Parovoz.COM

Ни технические, ни организационные. А самые, что ни на есть, естественные. Коэффициент сцепления был получен опытным путем много лет назад и с тех пор его никому не удалось изменить... Даже не знаю, к сожалению, или счастью. А заявки о намерениях звучат постоянно, в том числе было и на этом форуме. Это по самому боксованию. Что касается его предупреждения, то тщательностью разработки и изготовления, равномерной нагрузкой по КП, поосным регулированием, и независимой подвеской можно решить 90% проблем. С этого нужно начинать. А защита - это когда все остальное уже решено.

Согласен. Но профиль бандажа изменяет пятно контакта с рельсом. Повышенная, или пониженная склонность к боксованию после смены профиля - это известное явление. Как и изменение этой склонности с нарастанием проката.

Говоря о технических и организационных причинах, я имел в виду - почему, не смотря на обильные опыты и теоретические исследования, в России так и не оказалось в массовой эксплуатации эффективных систем поосного регулирования, реализованных на том или ином виде тягового электропривода.

А если говорить о физическом пределе сцепления, то я отношусь к числу специалистов, которые не верят в реальную возможность какими-то диковинными средствами взять и увеличить физический коэффициент сцепления. Я верю только в возможность повышения эффективности использования реально существующего потенциального сцепления электровоза при поосном регулировании. Об этом здесь и толкую.

Про профиль.
Какой бы ни был нарезан профиль колеса изначально, он всегда естестенным образом прирабатывается к оптимальному контактному пятну. А то, что электровозы с новыми или только обточенными колесами имеют сцепные свойства хуже, чем приработанные - это факт давно известный. Для нормального сцепления нужен прокат примерно от 0,2 мм. Это обычно после пробега в 5000 км есть всегда.

И все-таки, сделали же тормозные колодки из композитных материалов. Так вот, хочу колесные пары из композитных материалов. Неужели нет специалистов, которые могут разработать такое? Это было бы гораздо круче, чем те системы, которые мы здесь обсуждаем, хотя и они тоже не помешают.

Прям таки колёсные пары в сборе? Или достаточно только бандажей-центров/цельнокатанных колёс (последние на локомотивах тоже применяются)? Подозреваю (точнее спецы по металлам скажут), что если бы такая теоретическая возможность была - были бы и попытки её реализации.

_________________
"Я знаю только то, что я ничего не знаю, но некоторые не знают и этого" (с)

Износ главная проблема.

1. Если сравнивать износ композитных колодок и стальных, у каких срок службы больше?
2. На одной части весов - дорогие колесные пары, требующие частой замены (надеюсь, не чаще 1 раза в 1-2 года), на другой - сокращение количества секций локомотивов, необходимых для таскания тяжелых поездов. Что перевесит?

По-моему, основная проблема - не износ, а как раз прочность. Нужно придумать колесо, которое бы не развалилось во время движения, как иногда происходит с изношенными автомобильными колодками. Видимо, нужны либо специальные сплавы, обладающие одновременно высокими коэффициентами сцепления композитных материалов и прочностью стальных колес, либо особая конструкция колеса, состоящего из прочного стальноно каркаса и композитного покрытия.

Можно и так и так. Нужно смотреть, в каком варианте будет больше прочность.

Хотелось бы детальной технической информации, а не просто "если бы могли, то уже бы сделали".

Главное требование к ж.д. колесу - это необходимая прочность во всем диапазоне рабочих температур. Думаю, понятно, что излом колеса - это практически на 100% - крушение.
Вот из этого и нужно исходить.

Олег68, какого плана детальную информацию Вы хотели бы получить по колесам?

С тем, что прочность - главное требование, - согласен. С тем, что не существует материалов более прочных, чем - сталь, - пока не согласен. С тем, что нельзя достичь такой же прочности, делая стальное колесо не сплошным, а с вставками из композитных материалов - пока тоже не согласен.

Например, приходит в голову стальное колесо композитным бандажом. По прочности оно будет таким же, а если начнет отваливаться бандаж - в общем-то ничего страшного не произойдет.


1. Какие варианты материалов и конструкций колеса пробовались?
2. Какие были коэфиициенты сцепления?
3. Какая была прочность?
4. Почему не подошли?

Если отвалится бандаж, сход будет

_________________
Компот из овощей называется "борщ"! ©

Поосное регулирование и есть одно из основных средств предупреждения боксования. А в автопроме "тщательность разработки и изготовления" нисколько не мешали развитию систем курсовой устойчивости, в т. ч., антибуксовочным.

С колодками сравнивать некорректно, у них как раз износ, то бишь трение, явление необходимое для процесса торможения.
Использование разных материалов в паре "колесо-рельс" обязательно приведет к прогрессирующему износу одной из сторон, а в этой паре износ как раз противопоказан обоим сторонам.

Под тщательностью разработки и изготовления имеются ввиду правильность расстановки оборудования по весу, развески локомотива, равномерность нагрузок по осям и тяговым усилиям еще на этапах проектирования и изготовления. В отличии от "идеальных противобоксовочных систем", это вполне решаемо и должно быть решено еще ДО проектирования этих самых противобоксовочных систем. Последующие машины в этом плане должны быть лучше предидущих, а не хуже, а у нас примеры другие. ВЛ10 и ВЛ11, ЧС2 малых и больших номеров. Мало того, худшее почему-то усиленно проталкивалось и выпускалось в бОльших количествах. Многие танцующие коросты буксуют именно в силу нетщательности и направильности разработки и требовали значительных средств и штата на придумки эффективных систем противобоксовочной защиты, хотя их проблемы можно было решить по-другому.

Износ будет при трении, т. е. боксовании. Если же боксования не будет, то с какой стати будет значительный износ хотя бы с одной из сторон?

Для Oleg68, ну и вообще.

Физикой фрикционного взаимодействия локомотивного колеса и рельса при реализации силы тяги в России долго и серьезно занимался профессор кафедры физики МИИТа Ю.М.Лужнов.
Он исследовал различные аспекты.
Своего рода научное обобщение его работ можно увидеть в недавно опубликованной книге "Нанотрибология сцепления колес с рельсами. Реальность и возможности".
Издана в 2009 году издательством Интекст. 176 с.
В этой книге можно увидеть много интересного. Но все это уже серьезные глубокие вещи.

В этой книге также весьма солидная библиография разных публикаций на эту тему.
Я посмотрел эту библиографию и не нашел ни одной публикации о том, что кто-то пытался серьезно изменить материал колеса (или рельса) с целью достижения более высокого сцепления.

Химсостав состав колесной и рельсой стали жестко стандартизирован уже давно.
Немного пытались варьировать только твердость поверхностной зоны различными способами закалки, чтобы снизить катастрофические износы, которые появились по всей сети в начале 90-х.

Так что, уважаемый Oleg68, можете смело развивать тему локомотивных колес или бандажей из композиционных материалов. Только маленький совет. Если хотите, чтобы к таким идеям кто-то серьезно начал относиться, нужно начинать с технико-экономических прогнозов. Всем правят деньги и только деньги!

Продолжим про поосное регулирование проскальзывания.

Как я уже говорил, получилось так, что в наиболее эффективном виде поосное регулирование скорости проскальзывания колесных пар оказалось реализовано на электровозах с асинхронными тяговыми двигателями.

В отработке алгоритмов такого регулирования каждая электровозостроительная компания формировала свой опыт. И этот опыт обычно является предметом серьезной конфиденциальности. Ни чуть не меньше, чем, к примеру, алгоритмы управления асинхронным приводом.

Для иллюстрации действия поосного регулирования разберем диаграмму, снятую на электровозе ЭП10. Конечно, формально можно сказать, что это не чисто поосное регулирование. У ЭП10 два двигателя каждой тележки питаются параллельно от своего инвертора. Т.е. в этом плане регулирование потележечное. Но поскольку по естественным характеристикам асинхронных двигателей частоты вращения двух двигателей, питаемых от одного инвертора параллельно, будут всегда очень близки, то возможности такого регулирования очень близки к поосному. Особенно для ходовой части с наклонными тягами.

На диаграмме мы видим процесс разгона электровоза с 40 до 80 км/ч. Сначала штурвалом машиниста была задана сила тяги тележки на уровне 50 кН. (150 кН на весь электровоз). Примерно на 21 секунде задание по силе тяги тележки было увеличено до 80 кН (240 кН на электровоз). А примерно с 55 секунды (при скорости около 62 км/ч) задание по силе тяги начало автоматически снижаться по гиперболе постоянной мощности на уровне 4100 кВт.

На диаграмме хорошо видно, что пока задание по силе тяги тележки было 50 кН , электровоз двигателя с устойчивым сцеплением. Но, как видно дальше, очень близко к пределу естественного сцепления – области случайных и неслучайных колебаний силы сцепления между колесными парами и рельсами.

Попытка увеличить задание по силе тяги тележки до 80 кН привела к срыву сцепления колесными парами и переходу системы в режим поддержания оптимальной скорости проскальзывания примерно на уровне 3…5 км/ч. При этом фактически реализуемая сила тяги тележки за счет регулирования вращающего момента двигателя с обратной связью по скорости проскальзывания колесных пар описывает некую случайную траекторию естественных текущих колебаний силы сцепления.

В какие-то моменты времени фактическая сила тяги тележки значительно меньше заданной. Есть промежутки времени, когда они равны при проскальзывании колесных пар. А на интервале времени примерно с 145 секунды упругое сцепление колесной пары с рельсами начало восстанавливаться и с 165 секунды проскальзывание прекратилось при силе тяги тележки на уровне 60 кН.

В показанном режиме (с 22 по 140 секунду) у этой тележки (первой по ходу) сила сцепления в среднем получается не особо высокая даже при регулировании проскальзывания. Где-то на уровне 55…60 кН. Значит таковы были реальные потенциальные условия сцепления.
Преимущество поосного регулирования в данном случае проявилось в том, что система автоматически «выбрала» резерв потенциального сцепления, когда оно повышалось до 70…80 кН. И это повысило среднюю силу тяги электровоза до 55…60 кН. А если бы поосного регулирования не было, боксование колесных пар уже начиналось бы при силе тяги тележки около 40…45 кН. Т.е. реализовать силу тяги тележки выше этого без песка обычный электровоз уже бы не смог.

На кривых задания по силе тяги тележки и скорости псевдобегунковой оси видны небольшие «клевОчки». Что это такое, я расскажу в следующем посте чуть позже.

Как мы уже говорили, для того чтобы осуществлять эффективное поосное регулирование скорости проскальзывания колесных пар необходимо знать с довольно высокой динамической точностью скорости каждой колесной пары и линейную скорость локомотива. Тогда разность скорости колесной пары и линейной скорости локомотива и даст скорость проскальзывания.

Мы также говорили, что для измерения линейной скорости локомотива идеально иметь какой-то независимый, не связанный с колесными парами, датчик скорости. Например, радиолокационный. Такие попытки были в СССР (я упоминал) и за рубежом, но массового распространения это не получило.

Основным используемым решением стало математическое моделирование линейной скорости локомотива, все-таки, по сигналам скоростей колесных пар. Так сделано на большинстве современных электровозов с асинхронными тяговыми двигателями. И на показанной диаграмме кривая «Скорость псевдобегунковой оси» - это и есть смоделированная линейная скорость локомотива.

Очевидно, что от устойчивости и точности этого смоделированного сигнала полностью зависит качество поосного регулирования проскальзывания. Если этот сигнал начнет «врать» то эффективность поосного регулирования «развалится», как карточный домик. Чтобы этого не было, сигналы скоростей колесных пар подвергают довольно хитрой математической обработке, чтобы достичь необходимой стабильности сигнала псевдо линейной скорости. Но чем ближе к своему пределу по сцеплению работают все колесные пары, тем выше вероятность, что рано или поздно такая модель «потеряет почву под ногами» и начнет «сползать» от истинной линейной скорости.

В управлении ЭП10, когда все тележки работают с динамическим регулированием силы тяги, периодически возникают короткие контрольные «всплески» сигнала псевдо линейной скорости. В эти моменты в дополнение к отдельному для каждой тележки динамическому регулирования прибавляется общее для всего электровоза кратковременное и неглубокое снижение задания по силе тяги. По характеру реакции колесных пар на этот процесс система и определяет, «уползла» она от реальной линейной скорости или нет. И если «уползла», то в этот момент и вносятся необходимые динамические коррективы.

Испытания электровоза ЭП10 на Щербинке и опыт эксплуатации показали, что реально такого подхода вполне достаточно, чтобы практически исключить неконтролируемое расхождение моделируемой и истинной линейной скорости локомотива. И нет нужды устанавливать на электровоз дополнительное оборудование, которое будет стоить денег, требовать обслуживания и ремонта, но практически ничего принципиально нового не принесет.

Алгоритмы моделирования линейной скорости по сигналам скоростей колесных пар (тяговых двигателей) также обычно являются предметом очень конфиденциального ноу-хау компаний.

Для уяснения серьёзности обсуждаемой проблемы я решил заглянуть к "смежникам" по транспорту - судостроителям. Вот что можно найти в книге А. Н. Крылов и Ю. А. Крутков "Общая теория гироскопов и некоторых технических их применений", Изд. АН СССР, Л., 1932 г.:



Я не специалист-механик, поэтому не могу судить о всех сложностях создания таких устройств, но могу отметить то, что видно каждому грамотному инженеру:
1. Проблема балансировки маховика и его прочности на разрыв;
2. Возникновение резонанса при разгоне и торможении;
3. Нагрузка на упоры оси вращения;
4. И, на мой взгляд, самая большая проблема - подшипники такого маховика.

Не думаю, что эти и другие проблемы, в т. ч., денежные, были меньше, чем у нынешних локомотивостроителей. Сделано всё это было 90 лет назад и работало успешно. И никаких "волшебных" алгоритмов моделирования, нормальное владение математикой.
Остаюсь при своём мнении: развитие отрасли в решающей степени зависит от таланта и квалификации занятых там людей. Видимо, у судостроителей "легла карта".

Таланты и квалификация везде нужны.
Даже рубашки гладить.
Но для создания серьезной техники только этого недостаточно.
Всякая новая техника создается только после того, как кто-то принимает главное решение - платить за создание этой новой техники. И вот тогда уже талантам и квалификациям есть, где развернуться во всей красе. А платят либо чиновники, либо бизнесмены. И пока кто-либо из них всерьез не загорелся задачей, талантам и квалификациям делать нечего.

Именно такая ситуация сложилась и вокруг разработок систем, улучшающих сцепные свойства.
На разные "вялотекущие" исследования отдельных увлеченных специалистов в этой области деньги выделялись.
Был и "золотой момент" серьезной поддержки увлеченного идеей заместителя министра.
Вот только идея под это "высокое благоволение" подвернулась ошибочная - чистое независимое возбуждение.
И были вполне конкретные "ученые", которые "недопетрили" и "совратили" высокого руководителя на поддержку именно независимого возбуждения.
А другим идеям такого шанса история просто не дала.

Но в этой истории есть один очень философский мотив.
Огромный пласт инженеров, специалистов и, в первую очередь, чиновников, выросших в годы индустриализации, а потом послевоенного восстановления, были ментально нацелены на поиск самых простых технических решений.
Вспомните, вся техника тех лет крайне примитивна, но свою главною задачу поднятия экономики страны из руин она вытянула. Простота это далеко не всегда плохо.
И решение с чистым независимым возбуждением представлялось таким "соломоновым" решением.
Никаких сложностей с буксовыми датчиками и всякой автоматикой. Очень заманчиво.
Но подход с философией "поиска простоты" в этой области не сработал.
Как говорится: "Не гонялся бы ты поп за дешевизной".
Чтобы получить здесь нормальный результат, нужны сложные технические решения.
А вот к поддержке разработки сложных технических решений ответственные чиновники оказались не готовы.

Думаю, похожие ситуации можно назвать во многих сферах советской промышленности.

Конечно, в данном случае Вы правы. Но я бы дополнил Ваши выводы своими наблюдениями. Мне пришлось много ездить по ж/д, и я навсегда запомнил картину: женская ремонтная бригада носит шпалы, рельсы, машет кувалдами по руководством мужчины-бригадира. Если людей, в т. ч. женщин, рассматривать как управляемых тараканов, то надо выбирать "простые" решения, например, вместо электровозов использовать бурлаков...

Забавно, однако...