постоянную величину
проскальзывания. Если начальная величина продольного проскальзывания равна 5...10%,
то за время испытания она может измениться на несколько процентов. Если
начальная величина проскальзывания меньше 2%, то из-за разницы в скоростях
изнашивания образцов с большим различием твердости проскальзывание за время
испытания изменяется в несколько раз, что делает такие испытания, практически
неосуществимыми на имеющемся испытательном оборудовании.
Испытания с постоянным моментом трения
имеют в этом некоторое преимущество перед испытаниями с постоянным
проскальзыванием: во-первых, при испытаниях с постоянным моментом изменение
диаметра образцов мало отражается на
проскальзывании, во-вторых, падение коэффициента трения в них при изменении
внешних условий автоматически компенсируется увеличением проскальзывания и
обеспечивает более стабильную величину скорости изнашивания, чем при
испытаниях, в которых поддерживается постоянным проскальзывание: увеличение
влажности или загрязненности воздуха в последнем случае вызывает снижение
коэффициента трения и соответственно скорости изнашивания.
Испытания с поперечным проскальзыванием были проведены
на специально сконструированной машине с поворачивающейся осью верхнего ролика.
Кроме того, использовалась испытательная машина МИ-1, верхний вал которой был,
повернут в результате небрежного изготовления вокруг вертикальной оси на угол
3°, что обеспечило поперечное проскальзывание около 5%.
Литература:
1.
Динник А.Н.
Избранные труды. Т1. Киев, изд. АНУССР, 1952,152с.
2.
Джонсон К.
Механика контактного взаимодействия. М.: Наука, 1995.