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.