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 Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
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.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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.
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