Vestnik of Don State Technical University Vestnik of Don State Technical University Вестник Донского государственного технического университета 1992-5980 11901 10.12737/19697 Механика Mechanics Механика Study of kinetic performance effect on wheel and rail wear using computer simulation Исследование влияния параметров кинетической характеристики трения на износ колес и рельсов с помощью компьютерного моделирования Цыганков Александр Григорьевич Tsygankov Aleksandr Григорьевич Евельсон Лев Игоревич Evelson Lev Игоревич Памфилов Евгений Анатольевич Pamfilov Evgeniy Anatol'evich epamfilov@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Ширяева Людмила Игоревна Shiryaeva Lyudmila Игоревна Брянский государственный технический университет Брянск Россия Bryansk State Technical University Bryansk Russian Federation 18 05 2016 18 05 2016 16 2 13 21 https://naukaru.ru/en/nauka/article/11901/view

Объектом исследования является система «колесо — рельс». Предмет — компьютерное моделирование изнашивания эле-ментов системы. Цель настоящей работы — изучение зависи-мости износа колес и рельсов от параметров кинетической характеристики трения. Задачи работы: проанализировать предлагавшиеся ранее математические функции, описываю-щие кинетическую характеристику трения, на наличие экс-тремумов, поведение (рост, убывание, монотонность, унимо-дальность и т. п.) в различных диапазонах изменения пара-метров; осуществить компьютерное моделирование движения колесной пары по рельсовому пути с вычислением количе-ственных оценок износа колес и рельсов при разных парамет-рах кинетической характеристики трения; установить каче-ственные закономерности влияния задаваемых при компью-терном моделировании параметров кинетической характери-стики на износ. При моделировании использовался программ-ный комплекс «Универсальный механизм». В результате по-лучены значения различных характеристик, связанных с изно-сом (мощность, суммарная и удельная работа силы трения), при разных сочетаниях параметров кинетической характери-стики трения. Результаты работы позволяют сделать следую-щие выводы: при компьютерном моделировании движения железнодорожных экипажей необходимо учитывать парамет-ры кинетической характеристики трения, так как в диапазонах значений, соответствующих реальным условиям, они могут существенно влиять на износ; при некоторых сочетаниях зна-чений вышеупомянутых параметров наблюдаются ситуации, когда увеличение коэффициента трения сопровождается сни-жением износа. Предлагается продолжить исследование в двух основных направлениях: установление закономерностей влияния на кинетическую характеристику трения и износ мно-гообразных реальных факторов и изучение по той же методи-ке влияния на износ параметров динамической (при перемен-ной скорости) характеристики трения.

The study object is a “wheel — rail” system. The subject is the computer simulation of the system elements wear. The work objective is to investigate the wheel and rail wear dependence on the kinetic performance parameters. The problems solved here are analysis of the earlier proposed mathematical functions de-scribing the kinetic performance for the presence of extremes, the functional behavior (growth, decrease, monotonicity, and uni-modality, etc.) in various parameter ranges; implementation of the computer simulation of the wheelpair movement by rail with the quantitative estimation of the wheel and rail wear with vari-ous kinetic performance parameters; to determine qualitative influence patterns of the kinetic wear performance. The simula-tion is fulfilled by the software package “Universal Mechanism”. As a result, values of various characteristics related to wear (power, total and specific friction work) under different condi-tions of the kinetic friction performance are obtained. The con-clusions are as follows. The kinetic friction performance parame-ters must be considered as they can significantly affect the wear within the range of the actual operating conditions in the course of the computer simulation. Under some conditions, there are cases when an increase in the friction coefficient is accompanied by a decrease in depreciation. It is proposed to continue the re-search in two main areas: determining the influence patterns on the kinetic friction performance and wear of the multiple actual factors, and studying the dynamic (at variable slip velocity) fea-ture of friction effect on the parameter wear through the same procedure.

 трение износ кинетическая характеристи-ка скорость скольжения коэффициент трения удельная рабо-та колесо рельс компьютерное моделирование факторы. friction wear kinetic characteristic slip velocity friction coefficient specific work wheel rail computer simula-tion factors.

Износ колес и рельсов представляет собой очень важную и актуальную проблему, от которой во многом зависит эффективность работы железнодорожного транспорта. Ежегодные потери в масштабе железных дорог России исчисляются миллиардами рублей [1]. Основным практическим методом борьбы с износом является лубрикация, направленная на снижение трения в системе «колесо — рельс». Однако таким образом решается лишь часть проблемы и далеко не всегда достигаются желаемые результаты. Большое значение имеет возможность прогнозирования износа и его изменений при осуществлении различных мероприятий. Такую возможность дает компьютерное моделирование взаимодействия железнодорожного экипажа и пути. Одним из хорошо известных и многократно проверенных инструментов такого моделирования является программный комплекс «Универсальный механизм» (далее «УМ»), разработанный в Брянском государственном техническом университете коллективом под руководством профессора Д. Ю. Погорелова. Описание возможностей УМ представлено в [2–5]. Комплекс, в частности, позволяет моделировать движение экипажа на прямых и кривых участках пути, вычислять различные величины, связанные с износом колес и рельсов.