При большой силе сжатия микровыступов образуются мостики схватывания (спайки), которые в совокупности создают фрикционные связи между колесами и рельсами. Такие межмолекулярные взаимодействия называют адгезией. Согласно учению о физике твердого тела природа адгезии объясняется обменом электронами атомов на поверхности сжимаемых тел. Если атомы и молекулы внутри кристаллической решетки металла находятся в уравновешенном состоянии благодаря силам взаимного притяжения, то на его поверхности они находятся в неуравновешенном состоянии и обладают поверхностной энергией взаимодействия с атомами и молекулами соприкасающегося тела. Взаимодействие при адгезии измеряют силой,.
29
которая требуется для отрыва друг от друга контактирующих поверхностей, приходящейся на единицу площади контакта.
При качении колес происходит циклическое снятие нагрузки. При этом силы упругой деформации разрывают адгезионные мостики и восстанавливают первоначальную форму контактирующих тел. Нарушение фрикционной связи не разрушает металл, но при этом возрастает его наклеп с утратой свойства упругости. Деформация металла в зоне контакта оказывает влияние на силы адгезии: чем больше деформация, тем интенсивней разрушаются адсорбированные и окисные пленки на поверхности колес и рельсов, тем больше силы адгезии между частями поверхностей. Совместные межмолекулярные и механические взаимодействия в зоне контакта и способы повышения потенциального коэффициента сцепления. Механические и межмолекулярные взаимодействия происходят одновременно, и поэтому возникает необходимость в выборе единой характеристики, отражающей совместное их влияние на силы сцепления. Графическую зависимость тангенциальной силы сдвига от скорости скольжения колес по рельсам в процессе качения принято считать такой характеристикой. Скорость скольжения принимают в качестве аргумента. А так как она возрастает с увеличением скорости поступательного движения локомотива, что связано с вертикальной динамикой, то более полное отражение зависимости можно получить, если брать не абсолютную, а относительную скорость скольжения в виде безразмерной величины
u = [(vu-vn)/vu |-100%, (2.7)
где и0 — окружная скорость движущих колес; vn — скорость поступательного движения локомотива, км/ч.
Значение «- 1,5 -=- 2,5 % принято считать нормальным, а движение на расчетном подъеме при этом значении и — устойчивым против боксования. В качестве зависимой величины принимают относительную силу тяги F F 7гтах —- Т (1000 г|з „ gmcn), где F — окружная сила, создаваемая ТЭД на ободах колесной пары. На
рис. 2.3 изображена такая харак-
теристика. Она хорошо согласуется с теорией молекулярно-механичес-кого взаимодействия контактирующих поверхностей. Так, на участке 0 — 1 происходит процесс упругой деформации и упругого микроскольжения. Площадка сцепления занимает значительную часть контурной площадки. Молекулярно-механические взаимодействия обеспечивают устойчивое движение без боксования.
Мерой упругой деформации является отношение абсолютной деформации Ах к первоначальному размеру тела х, т.е. &х/х, называемое относительной деформацией. Напряжение упруго деформированного тела пропорционально относительной деформации о — = /гх: &х/х, где &х — модуль упругости, равный напряжению, приходящемуся на единицу относительной деформации. Согласно закону Гука упругая деформация прямо пропорциональна воздействующей силе сдвига. Отсюда видно, что упругая деформация линейно зависит от значения касательной силы тяги движущих колес, что определяет линейность характеристики сцепления на участке 0—/.
Далее с возрастанием окружной силы на участке /—2 увеличивается зона проскальзывания контурной площадки, слой деформированного металла все более утрачивает свою подвижность и возникает упруго-пластическое оттеснение металла. При этом темп роста относительной скорости скольжения опережает темп увеличения относительной силы сдвига, возрастает трение скольжения. В результате упруго-пластической деформации процесс сцепления перемещается с кратковременной пробоксовкой колес.
На участке /—2 упругая деформация уступает деформации пластического сдвига и относительная скорость скольжения значительно возрастает без существенного изменения касательной силы тяги. При этом увеличивается площадь фактического контакта и сопротивление трения скольжения. Кроме того, с поверхности рельсов и бандажей сдираются окисные и адсорбционные пленки. В результате этого возрастают межмолекулярные взаимодействия колес с рельсами, а от увеличения скольжения возрастает сила трения. Поэтому относительная сила тяги удерживается на высоком уровне.
Однако, как видно из диаграммы F(u), скорость относительного скольжения значительно возрастает почти без изменения относительной окружности силы тяги и движение происходит на пределе сцепления. К тому же при возросшей скорости движения локомотива возникают колебательные движения обрессоренной массы и разгруз колесных пар, достигающий 30—40% нагрузки от колесной пары на рельсы. В результате перечисленных явлений периодически возникает и затухает боксование-пробоксовка, движение локомотива становится неустойчивым. И хотя сила по фазе сцепления не снижается, происходит повышенный износ бандажей и рельсов вследствие микрорезания. Очевидно, использование силы тяги на пределе сцепления, т. е. с использованием потенциального коэффициента сцепления, является нерациональным по износу и по требованиям устойчивости тяги.
Наконец, на участке 3—4 напряжение в контакте превышает предел текучести, вибрация контактирующих поверхностей усиливается, продолжительность контакта сокращается. При распространении зоны скольжения на всю контурную площадку и достиже-
31
нии силы сдвига значения силы трения относительная скорость скольжения превышает 1,5% и непрерывно растет — возникает боксование.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.