Badania eksploatacyjne elementów i zespołów pojazdów szynowych
Paweł Piec
rok wydania: 2004
stron: 248
format: B5
oprawa: miękka
wydawnictwo: Politechnika Krakowska
Przyczyny powstawania procesów zużycia elementów pojazdów i maszyn oraz niekorzystnych zjawisk kontaktowych mają swój początek już w czasie poprzedzającym fazę eksploatacji. Przykładowo można wyróżnić pięć faz tego procesu:
- predykcja popytu i podaży planowanego przedsięwzięcia techniczno-organizacyjnego, np. nowego środka transportu w komunikacji miejskiej,
- projektowanie funkcjonowania przyjętego środka transportu, np. przystosowanie go do monitoringu czy też do sprawnego wsiadania i wysiadania pasażerów,
- konstruowanie środka transportu, np. przystosowanego do niskich lub wysokich peronów bądź uniwersalnego czy też przystosowanego do wyższych prędkości jazdy,
- wytwarzanie elementów i zespołów składowych danego środka transportu; mając na uwadze jakość użytkowania, bezpieczeństwo ruchu, względy ekologiczne, np. hałas, zanieczyszczenie środowiska,
- eksploatacja; użytkowanie i obsługiwanie w określonych warunkach pracy.
W fazie eksploatacji ujawniają się błędy popełnione w fazach poprzednich. Mogą one być przyczyną zwiększonej intensywności uszkodzeń eksploatowanych maszyn.
Warunki pracy stanowią ostatnie ogniwo łańcucha oddziaływań na efekty końcowe eksploatacji - mając na uwadze ustalone, w fazach poprzedzających fazę eksploatacji, założenia konstrukcyjne i istniejące ograniczenia technologiczne.
Najnowsze metody badań, pomiarów i oceny wskaźników eksploatacji pojazdów i maszyn dają podstawy do tworzenia holistycznych baz danych, na podstawie których wprowadzane są ukierunkowane zmiany:
- modernizacyjne w zakresie budowy, np. wprowadzenie nowych konstrukcji lub technologii klocków hamulcowych w celu ograniczenia zużycia kół tocznych pojazdu, w aspekcie obniżenia, między innymi, poziomu propagacji hałasu,
- organizacyjne w zakresie obsługiwania, np. zastąpienie sztywnych cykli przeglądów i napraw cyklami elastycznymi, w aspekcie optymalizacji trwałości eksploatacyjnej, z czym wiąże się ściśle obniżenie kosztów napraw.
Działania te, pozostające w sprzężeniu zwrotnym między projektowaniem, konstruowaniem, wytwarzaniem i eksploatacją stanowią główne źródło napędu postępu technicznego.
W niniejszej książce zawarto kompendium wiedzy z zakresu badań eksploatacyjnych elementów i zespołów pojazdów szynowych. Przy rozwiązywaniu zagadnień identyfikacji zjawisk kontaktowych, zachodzących podczas eksploatacji pojazdów, korzystano z wyników badania procesów fizycznych i chemicznych -leżących u podstaw zjawisk związanych z utratą sprawności technicznej badanych obiektów technicznych. Badania te, wraz z analizą ekonomiczną, analizą trwałości, wdrażanymi metodami monitoringu, korelacją intensywności zużycia w aspekcie pomiaru hałasu i symulacji komputerowej określonych zjawisk kontaktowych, stanowią kolejne rozdziały niniejszej książki.
Podstawowym celem tej pracy jest zidentyfikowanie, w ujęciu holistycznym, intensywności zużycia elementów i zespołów pojazdów szynowych podczas eksploatacji.
SPIS TREŚCI:
Od autora 7
Wykaz ważniejszych oznaczeń 9
1. WPROWADZENIE 17
2. PODSTAWOWE PROBLEMY EKSPLOATACJI 17
2.1. Kierunki rozwoju eksploatacji 18
2.2. Model systemu eksploatacji 19
2.3. Stany eksploatacyjne 22
2.4. Wybrane zagadnienia eksploatacji 24
3. ANALIZA OKRESU EKSPLOATACJI 25
3.1. Okresy eksploatacji 27
3.1.1. Fizyczny okres eksploatacji 27
3.1.2. Ekonomiczny okres eksploatacji 28
3.1.3. Optymalny okres eksploatacji 30
3.2. Charakterystyka metod utrzymania 31
3.3. Wskaźnik eksploatacji obiektu z odnową 36
4. ANALIZA EKSPLOATACYJNA TRWAŁOŚCI 39
4.1. Podstawowe pojęcia - definicje 39
4.2. Sposoby zwiększania niezawodności 41
4.3. Wskaźniki niezawodności 42
4.3.1. Oszacowanie wskaźników niezawodności, gdy postać funkcyjna rozkładu zmiennej losowej T jest nieznana 43
4.3.2. Oszacowanie wskaźników niezawodności przy znanej funkcji rozkładu 51
4.3.2.1. Rozkład Weibulla 52
4.4. Badania eksploatacyjne trwałości tramwaju 58
4.4.1. Metodyka badań 58
4.4.2. Wyniki badań eksploatacyjnych trwałości tramwaju 60
4.4.3. Analiza wyników badań 65
4.4.4. Wnioski i aplikacja wyników badań 66
4.5. Badania eksploatacyjne trwałości kół tocznych pojazdu szynowego 67
4.5.1. Podstawowe aspekty zużycia zestawów kołowych 67
4.5.2. Analiza eksploatacyjna trwałości wagonu towarowego 71
4.5.3. Wnioski 74
5. ZAGADNIENIA EKONOMICZNE 74
5.1. Wprowadzenie 74
5.2. Wskaźniki rentowności 75
5.3. Próg rentowności 76
5.4. Rentowność eksploatacji 79
5.4.1. Analiza eksploatacyjna rentowności 81
6. PROCESY ZUŻYCIA 85
6.1. Oddziaływanie elementów maszyn 85
6.1.1. Teorie i prawa tarcia 85
6.1.2. Wybrane procesy kontaktowe elementów maszyn 89
6.1.2.1. Odkształcenia sprężyste 90
6.1.2.2. Odkształcenia plastyczne 92
6.1.2.3. Adhezja 94
6.1.2.4. Dekohezja 96
6.1.2.5. Mikroskrawanie 99
6.1.2.6. Chemisorpcja. Adsorpcja. Absorpcja 100
6.2. Procesy wiodące zużycia 102
6.2.1. Definicja zużycia 102
6.2.2. Klasyfikacja zużycia 103
6.2.3. Krzywe zużycia 104
6.2.4. Dokumentacja odmian zużycia 106
6.2.4.1. Zużycie ścierne 106
6.2.4.2. Zużycie adhezyjne 109
6.2.4.3. Zużycie zmęczeniowe 110
6.2.4.4. Zużycie plastyczne 117
6.2.4.5. Zużycie korozyjne 118
6.2.4.6. Zużycie erozyjne 121
6.2.4.7. Zużycie kawitacyjne 122
6.2.4.8. Zużycie cieplne 125
6.2.5. Niesprawność techniczna obiektu w aspekcie cech pomiarowych 126
7. TEMPERATURA W STREFIE TARCIA 129
7.1. Temperatura pary ciernej koło wagonu-klocek hamulcowy 129
7.1.1. Podstawowe założenia 130
7.1.2. Podstawowe wzory 133
7.1.3. Temperatura powierzchni ciernej obręczy podczas hamowania 136
7.1.4. Analiza porównawcza wyników badań 136
7.2. Temperatura błysku w strefie czopa wału wykorbionego 140
7.3. Temperatura w strefie styku zębów przekładni zębatej 142
8. MONITORING POJAZDÓW SZYNOWYCH 143
8.1. Monitoring zużycia kół jezdnych tramwaju 143
8.1.1. Ogólna charakterystyka stanowiska 145
8.1.2. Technika pomiarów 146
8.1.3. Wizualizacja pomiarów 149
8.1.4. Komputerowa baza danych 152
8.1.5, Podsumowanie 153
8.2. Monitoring obciążeń i nacisków kół pojazdów szynowych 154
8.2.1. Wprowadzenie 154
8.2.2. Waga stała do kontroli w ruchu 154
8.2.3. Waga przenośna do kontroli w ruchu 157
8.2.4. Waga stacjonarna 159
8.2.5. Podsumowanie 165
8.3. Badania defektoskopowe 165
8.3.1. Badania defektoskopowe osi zestawu kołowego 172
8.3.2. Badania defektoskopowe obręczy 175
8.3.3. Badanie defektoskopowe klocków hamulcowych 175
9. EKOLOGIA W EKSPLOATACJI POJAZDÓW SZYNOWYCH 178
9.1. Oddziaływanie pojazdów szynowych na środowisko 178
9.2. Podstawowe zagadnienia związane z hałasem 180
9.3. Oddziaływanie drgań i hałasu na narządy człowieka 184
9.4. Normy dopuszczalnego hałasu pojazdów szynowych 188
9.5. Metodyka pomiarów hałasu w pojazdach szynowych 189
9.6. Wpływ eksploatacji pojazdów szynowych na propagację hałasu 193
9.6.1. Wpływ eksploatacji tramwaju na propagację hałasu 193
9.7. Metody techniczne ograniczenia hałasu 194
9.7.1. Wpływ układu hamulcowego na powstawanie hałasu 194
9.7.2. Zmniejszenie emisji hałasu w komunikacji tramwajowej 197
9.8. Metody organizacyjne ograniczenia hałasu 199
10. BADANIA TRIBOLOGICZNE W ASPEKCIE HAŁASU 203
10.1. Badania laboratoryjne 205
10.1.1. Charakterystyki współczynnika tarcia 205
10.1.2. Badanie zużycia 205
10.1.3. Pomiar przyspieszenia 207
10.1.4. Wyniki pomiaru hałasu 208
10.1.5. Wnioski 210
10.2. Badania eksploatacyjne 210
10.2.1. Przyspieszenia klocka hamulcowego 210
10.2.2. Pomiar hałasu 211
11. ANALIZA WIDMOWA PRZYSPIESZEŃ PARY CIERNEJ KOŁO-KLOCEK HAMULCOWY 213
11.1. Drgania własne koła 215
11.2. Gęstość widmowa mocy przyspieszeń klocka 216
11.3. Podsumowanie 217
12. SYMULACJA KOMPUTEROWA ZUŻYCIA MODULOWANEGO TARCIEM ZWROTNYM 217
12.1. Analiza numeryczna ruchu klocka hamulcowego 219
12.1.1. Program obliczeń 223
12.1.2. Wykresy fazowe 224
12.1.3. Wykresy zbiorcze 226
12.1.4. Podsumowanie 228
13. ZAKOŃCZENIE 229
Literatura 231
Streszczenie 245
Summary 246
Zusammenfassung 247
