Как использование полимера повышает долговечность контактной пары «колесо — рельс»
Инженеры компании UST Inc. постоянно работают над совершенствованием струнного рельса, стремясь создать изделие с низким погонным весом и высокими эксплуатационными характеристиками. Упор делается на долговечность, износостойкость, надежное сцепление с поверхностью рельса.
Чтобы определить способ улучшения этих характеристик, инженеры изучили влияние геометрических параметров стального колеса и гибкого струнного рельса на полимерное покрытие. Также в ходе эксперимента специалисты ставили цель найти оптимальные параметры контактной пары «колесо – рельс».
Подготовка к исследованию
В качестве модели гибкого рельса во время исследований выступала плоская струна из стальных проволок, собранных в один ряд и защищенных от внешнего воздействия полимерным составом (полиуретаном).
Такая конструкция обладает низким удельным весом, отличается невысоким уровнем шума при движении юнимобилей по струнному рельсу.
В качестве критериев оптимизации характеристик были выбраны следующие показатели:
• максимальный уровень контактных напряжений в паре «цилиндрическое колесо – полимерная головка рельса»;
• максимальный размах напряжений в несущих стальных проволоках (струнах) при воздействии циклической вертикальной нагрузки от колес подвижного состава.
Проведение расчетов
Для расчетов была выбрана параметрическая твердотельная конечно-элементная модель контактной пары «цилиндрическое колесо — полимерная головка рельса».
В состав модели вошли гибкий рельс с предварительно напряженными проволоками и сектор колеса, передающий вертикальное усилие от веса юнимобиля.
В ходе расчетов и экспериментов белорусские инженеры определяли:
• влияние диаметра проволок на величину размаха напряжения. Это определяющий критерий выбора конструктивных параметров. Он позволяет оценить усталостную выносливость несущих элементов рельса в зависимости от размаха напряжений в проволоках рельса, образующихся под воздействием колес подвижного состава. Расчеты показали, что минимально допустимый диаметр проволок — 4 мм при условии увеличения их количества до 20, что соответствует ширине рельса примерно 100 мм. Рекомендуемый диаметр проволок – 5 мм при их количестве 12 и ширине рельса 75 мм;
• влияние ширины контакта «колесо — рельс» на уровень контактных напряжений. Влияние ширины на контактное напряжение изучалось для следующих значений параметра: 50, 60, 75, 90 и 100 мм.
Результаты расчета указывают на обратно пропорциональную нелинейную зависимость уровня контактных напряжений стального колеса с полимерным слоем рельса от ширины контакта. Для того чтобы избежать чрезмерного износа полимерного слоя, рекомендовано применять рельс шириной не менее 75 мм;
• влияние толщины полимерного слоя на уровень контактных напряжений. Инженеры провели моделирование пятна напряжений в зоне контакта «колесо – рельс» в зависимости от различной толщины полимерного слоя над стальными проволоками. Оно показало, что изменение толщины полимерного слоя незначительно влияет на уровень контактных напряжений в контактной паре «стальное колесо — полимерный рельс». При увеличении толщины в 2 раза — с 5 до 10 мм — контактные напряжения снижаются на 18 процентов;
• влияние упругих свойств материалов колеса и рельса на уровень контактных напряжений и величину пятна контакта. Было смоделировано контактное взаимодействие пары «колесо — рельс» при различных сочетаниях упругих свойств материалов. Специалисты рассмотрели 12 комбинаций, где модуль упругости для полимерного слоя рельса принимался 50, 200 и 1000 МПа, для колеса — 50, 200, 1000 и 200 000 МПа. Показателем оптимальности было выбрано произведение максимального уровня контактных напряжений и площади пятна контакта. Чем меньше данный показатель, тем меньше удельное сопротивление качению колеса по рельсу, а значит, и энергозатраты на движение юнимобиля. Сочетание материалов со значением модуля упругости 1000 МПа как для рельса, так и для колеса определено как оптимальное.
Выводы
Эксперимент доказал, что долговечность несущих элементов легкого рельса определяется величиной изгибающего момента под колесом подвижного состава. Для обеспечения их требуемой надежности рекомендуется ограничить нагрузку на колесо до 2500 Н, а суммарную площадь проволок одного рельса при однорядном расположении выбрать не менее 2,3 см2.
По результатам расчета пятен контакта для различных сочетаний материалов колеса и рельса был предложен показатель, характеризующий удельное сопротивление качению колеса по рельсу. И здесь оптимальна контактная пара, где модуль упругости полимерной головки рельса равен модулю упругости материала колеса.
Telegram 
Дзен 
VK Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно