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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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