РЕФЕРАТ

«Анализ влияния коэффициента трения на силы взаимодействия колесо – рельс с помощью компьютерного моделирования»

В данном дипломном проекте всего: стр.162, рис.36, табл. 25, прил.3, использованных источников 22 назв.

ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЕСО — РЕЛЬС, ТРИБОЛОГИЧСКАЯ СЪЕМКА, МОДЕЛИРОВАНИЕ БОКОВОГО ИЗНОСА, ЗАДАЧА ПРОГНОЗНОЙ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ, ИНТЕГРИРОВАНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЕСО –РЕЛЬС, ЭКОНОМИЧЕССКАЯ ЭФЕКТИВНОСТЬ ОТПРИМЕНЕНИЯ РЕЛЬСОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТРИБОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ.

В дипломном проекте выполнен анализ мировых исследований по проблеме контакта «колесо-рельс», произведена трибологическая съемка реально существующего участка пути с определением коэффициента трения по рельсовым нитям, проведено создание и сравнение моделей подвижных составов, моделирование бокового износа и движения модели подвижной единицы по исследуемому участку пути. Проведено экономическое сравнение результатов моделирования на основании полученной программно-экспериментальным методом работы износа.

На основании полученных результатов составлен графический материал, отображающий результаты моделирования бокового износа, достоинства и недостатки от применения пути с различными трибологическими характеристиками.

Разработанный проект отвечает требованиям экологичности и безопасности производства работ.

СОДЕРЖАНИЕ

Ведение……. 8

1Технико-экономические характеристики исследуемого района работ Екатеринбург – Пассажирской дистанции пути.. 10

1.1 Характеристика района работ. 10

1.1.1 Рельеф местности….. 10

1.1.2 Климат, гидрология. 11

1.1.3 Экономика района работ…. 13

1.2Технико-эксплуатационная характеристика путей Екатеринбург — Пассажирской дистанции пути (ПЧ-7) по состоянию на 01.01.2013 г…… 13

1.2.1 Развёрнутая длина главных путей. 14

1.2.2 Продольный профиль главного пути…… 14

1.2.3 План линии… 15

1.2.4 Земляное полотно…. 15

1.2.5 Вид и тип шпал без учёта негодных……… 15

1.2.6 Стрелочные переводы…….. 16

1.2.7 Протяжённость кривых участков пути….. 17

1.2.8 Общая грузонапряжённость 17

1.2.9 Средневзвешенная скорость……… 17

1.2.10 Средневзвешенный пропущенный тоннаж…… 18

1.2.11 Изолирующие и токопроводящие стыки 18

1.2.12 Искусственные сооружения и переезды 18

1.2.13 Типы рельсов и шпал…… 20

1.2.14 Род балласта 20

1.3 Характеристика исследуемого участка пути …….. 21

2. Научно – исследовательская часть. Исследования влияния коэффициента трения на систему взаимодействия колесо – рельс….. 22

2.1 Элементы системы взаимодействия колесо – рельс……… 23

2.2 Взаимодействие элементов системы колесо – рельс. Лубрикация 26

2.3 Исследование лубрикации в мире…. 30

2.4 Использование, исследование и испытание лубрикации на Свердловской железной дороге… 33

2.5 Оборудование для исследования фрикционных свойств контакта колесо – рельс……….. 34

2.5.1 Полномасштабное оборудование. Подвижные составы… 35

2.5.2 Полномасштабные стенды… 37

2.5.3 Масштабное оборудование.. 39

3 Трибологические измерения на участке «Лечебный – Компрессорный Свердловск – Пассажирской дистанции пути…. 41

3.1 Описание прибора трибометр с модулем М1С-212.. 41

3.2 Описание процесса измерения коэффициента трения с использованием трибометра.. 43

3.3 Характеристика исследуемой кривой………. 44

3.4 Работа с программой Readerот НПП «Мера»……. 44

3.5 Определение коэффициента трения после проезда рельсосмазывателя 28.08.2013 года….. 46

3.6 Определение коэффициента трения после проезда рельсосмазывателя 18.09.2013 года…… 52

3.7 Вывод о произведённых измерениях. 56

3.8 Требования охраны труда во время трибологической съёмки…… 57

3.8.1 Общие требования для проведения трибологической съёмки…. 57

3.8.2 Требования охраны труда при съёмке на станциях……… 61

3.8.3 Требования охраны труда при съёмке на перегонах……. 61

4 Компьютерное моделирование сил взаимодействия колесо – рельс при различных коэффициентах трения …….. 63

4.1 Описание программного комплекса «Универсальный механизм 6.0»…… 63

4.1.1 UM Loco……. 63

4.1.1.1 Сотрудничество с ОАО РЖД……. 64

4.1.1.2 UM Loco позволяет………. 64

4.1.1.3 Верификация программного комплекса.. 66

4.1.1.4 Опыт использования…….. 67

4.1.1.5 Инструменты UM Loco….. 70

4.1.1.6 UM Train….. 72

4.2 Подготовка к моделированию сил взаимодействия колесо – рельс и бокового износа….. 73

4.2.1 Создание модели подвижного состава…… 73

4.2.2 Модель 3D–вагона…. 78

4.2.3 Создание модели исследуемого участка пути…… 79

4.2.4 Проверка моделей подвижных составов на соответствие условиям моделирования…… 80

4.2.4.1 Испытание модели ПС60… 81

4.2.4.2 Испытание моделей ПС52, ПС5…. 81

4.2.4.3 Испытание моделей ПС5д, ПС2…. 83

4.2.4.4 Выбор модели по результатам испытаний…….. 84

4.3 Моделирование бокового износа в модуле эволюции профиля рельса …. 85

4.3.1 Износ рельсов 85

4.3.2 Модуль эволюции профиля рельса UM Simulation……… 86

4.3.3 Результаты моделирования бокового износа……. 88

4.3.4 Анализ полученных результатов бокового износа 96

4.4 Определение зависимости бокового износа рельса с разными коэффициентами трения по наружной рельсовой нити от пропущенного тоннажа…… 98

4.4.1 Подготовка данных, моделирование бокового износа….. 98

4.4.2 Решение задачи экстраполяционного прогнозирования бокового износа……… 101

4.5 Моделирование сил взаимодействия колесо – рельс 110

4.5.1 Описание находимых параметров… 110

4.5.1.1 Угол набегания…… 110

4.5.1.2 Боковые и рамные силы…. 113

4.5.1.3 Сила сцепления…… 114

4.5.2 Моделирование сил взаимодействия колесо – рельс……. 116

5 Экономическая эффективность внедрения пути с различными трибологическими характеристиками….. 121

Заключение.. 123

6 Автоматизированное рабочее место операторов ПЭВМ……. 125

6.1 Определение автоматизированного рабочего места. 125

6.2 Общие положения по охране труда… 126

6.3 Требования безопасности к производственнымпроцессам при работе на персональном компьютере 127

6.4 Санитарно – гигиенические нормы и требования безопасности к помещениям и оборудованию автоматизированного рабочего места . 130

6.4.1 Требования к рабочему помещению …….. 130

6.4.2 Требования к микроклимату рабочего помещения 131

6.4.3 Требования к освещению рабочего места… 132

6.4.4 Требования к оборудованию рабочего места……. 133

6.4.5 Средства индивидуальной защиты при работе за компьютером. 139

6.6 Требования электрической безопасности при работе за компьютером….. 140

6.6.1 Требования к качеству и организации питания персонального компьютера. 141

6.6.2 Особенности электропитания монитора… 142

6.6.3 Особенности электропитания системного блока.. 143

6.6.4 Требования электрической безопасности… 143

6.7. Требования пожарной безопасности. 144

7 Экспертиза дипломного проекта на соответствие экологичности и безопасности……… 146

7.1 Общие положения…… 146

7.2 Организационно-технические требования… 148

7.3Электробезопасность… 149

7.4 Средства индивидуальной защиты…. 149

7.5 Пожарная безопасность……… 150

7.6 Надзор и контроль за производством работ.. 150

7.7 Экологичность производства работ… 151

7.8 Организационно-социальные требования….. 151

7.9 Требования к графическим материалам……. 152

7.10 Заключение….. 152

Список использованных источников…… 153

Приложение А……. 155

Приложение В……. 156

Приложение С……. 161

Внимание!

Диплом № 3485. Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ дипломной работы, цена оригинала 1000 рублей. Оформлен в программе Microsoft Word. 

Оплата. Контакты.

ВВЕДЕНИЕ

Взаимодействие пути и подвижного состава — основополагающий физический процесс при движении вагонов, локомотивов и поездов по железным дорогам. Он во многом определяет такие показатели, как нагрузка на ось, статическая нагрузка вагонов, масса и скорость движения составов, а также основу основ — безопасность движения поездов. Условия взаимодействия в системе «колесо-рельс» оказывают существенное влияние на сроки службы и организацию содержания основных устройств пути и подвижного состава, на эксплуатационные затраты железных дорог.

От процессов, происходящих в контакте колеса и рельса площадью порядка 1,5см2, зависит работа подвижного состава железных дорог. Поскольку потребляемая энергия реализуется в этом контакте, а эффективное использование этой громадной по величине энергии зависит только от сцепления колеса с рельсом. Однако процессы, происходящие на контактной площадке колеса с рельсом, до настоящего момента не изучены.

Для изучения природы сцепления колеса с рельсом были предложены многочисленные теории. Однако достигнутый уровень науки о трении качения со скольжением до сих пор не позволяет объяснить теоретически основные закономерности, наблюдаемые в практике качения колеса по рельсу.

Причиной изъятия из пути значительной части рельсов (от 20 до 40 процентов всех изъятых) служат дефекты контактно-усталостного характера. Для их недопущения осуществляется целый комплекс мер: повышение чистоты рельсовой стали, строгое соблюдение технологии изготовления рельсов, оптимизация их неразрушающего контроля, управление интенсивностью износа рельсов и колес.

В данном проекте отображена проведенная работа по сбору информации характеристики местности, в которой будет производиться измерение коэффициента трения. Измерение будет производиться водной и той же кривой участка пути Шестаки-Углиуральская дважды с интервалом между измерениями 20 дней для получения объективных данных об изменении трибологических характеристик рельсовой колеи в кривой с момента прохода рельсосмазывателя с увеличением пропущенных экипажей по участку. Полученные коэффициенты трения в результате трибологической съёмки в процессе дальнейшего моделирования являются изменяемыми внешними условиями характеризующими эволюцию профиля рельса – боковой износ.

В проекте представлены результаты взаимодействия разработанной модели сцепления колеса и рельса, возникающего при взаимодействии ходовых частей подвижного состава и пути с изменяемыми коэффициентами трения в пакете программ Universal Mechanism для изучения сил взаимодействия колесо – рельс и бокового износа рельса в модуле эволюции UM

На основании экспериментальных данных эволюции профиля рельса выполнено решение задачи прогнозной экстраполяции для нахождения функциональной зависимости бокового износа от пропущенного тоннажа при изменении трибологических характеристик рельсовой нити.

В пояснительной записке, а также в графической части отображены все составляющие части проекта, разработка моделей подвижных составов, и модели пути, тяговые расчеты, моделирование бокового износа и непосредственно сил взаимодействия контакта колесо-рельс и в конечном итоге сравнение полученных результатов в зависимости от варьируемых внешних условий моделирования. Выполнено экономическое сравнение полученных результатов.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМОГО УЧАСТКА БЕРЕЗНИКОВСКОЙ ДИСТАНЦИИ ПУТИ

1.1 Характеристика района работ

1.1.1 Рельеф местности

Березниковская дистанция пути находится на территории Пермского края и относится к Уралу – Уральской равнинной горной стране.

Урал — это территория между Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнинами. В составе Урала: Уральская горная система, вытянутая почти меридионально к Югу от берегов Карского моря.

Пермский край расположен в северо-восточной части Восточно-Европейской равнины (около 80 %) и на западных склонах Среднего и Северного Урала (около 20 %). Западная и центральная части региона представляют собой всхолмлённую равнину, которая плавно повышается в восточном и южном направлениях. Равнинная часть Пермского края имеет высоту главным образом от 200 до 400 м над уровнем моря. В рамках равнины выделяют отдельные возвышенности: Северные Увалы (на северо-западе края), Верхнекамская возвышенность (на крайнем западе), Оханская возвышенность (в центральной части), Тулвинская возвышенность (на юге) и Уфимское плато (на крайнем юго-востоке). Наибольшей высоты достигает Тулвинская возвышенность, высшая точка которой, гора Белая, составляет 446 м над уровнем моря. Высота горы Осиновая Голова, также расположенной в пределах данной возвышенности составляет 430 м. Площадь края составляет 160 237 км². Территория края вытянута приблизительно на 645 км с севера на юг и на 417,5 км с запада на восток. 99,8 % площади края расположено в Европе, 0,2 % — в Азии. Границы края извилисты и имеют протяжённость более 2 200 км. В геологическом отношении территория региона представлена восточной оконечностью Восточно-Европейской платформы, которая к востоку сменяется Предуральским краевым прогибом и Уральской складчатой областью. Пермский край граничит с пятью субъектами федерации: республикой Коми (на севере), Свердловской областью (на востоке), республикой Башкортостан (на юге), Удмуртской республикой (на западе и юго-западе) и Кировской областью (на западе). Почти 71 % от общей площади региона занимают леса – это около10138,9 тыс. га

Рельеф Пермского края сформировался при образовании Уральских гор около 250 миллионов лет назад и в ходе последующего накопления осадочных пород на кристаллическом фундаменте платформы. В западной части края (около 85 % его территории), расположенной на восточной окраине Русской равнины, преобладает низменный и равнинный рельеф. В восточной части края (около 20 % его территории), где проходят Уральские горы, рельеф имеет горный характер: среднегорный для Северного Урала и низкогорный для Среднего Урала. Граница между ними проводится по подножию горы Ослянка

Тектонические движения вызывают поднятие и опускание земной поверхности, создают ее неровности, а экзогенные наоборот сглаживают их, разрушая горные поднятия или возвышенности и заполняя впадины рыхлыми отложениями.

В регионе преобладают почвы подзолистого типа (около 64 % от общей площади), среди которых в свою очередь преобладают дерново-подзолистые (38,8 % от общей площади), подзолистые (22,8 %) и торфянисто-подзолистые оглеенные (2,4 %). В целом характеризуются низким содержанием гумуса и кислой реакцией среды. В юго-восточной части края, в Кунгурском и Суксунском районах, развиты серые лесные почвы и оподзоленные чернозёмы (3,3 % от общей площади). Светло-серые почвы по плодородию близки к дерново-позолистым, а серые и оподзоленные чернозёмы более плодородны. На крутых склонах и перегибах небольшими участками встречаются дерново-карбонатные почвы (2,2 % от общей площади). В поймах рек распространены аллювиальные дерново-кислые почвы (5,1 % от общей площади); отличаются относительно высоким плодородием. Болотные почвы составляют 3,5 % от общей площади, а горные почвы — 14,2 %

1.1.2 Климат, гидрология

Климат Пермского края — умеренно-континентальный. Зима холодная, продолжительная. Средняя температура января на северо-востоке края -18,5°C, на юго-западе -15°C. Минимальная температура (на севере края) составила -53°C. Лето умеренно тёплое; на Юго-востоке жаркое. Средняя температура июля 13 0С на Северо-востоке и 18 0С на Юго-западе.

Среднее годовое количество осадков изменяется от 410—450 мм на юго-западе края до 1000 мм на крайнем северо-востоке. Большая часть осадков приходится на тёплую половину года. Максимальная высота снежного покрова отмечается в первой половине марта и составляет в среднем от 50—60 см на юге края до 100 см — на северо-востоке. Постоянный снежный покров формируется на юге края — в середине ноября, а на севере — в конце октября и держится в среднем 170—190 дней в году Осадков на равнинах Зауралья от 500 на Севере до 350-400 мм. в год на Юго-востоке, больше осадков на Юго-западе и в горах (до 500-600 мм. и более).

По обеспеченности водными и гидроэнергетическими ресурсами Пермский край занимает первое место на Урале. Территория края характеризуется густой гидрологической сетью, которая развита достаточно равномерно. На один квадратный километр площади на юге края в среднем приходится 0,4 км речной сети, а на севере края — до 0,8 км. Объём речного стока составляет около 57 км³ в год, при этом, более 80 % от этого значения формируется в пределах края, а оставшаяся часть поступает из Кировской и Свердловской областей. Всего в Пермском крае имеется свыше 29 000 больших и малых рек, общей протяженностью около 90 тысяч км. Большая часть рек региона относится к бассейну реки Камы, которая является крупнейшей водной артерией края и седьмой по длине рекой России.

1.1.3 Экономика района работ

Пермский край богат разнообразными полезными ископаемыми, что объясняется сложным рельефом горной и равнинной частей края. Здесь добываются: нефть, газ, каменный уголь, минеральные соли, золото, алмазы, хромитовые руды и бурые железняки, торф, известняк, драгоценные, поделочные и облицовочные камни, строительные материалы.

Пермский край — один из экономически развитых регионов России. Основа экономики края — высокоразвитый промышленный комплекс. Ключевые отрасли промышленности: нефтяная, химическая и нефтехимическая, чёрная и цветная металлургия, машиностроение, лесопромышленный комплекс.

В Пермском крае ежегодно добывается около 10 млн тонн нефти. Добыча нефти сконцентрирована на юге и севере края. Предприятия нефтегазохими-

ческой промышленности края осуществляют, в основном, первичную переработку сырья. Ведущей отраслью химической промышленности является производство минеральных удобрений, на долю края приходится 100 % производства калийных удобрений в России. В Пермском крае расположено крупнейшее в мире Верхнекамское месторождение калийных солей. Добыча руды и производство калийных удобрений осуществляется в Березниках и Соликамске. Цветная металлургия базируется на переработке руды Верхнекамского месторождения калийных солей, содержащей магний и редкие металлы. В машиностроении важную роль играет производство продукции военного назначения. В Пермском крае производятся авиационные и ракетные двигатели, нефтедобывающее и горно-шахтное оборудование, бензомоторные пилы, аппаратура связи, суда, кабельная и другая продукция. Лесопромышленный комплекс края базируется на использовании богатейших лесных ресурсов Прикамья. Лесозаготовительные мощности расположены преимущественно на севере края.

1.2 Технико-эксплуатационная характеристика путей Березниковской дистанции пути (ПЧ-14) по состоянию на 01.01.2014 г

Всего развернутая длина путей – 622,648 км в том числе главных – 350,754 км в том числе законсервированных – 22,084 км; станционных — 183,700 км в том числе законсервированных – 10,941км ; подъездных и прочих путей – 55,169 км

Обслуживание выбранного направления общей протяженностью 622,648 километров осуществляется Березниковской дистанцией пути.

Земляное полотно

Протяженность водоотводных сооружений составляет, км: кюветы – 123,855; нагорные канавы –51,183; водоотводные канавы – 70,453; прорези и дренажи – 8,852 ;

На Березниковской дистанции пути имеются участки с деформирую щимся земляным полотном, развернутая длина которых равна 28,379 км, в т.ч. пучинистых участков 0,525 км с пучинами до 25 мм; выветривание скального откоса выемки, угрожающее обвалом – 20м; карстовые явления – 2,431 км.

На главных путях уложены рельсы Р-65–515,419 км; на приемо–отправочных путях Р-65 – 96,763 км; Р-50 – 0,524 км; на станционных – Р-65–139,602 км; Р-50–44,003км; Р-43–0,095км.; подъездных и прочих путях Р-65 – 25,688 км; Р-50 – 28,493 км; Р-43 – 0,988 км.

По данным технического паспорта с приведенным износом от 0 до 12 мм. рельс Р-65 – 350,754 км, а боковой износ от 0 до 10мм. Р-65 – 12,63 км Протяженность звеньевого пути с длинной рельсов 25,0 м Р-65 – 152,258 км. Протяжение бесстыкового пути изрельс Р-65 – 198,258 км.

План линии

Протяжение, км: прямые участки – 169,460 км ; кривые участки, всего – 570 шт. их протяжение составляет 181,294 км, в том числе по радиусам: 299м и менее – 2,609 км; 300÷350м – 10,992 км; 351÷500м – 60,357 км; 501÷650м – 110,432 км; 651и более – 70,861

Вид и тип шпал без учета негодных

Главные пути: деревянные – 223,740 тыс.шт. (45,101 км); железобетонные первого срока службы – 431,042 тыс.шт. (208,428 км).

Средняя эпюра шпал – 1840 шт/км.

Шпалы негодные. Главные пути: деревянные – 24,557 тыс.шт. или 10,95 % от общего количества; железобетонные – 3,561 тыс.шт. или 0,8 %.

Стрелочные переводы

Стрелочные переводы (по данным ПЧ-14). Общее количество – 668 комплектов в том числе из рельс Р-65 – 452 , Р-50 – 215 и Р-43 – 1. На главных путях 157 комплектов; на станционных всего 406; на подъездных путях – 93 комплекта.

Оборудовано пневмообдувкой всего 346 комплекта. На щебеночный и асбестовый балласт уложено 668 комплектов. Количество перекрестных стрелочных переводов 4 комплекта. Переводных брусьев (комплект), всего 615. Переводные брусья железобетонные (комплект): всего 126; деревянные 489.

Изолирующие и токопроводящие стыки.

Изолирующие стыков на главных путях 1040 шт. из них клееболтовые –126шт., композиционные – 471шт., металлокомпозиционные – 24шт., АпАТеК – 419шт.

Искусственные сооружения и переезды.

На дистанции расположено 72 шт. ИССО, протяженность 2301,96 погонных метров. Переездов 22 шт., в том числе через главные и станционные пути – 16 шт., неохраняемых- 14 шт.

Протяжение кривых участков пути

Железнодорожный путь в плане по техническим условиям должен соответствовать утвержденной документации и требованиям «Инструкции по текущему содержанию пути» №774 от 01.08.2000 г. Протяжение кривых участков пути по дистанции составляет 181,294 км или 51,7 % от развернутой длины главных путей. Несмотря на сравнительно небольшую протяженность, кривые оказывают существенное влияние на надежную работу пути в целом. Связанно это с тем, что в кривых по сравнению с прямыми участками пути значительно выше уровень горизонтальных поперечных сил, которые тем больше, чем меньше радиус и выше скорости движения поездов.

Техническое характеристика верхнего строения пути

Типы рельсов и шпал

В Березниковской дистанции пути по состоянию на 01.01.2014 года на протяжении 198,496 км уложен бесстыковой путь. На протяжении 198,496 км развернутой длины главных путей направления использованы термоупрочненные рельсы типа Р–65. Протяжение бесстыкового пути на железобетонных шпалах составляет 198,496 км.

Протяжение с рельсами, пропущенными сверхнормативный тоннаж по данным технического паспорта на бесстыковой путь составляет 0 км (0 % от развернутой длины).

Род балласта

Асбестовый род балласта в дистанции пути составляет всего 122,094 км из них 112,4 км с загрязненностью более 30%. Основной род балласта на всем протяжении щебеночный, составляет 228,374 км, с загрязненностью более 30% — 1 км. В связи с переходом на «новую систему ведения путевого хозяйства», которая предусматривает типизацию верхнего строения пути в зависимости от класса, при усиленном капитальном ремонте укладка пути будет осуществляться на щебеночном балласте.

1.2.8 Средняя грузонапряженность

Средняя грузонапряженность устанавливается по формуле:

, (1.1)

где Г0– средняя грузонапряженности пути, млн. т км брутто на 1 км пути в год;

Г1, Г2,…,Гп – кол-во перевозимых грузов по отдельным участкам пути, млн. т км брутто на 1 км пути в год;

Г1, L2,…,Ln– протяженность соответствующих участков пути, км.

Г0=44,4 млн. т км брутто/км в год

1.2.9 Средневзвешенная скорость

Средневзвешенная скорость пассажирских поездов устанавливается по формуле:

(1.2)

гдеV0- средневзвешенная скорость по участку пути, км/ч;

V1, V2,…,Vn– установленная скорость пассажирских поездов отдельных

участков пути, км/ч;

L1, L2,…,Ln – протяженность соответствующих участков пути, км.

V0 =60 км/ч

1.2.10 Средневзвешенный пропущенный тоннаж

Средневзвешенный пропущенный тоннаж устанавливается по формуле:

, (1.3)

гдеT0 – средневзвешенный пропущенный тоннаж, млн. т брутто на 1 км пути;

Т1, Т2,…,Тп– пропущенный тоннаж отдельных участков пути, млн. т брутто;

L1, L2, …,Ln– протяженность соответствующих участков пути, км.

328 млн. т км брутто

1.3 Характеристика исследуемого участка пути

Измерения коэффициента трения производились на Каменск-Уральском направлении Екатеринбург-Пассажирской дистанции пути на второй кривой нечётного направления перегона Лечебный – Кольцово 28 августа и 18 сентября 2013 года. Параметры измеряемой кривой: левая, У — 18◦58’01”, R — 540 м, Т – 140,32 м, К – 278,76 м, lp1 — 100 м, lp2 — 100 м, Δhнр – 64 мм, грузонапряжённость на участке 96,66 млн тонн брутто в год. Скорость движения поездов – 40 км/ч

2 НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ НА СИСТЕМУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОЛЕСО-РЕЛЬС

Научное исследование — процесс изучения, эксперимента, концептуализации и проверки теории, связанный с получением научных знаний. Исследования влияния коэффициента трения в системе колесо — рельс, направлены преимущественно на применение новых знаний для достижения практических целей, решения конкретных задач, таких как увеличение срока службы рельсов, колёсных пар, уменьшение эксплуатационных затрат на движение в кривых, на содержание рельсовой колеи и проч. Следовательно данные научные исследования носят прикладной характер.

Характер взаимодействий в системе «колесо-рельс» определяется многими факторами, важнейшими из которых являются динамические, зависящие от конструкции, технического состояния подвижного состава, пути и условий их взаимодействия, а также трибологические: давление в месте контакта, проскальзывание, состояние поверхностей, температурный режим.

Заинтересованность многочисленных исследований по проблеме взаимодействия подвижного состава и пути выполненных в России и за рубежом, а также продолжающихся в настоящее время, обусловлена тем, что эта проблема, кроме чисто экономического аспекта (потери энергетических ресурсов на преодоление сопротивления движению, износ колес, рельсов и т. п.), тесно связана с безопасностью движения на железнодорожном транспорте. Так в период с 1985 года в России фактическая интенсивность бокового износа в 3 — 6 раз превышала предусмотренную нормами эксплуатации пути и подвижного состава. Срок службы бандажей колесных пар локомотивов сократился с 6 — 7 лет в начале 1980-х годов до 2- 3 лет в 1990-е годы. Выход рельсов из-за предельного бокового износа за 10 лет увеличился более чем в 3 раза [2].

Исследованиями Ассоциации американских железных дорог установлено, что в определенных условиях сочетание изношенных поверхностей колес и рельсов приводит к образованию больших боковых сил, приводящих к авариям поездов из-за раскантовки рельсов. Исследования, проведенные ВНИИЖТ, показали, что для обеспечения устойчивости колес к сходу с рельсов, имеющих боковой износ выше нормированного, требуется снизить величину боковых сил на 40- 50 %. Отмечено положительное влияние уменьшения трения на изношенной боковой грани рельсов в кривых и угла набегания колесной пары на повышение устойчивости колес к сходу с рельсов [2].

Актуальность экспериментального исследованияфрикционных свойств контакта «колесо-рельс» определяется целым рядом причин, связанных с безопасностью эксплуатации железных дорог, повышением их надежности и производительности. Целью таких исследований могу быть:

расследование инцидентов (проезд запрещающего сигнала светофора, остановка состава и т.п.);

оценка способов управления сцеплением (очистка рельсов, лубрикация);

мониторинг фрикционного состояния железнодорожной сети;

контроль сцепления в исследовательских целях;

лабораторные исследования;

проверка технических решений (например, тормозной системы).

2.1 Элементы системы взаимодействия колесо – рельс

Разберём по элементам составляющие системы колесо — рельс.

Колесная пара (рисунок 2.1) представляет собой два имеющих коническую поверхность колеса с гребнями, закрепленных на жесткой оси. Гребни колес спроектированы (рисунок 2.2) таким образом, чтобы снизить вероятность набегания гребня на головку рельса при возникновении значительных по величине поперечных сил и ограничить интенсивность износа гребней и боковых граней головок рельсов.

Рисунок 2.1 — Колёсная пара.

В свою очередь, поперечный профиль головки рельса (рисунок 2.3) представляет собой комбинацию сопряженных дуг различных радиусов и спроектирован таким образом, чтобы удовлетворять требованиям по ограничению напряжений в зонах контакта с колесами, уменьшению вероятности набегания гребней колес на головку рельса и реализации устойчивых динамических показателей подвижного состава. К указанным факторам относятся также трение и линейное перемещение (проскальзывание) колес относительно рельсов в процессе качения.

Рисунок 2.2 — Бандаж колёсной пары вагона ГОСТ 5000-83

Для качения колес по рельсам необходимо определенное трение (сцепление). Трение необходимо оптимизировать по величине и направлению; оно должно быть достаточным для обеспечения эффективного торможения, но не чрезмерным, чтобы не вызывать непроизводительных потерь энергии, значительных боковых усилий, приводящих к повреждению пути, и интенсивного износа пути и подвижного состава. Величина коэффициента трения зависит от состояния контактирующих поверхностей колес и рельсов, геометрических параметров пути и профиля колес.

Практически всегда при контакте качения имеет место микропроскальзывание, величина которого зависит от геометрических параметров контактирующих поверхностей, приложенного к колесу вращающего момента (например, при торможении) и упругости применяемой стали.

Рисунок 2.3 — Поперечный профиль рельса Р65 Т1 ГОСТ Р51685-2000

Существуют три вида проскальзывания и, соответственно, три вида связанного с ними трения:

продольное (в направлении качения колес);

поперечное (перпендикулярное оси пути);

проскальзывание вращения (боксование или юз).

Продольное трение для колес вагонов необходимо при торможении, а для колес локомотивов — при тяге и торможении. Фактически этот вид трения является наиболее важным. Очень небольшое по величине поперечное трение необходимо при прохождении кривых. Значительное по величине поперечное трение приводит к повреждениям пути и является причиной интенсивного износа рельсов и повышенного расхода энергии. Проскальзывание и трение вращения, как правило, имеют небольшую величину и не вызывают существенных негативных последствий.

Фактическая величина трения зависит от степени проскальзывания и состояния поверхностей контактирующих элементов — наличия или отсутствия смазки, шероховатости и т. д. В настоящее время геометрические параметры рабочих поверхностей колес и рельсов приближены к оптимальным.

2.2 Взаимодействие элементов системы колесо – рельс. Лубрикация

Один из способов управлять трением – введение в зону контакта колеса и рельса третьего тела, для снижения коэффициента трения – лубриканта. Традиционно лубрикация применяется для боковой поверхности рельса и гребня колеса с целью поддержания в зоне контакта «колесо-рельс» оптимизирующих значений коэффициента трения: на боковой поверхности головки рельса – менее 0,20; на поверхности катания – от 0,30 до 0,40 5. При этом трение снижается на боковой грани наружного рельса, имеющего возвышение, а внутренний рельс при этом подвергается уплощению головки и волнообразному износу. Кроме того, введение лубриканта в кривых участках пути не решает проблем виляния на прямых участках.

Вплоть до начала 90-х годов прошлого века считалось, что для обеспечения оптимального взаимодействия колес с рельсами рабочие поверхности головки рельса должны поддерживаться в чистом и сухом состоянии, что позволяет реализовать необходимое для процессов тяги и торможения сцепление.

Однако при этом в кривых наблюдается интенсивный износ этих поверхностей. В кривой имеющий возвышение наружный рельс подвержен интенсивному износу в зоне сопряжения боковой грани и поверхности катания головки, а расположенный ниже внутренний рельс — значительному уплощению головки и волнообразному износу. В прямых участках пути на рельсах приходится прибегать к ограничению максимально допустимой скорости вследствие поперечной динамической неустойчивости подвижного состава.

Рисунок 2.4 — Силы во взаимодействии колесной пары и рельсов в кривой

На рисунке 2.4 представлены силы, воздействующие на колесную пару в кривой. Поперечное проскальзывание, неизбежно возникающее в кривой из за наличия угла набегания гребня колеса на рельс, приводит к действию поперечных сил C1L1 и C2L2. Величины этих сил возрастают при увеличении массы вагона и уменьшении радиуса кривой.

Проведенные на железной дороге NS испытания показали, что величина поперечных сил, воздействующих на рельсы в кривых при прохождении одной колесной пары, достигает 90 кН и более. Эти силы действуют на оба рельса в направлении от оси пути [3]. При этом на наружный рельс воздействует гребень колеса (сила направлена наружу кривой), а на внутренний — коническая поверхность катания (сила направлена внутрь кривой). Возникающий вследствие этого износ головок внутреннего и наружного рельсов показан на рисунке 2.5. Уплощение верхней поверхности головки внутреннего рельса из за интенсивного взаимодействия с колесами со временем приводит к его волнообразному износу и необходимости шлифования для восстановления оптимальной формы головки в плане и профиле.

Рисунок 2.5 — Износ внутреннего и наружного рельса в кривой

Нанесение смазки на поверхность катания головки внутреннего рельса обеспечивает существенное (с 90 до 45 кН) снижение поперечных сил и, следовательно, повреждаемости пути и расхода топлива на тягу. Воздействие значительных по величине поперечных сил при движении поезда приводит также к динамическому увеличению ширины колеи, в некоторых случаях — до недопустимых величин, превышающих установленное предельное значение, что может вызвать сход подвижного состава с рельсов. При этом в статическом состоянии ширина колеи может оставаться в допустимых пределах. Применение традиционных способов смазывания рабочих поверхностей головок рельсов не позволяет существенно снизить величины воздействующих на рельсы поперечных сил и вызываемые ими отрицательные последствия. На рисунке 2.6 показаны типичные результаты воздействия колес на наружный рельс в кривой. Обычно отмечается ослабление забивки костылей, а в отдельных случаях — их частичный или полный срез. Кроме того, подрельсовые подкладки при этом врезаются в тело шпалы.

Рисунок 2.6 — Силовые воздействия на наружный рельс и его последствия

В связи с достаточно большим числом случаев излома костылей на железной дороге NS было проведено тщательное изучение этой проблемы. В частности, были измерены напряжения, возникающие в костылях. Исследования показали, что смазывание рабочей грани головки рельса позволяет существенно снизить указанные напряжения. Рассмотренные повреждения, вызванные воздействием на рельсы значительных по величине поперечных сил, могут быть существенно меньше при смазывании поверхности катания головки рельса; еще больший эффект может быть достигнут при одновременном смазывании рабочей грани [3].

Необходимым условием высокой эффективности лубрикации рельсов является применение специальных смазочных материалов или модификаторов трения и тщательно отработанной методики их нанесения. Смазочный материал должен снижать коэффициент трения для колес грузовых вагонов на поверхности катания головки рельса до величины, равной примерно 0,3, при нанесении тонким слоем (пленочное покрытие). При увеличении толщины слоя коэффициент трения станет еще меньше. Изменение коэффициента трения за счет толщины слоя смазки должно быть плавным и контролируемым с обязательным учетом времени года и фактической погоды.

Для поверхности катания и рабочей грани головки рельса нужно разное количество смазочного материала. Во избежание непроизводительных потерь и загрязнения пути смазочный материал наносится только там, где это необходимо. Важно исключить попадание смазки на колеса локомотивов и контролировать подачу материала в зависимости от направления движения, что особенно важно для протяженных уклонов и мест входа в кривые. В идеальном варианте смазывание поверхности катания и рабочей грани головки рельса должно выполняться одним лубрикатором, расположенным в середине кривой, что позволяет достичь максимальной протяженности участка, охватываемого эффектом смазывания.

Целью управления трением является получение определенного коэффициента трения в определенных зонах колеса или рельса, а не просто его снижение. Управление трением играет важную роль в снижении износа, сопротивления движению, шума и вибрации, а также в оптимизации взаимодействия колеса с рельсом.

2.3 Исследования и испытания лубрикации в мире

Концепция смазывания рабочих поверхностей головки рельса была сформулирована в 1987 – 1988 гг. в лаборатории железнодорожных технологий Иллинойского технологического института (Чикаго, США). В начале 1990 х годов специалисты института разработали компьютерную модель и провели анализ затрат энергии и износа рельсов при движении поезда в прямых и в различных условиях взаимодействия колес с рельсами в области поверхности катания и рабочей грани головки рельса. Полученные в результате исследований данные были обнародованы в 1995 г. на Объединенной конференции по исследованиям в области железнодорожного транспорта Американского общества инженеров-механиков (American Society of Mechanical Engineers, ASME) и Института инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical & Electronic Engineers, IEEE).

Исследования показали, в частности, что в прямых при смазывании рабочих поверхностей головки рельса за счет уменьшения величины коэффициента трения с 0,5 (при сухой поверхности) до 0,3 возможно существенное снижение расхода энергии на тягу и износа элементов подвижного состава и пути. В кривых потенциальный эффект может быть еще более значительным.

В связи с этим потребовалось создание специальных смазочных материалов или модификаторов трения, применение которых позволило бы снизить величину коэффициента трения примерно до 0,3 и было безопасно для окружающей среды. В 1990 г. к разработке такого смазочного материала подключилось исследовательское подразделение компании Texaco, и в 1993 г. железная дорога Norfolk Southern (NS) впервые провела испытания технологии смазывания рабочих поверхностей головки рельса в реальных эксплуатационных условиях. Уже в течение первого года были получены результаты, подтвердившие правильность предложенной концепции, однако потребовалось еще несколько лет для разработки и совершенствования смазочного оборудования и систем управления процессом.

В 1996 – 1997 гг. министерство энергетики США совместно с Федеральной железнодорожной администрацией (FRA) организовали проведение в Центре транспортных технологий (TTC) испытаний технологии смазывания рабочих поверхностей головки рельса с тщательным контролем параметров. Результаты полностью подтвердили данные, полученные ранее железной дорогой NS, и позволили сделать вывод, что применение этой технологии позволяет существенно снизить расход дизельного топлива на тягу поездов и величины поперечных сил, возникающих при взаимодействии колес с рельсами в кривых. В начале 1998 г. министерство энергетики и FRA организовали испытания на горном участке Корбин (штат Кентукки) — Картерсвилл (штат Джорджия) железной дороги CSX Transportation (CSXT). Полученные результаты свидетельствовали, что средний расход топлива на тягу поездов за оборотный рейс снизился на 7,83 % при сохранении приемлемых показателей управляемости, контроля скорости движения поездов и тормозных характеристик.

В 1997 г. TTC провел испытания трех различных систем, предназначенных для реализации предложенной технологии лубрикации рельсов, по итогам которых был сделан вывод об их пригодности для постоянного использования и отсутствии каких либо негативных последствий их применения. Во время испытаний на кольцевом маршруте экономия топлива за счет снижения сопротивления движению в кривых составила около 13 %. Поперечные силы, воздействующие на рельсы в кривых, удалось снизить на 5 – 45 % в зависимости от радиуса кривой и типа вагона, ухудшение тормозных характеристик не наблюдалось, уровень шума при движении поезда существенно снизился.

В дальнейшем испытания технологии смазывания рабочих поверхностей головки рельса были проведены еще на нескольких железных дорогах, в частности Union Pacific (UP) и Canadian National (CN). Испытания проводились с использованием рельсосмазывателей, установленных на подвижном составе. Данная технология может быть в равной степени эффективно реализована с использованием как бортового, так и напольного оборудования, поскольку способствует улучшению характеристик взаимодействия в системе колесо — рельс независимо от источника смазки. В настоящее время оборудование для смазывания рабочих поверхностей головки рельса выпускают несколько компаний. Технология получила признание как эффективный метод лубрикации. Подтверждением этому является ее использование более чем на 70 % сортировочных станций железных дорог Северной Америки, что позволило улучшить параметры взаимодействия пути и подвижного состава, экономические и экологические показатели. Учитывая высокую эффективность технологии, многие железные дороги внедрили ее и на перегонах магистральных линий [3].

2.4 Использование, исследования и испытания лубрикации на Свердловской железной дороге

На Свердловской железной дороге согласно ТУ 0254-001-29269674-2012 используется графитная смазка «КР – 400».

Смазка «КР-400» применяется при температурах окружающей среды от минус 45 до плюс 50°С, в том числе в условиях 100 % влажности, изготавливается на основе минерального масла, загущенного литиевым мылом жирной кислоты и содержит антифрикционную, адгезионную, и антикоррозионную добавки.

В условиях эксплуатации смазка должна соответствовать следующим техническим требованиям:

Легко наноситься, не разбрызгиваться и удерживаться на боковой грани головки рельса при:

скоростях движения передвижного рельсосмазывателя от 5 км/ч до 140 км/ч;

рабочем давлении в системе до 15МПа;

нормированном расходе смазочного материала передвижным рель-сосмазывателем до 350 г/км;

Коэффициент трения на боковой грани головки рельса в зоне наибольшего контактного давления не должен превышать значения :

непосредственно после нанесения смазочного материала  0,15;

после пропуска 15000 осей  0,25.

Кафедрой «Путь и железнодорожное строительство» УрГУПС совместно со Свердловской железной дорогой впервые было проведено исследование с целью измерения ресурса используемой смазки. Согласно Распоряжению ОАО «РЖД» от 20.01.2012 № 81р «Об утверждении Методики планирования и нормирования расхода смазочных материалов для лубрикации зоны контакта «колесо-рельс»  смазка для лубрикации рельсов на перегонах должна иметь ресурс не менее 19 тыс. осей при осевой нагрузке грузовых вагонов >= 23,5 т в кривых радиусом при движении грузового поезда со скоростью, соответствующей непогашенному ускорению 0,3 м/с <= а <= 0,3 м/с , и удельном расходе не более 300 г/км.

Смазывание рабочих поверхностей головки рельса в последние годы приобрело широкое распространение в эксплуатационной практике железных дорог. Эффективные технологии лубрикации рельсов позволяют улучшить взаимодействие и уменьшить износ в системе колесо — рельс, повысить безопасность и сократить расходы на содержание пути и подвижного состава

Эффективная технология смазывания головки рельса позволяет существенно улучшить взаимодействие рельсов с колесами, повысить безопасность перевозочного процесса, сократить эксплуатационные расходы и, соответственно, обеспечить рентабельность железных дорог [3].

2.5 Оборудование для исследования фрикционных свойств контакта колесо – рельс

Рисунок 2.7 — Классификация оборудования используемого для исследования контакта «колесо-рельс».

В зависимости от поставленной цели исследований может применяться то или иное оборудование, классификация которого приведена на рисунке 2.1.

Как видно из схемы (рисунок 2.1), все оборудование, используемое для исследования фрикционных свойств контакта «колесо-рельс», можно разделить на две группы — полномасштабное и масштабное.

2.5.1. Полномасштабное оборудование. Подвижные составы

Общим достоинством полномасштабного оборудования является отсутствие масштабных эффектов. Это позволяет переносить получаемые результаты (величину коэффициента сцепления, уровень скольжения, интенсивность износа, размер пятна контакта и т. п.) непосредственно на эксплуатационные условия.

Оценка уровня коэффициента сцепления может быть произведена при использовании ПС, находящегося в эксплуатации. Оценка носит косвенный характер и может производиться во время испытаний на торможение или по показаниям штатных приборов.

Достаточно полные исследования процесса сцепления колес с рельсами при торможении, зависимости его протекания от внешних факторов были проведены ВНИИЖТом и МГУПС (МИИТ) в 1956… 1958 гг.

Эксперименты, проведенные ВНИИЖТом в 70-е годы, во время которых поставлено 1500 опытов, а также обследован полигон длиной более 30 000км на важнейших направлениях сети, в целом подтвердили результаты предыдущих исследований, однако при этом позволили внести ряд уточнений и дополнений.

Оценка величины коэффициента сцепления может производиться и по показаниям штатных устройств, установленных на подвижном составе. К таким устройствам можно отнести бортовые самописцы, системы контроля положения подвижного состава в пространстве (например, созданные на основе GPS) и системы контроля скольжения.

Если оценка сцепления осуществляется по показаниям самописца, то с ленты самописца снимаются показания об изменении скорости и времени, за которое это изменение произошло. Вычисляется ускорение и далее значение коэффициента сцепления.

В конструкцию ПС могут быть внесены изменения, позволяющие использовать его в качестве трибометрического. При этом должна быть обеспечена возможность измерения вертикальной нагрузки на колесо (колесную пару), а также усилий, действующих в горизонтальной плоскости (проекций силы сцепления). Для условий движения в режиме тяги (торможения) производятся также замеры скольжения колеса относительно рельса.

Британские ученые с 1972 по 1996 год изучали сцепление колес с рельсами, используя специальный состав, который был назван Tribometertrain. Общий вид состава приведен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 — Специальный состав британских железных дорог (Tribometer train) для изучения сцепления колеса с рельсом.

Были исследованы многие вопросы. Среди них — влияние на коэффициент сцепления дождя, прохождение туннелей, кривизны пути и скорости движения, опавшей листвы на железнодорожный станциях, проблемы, связанные с неисправными лубрикаторами, и т. п. Накоплен большой статистический материал, который позволил прогнозировать естественный уровень сцепления в эксплуатации.

Для испытаний в условиях эксплуатации ОАО «Тверской вагоностроительный завод» был предоставлен серийный вагон модели 61-4170 состава поезда «Невский экспресс» массой 57,9 т. Вагон имел поосную систему торможения с дисковыми тормозами, включавшую в себя процессорное противоюзное устройство «Барс-4» производства АДС «Норд-Вест» в комплекте со сбрасывающими трехпозиционными клапанами № 182-01 и сигнализатором давления № 115 А производства ОАО «Трансмаш».

а) б)

Рисунок 2.9 — Расположение дискового тормоза на вагоне модели 61-4170 (а) и образец записи параметров опыта с небольшим относительным проскальзыванием колесной пары (б).

2.5.2 Полномасштабные стенды «колесо-рельс»

В таких стендах в качестве контактной пары используется реальные колесо и рельс.

Пример стенда приведен на рисунке 2.10. Как видно из рисунка, стенд представляет собой раму с закрепленными на ней полноразмерным колесом 2 и участком рельса 3. С помощью домкрата 1 к колесу прикладывается вертикальное (до 110kN), а с помощью устройства 4 — боковое (до 30kN) усилие. Устройство 6 перемешает рельс с заданной скоростью, а устройство 5 вращает колесо таким образом, чтобы обеспечить заданное скольжение (0.3%).

Стенд работает следующим образом: после приведения поверхностей колеса и рельса в необходимое фрикционное состояние и ориентации колеса относительно рельса (задания угла атаки), к колесу прикладываются вертикальное усилие. Затем с помощью устройств 5 и 6 колесо и участок рельса одновременно приводятся в движение. При этом обеспечивается заданная величина относительного скольжения. Перемещение рельса составляет 550- 700мм. После торможения колеса и рельса они возвращаются в исходное положение и опыт повторяется.

Рисунок 2.10 — Стенд для исследования натурного контакта «колесо-рельс».

Стенд позволяет исследовать влияние фрикционных условий контактирования, угла атаки колеса, угла подуклонки рельса и других факторов на коэффициент сцепления колеса с рельсом. Кроме этого, имеется возможность проводить испытания на износ, усталостную прочность, а также исследовать зарождение и развитие трещин. На рисунке 3.8 приведен пример распределения величины износа по ширине головки рельса от количества циклов нагружения.

Рисунок 2.11 — Распределение величины износа по ширине головки рельса от количества циклов нагружения.

2.5.3 Масштабное оборудование.

К масштабному оборудованию (рисунок 2.1) относятся:

Трибометры, перемещаемые транспортными средствами

Портативные трибометры

Лабораторные установки

На сегодняшний день существует множество различных по своей конструкции, принципу работы трибометрических приборов, объединённых целью исследования фрикционных характеристик системы колесо – рельс.

При использовании масштабного оборудования, по мнению многих исследователей, получаются завышенные значения коэффициента трения по сравнению с коэффициентом сцепления. В то же время, испытания на масштабных устройствах сравнительно дешевы и требуют меньших затрат времени как на подготовку экспериментов, так и на их проведение. Использование масштабного оборудования оправдано при проведении сравнительных испытаний.

Для переноса результатов, полученных с помощью таких устройств на эксплуатационные условия, необходимо учитывать масштабные эффекты. Сделать это можно, например, установив взаимосвязь коэффициентов трения и сцепления. Пример такой зависимости приведен на рисунке 2.7.

Рисунок 2.12 — Связь между коэффициентами сцепления электровозов с рельсами в момент их трогания и коэффициентом трения, измеренным по центральной части дорожки катания колеса по рельсу: 1 — для ВЛ8; 2-для ВЛ23; 3 — для ВЛ60к; 4 — для ВЛ60х; 5 — по данным Колинза и Причарда; 6 — линия прямой пропорциональности.

Рекомендации по области применения различного типа оборудования, предназначенного для экспериментального исследования фрикционных свойств контакта «колесо-рельс» приведены в приложении А.

3 ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ НА УЧАСТКЕ «Шестаки – Углиуральская» БЕРЕЗНИКОВСКОЙ ДИСТАНЦИИ ПУТИ

3.1 Описание прибора трибометр с модулем MIC-212

Разработаны методики контроля трибологических свойств рельса в зоне взаимодействия с гребнями колесных пар. Для этих целей создан прибор — трибометр, позволяющий в эксплуатационных условиях через замеры коэффициента трения на боковой грани рельса контролировать трибологическое состояние рельсовых нитей.

Трибометр представляет собой ручную рельсовую тележку (рис. 3.1), на которой смонтирована измерительная система, включающая измерительную головку, механизм ее подвода к рельсу и отвода от рельса, тензометрический элемент (датчики), блок преобразования электрических сигналов в считываемую информацию (модуль MIC-212 созданный Научно-промышленным предприятием «Мера»), ноутбука с установленным на него программным обеспечением для считывания информации с блока (рис.3.2).

Рисунок 3.1 — Трибометр

Рисунок 3.2 — Модуль MIC-212 с ноутбуком

Измерительная головка (рис. 3.3) включает в себя гильзу с патроном для крепления индентора, выполненного в виде стандартного шарика, и тарированный упругий элемент, прижимающий индентор к рельсу. Соответствующим подбором характеристик упругого элемента и размеров индентора имитируется контактное давление гребня колесной пары на боковую грань рельса. Головка смонтирована на тележке таким образом, что имеет одну степень свободы и под влиянием изменяющейся силы трения в контакте индентора с рельсом совершает изгибные колебания около некоторого положения равновесия, определяемого средним значением силы трения на исследуемой боковой грани рельса.

Рисунок 3.3 — Измерительная система трибометра (состоящая из: 1 – тензометрического модуля, 2 – сборного датчика для передачи колебаний от шарика – 3 на тензометрический модуль)

3.2 Описание процесса измерения коэффициента трения с использованием трибометра

Для начала замеров необходимо произвести подготовительные работы по сборке системы (трибометр – модуль – ноутбук), ограждению места работ и установке трибометра на необходимую для замера рельсовую нить.

Далее включаем питание на потребляемых электроэнергию приборах и переходим к замерам. Запускаем программу Reader.

3.3 Характеристика иследуемой кривой для определения коэффициента трения

Для исследования была взята круговая кривая R = 570 м, длиной 290 м, с возвышением наружного рельса 64 мм, скорость движения грузовых поездов 40 км/ч, грузонапряженность участка 96,66 млн. тонн брутто, режим движения поездов – без тяги. Расчетный расход смазочного материала для данной кривой N=0,109 г/км, расчетное количество поездок на участке в месяц – 61, что соответствует двум проездам рельсосмазывателя в сутки.

3.4 Работа с программой Reader от НПП «Мера».

Запускаем программу. В программе имеется возможность просмотра получаемых результатов по нескольким каналам (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Начало работы с программой

Имеется кнопка записи (просмотра) результатов (рис 3.5).

Рисунок 3.5 – Кнопки просмотра/записи результатов

Для активации режима записи необходимо нажать кнопку на панели управления приложением, в правом верхнем углу, либо нажать на клавиатуре F3. После начала записи в «окне процессов» появится надпись «ЗАПИСЬ». Так же отображается время записи (рис.3.6).

Рисунок 3.6 – Отображение времени записи.

При необходимости масштаб просматриваемых данных можно менять, используя для этого «ползуны регулировки».

Также при необходимости, можно менять как частоту обновления, так и частоту отображения данных в секундах.

Режим просмотра аналогичен режиму записи.

Просмотр данных возможен в трёх режимах по умолчанию, и еще можно создать собственные режимы просмотра.

В режиме «базовый» и «автоматический» показываются осциллограммы с получаемыми данными. А в режиме «цифровой» таблица, на которой в режиме реального времени, при записи/просмотре отслеживаются числовые данные с трибометра.

На данном этапе работа программе “Reader” завершена, дальнейшая обработка данных производится в приложениях постобработки данных. Результаты из программы Reader просматриваются в пакете постобработки сигналов WinPOS и передаются в MOExcell для последующей обработки.

3.5 Определение коэффициента трения после первого проезда рельсосмазывателя 28.08.2013 года

28 августа 2013 года были произведены замеры коэффициента трения портативным рельсовым трибометром разработанным ВНИКТИ, с модулем MIC-212 НПП «Мера», по внутренней и наружной рельсовой нити кривой на Свердловск – Пассажирской дистанции, участок Лечебный – Компрессорный. Были проведены исследования изменения коэффициента трения по наружной рельсовой нити в кривой после прохода рельсосмазывателя и после пропуска различного количества поездов по исследуемому участку.

Полученные данные об измерениях коэффициента трения по наружной рельсовой нити в кривой на участке «Кольцово – Компрессорный» представлены в виде диаграмм (рисунки 3.1 – 3.4)

Рисунок 3.1 — Измерение коэффициента трения при сухом рельсе по наружной рельсовой нити

Рисунок 3.2 — Измерение коэффициента трения при сухом рельсе по наружной рельсовой нити

Рисунок 3.3 Измерение коэффициента трения по наружной рельсовой нити после прохода рельсосмазывателя

Рисунок 3.4 Измерение коэффициента трения по внешней рельсовой нити после прохода 11500 колесных пар

Рисунок 3.4 — Изменение коэффициента трения по наружной рельсовой нити в зависимости от пройденных колесных пар

3.6 Определение коэффициента трения после проезда рельсосмазывателя 18.09.2013 года

18 сентября 2013 года были произведены повторные замеры коэффициента трения портативным рельсовым трибометром разработанным ВНИКТИ, с модулем MIC-212 НПП «Мера», в исследуемой кривой на Свердловск – Пассажирской дистанции, участок Лечебный – Компрессорный. Были проведены исследования изменения коэффициента трения после пропуска различного количества пар поездов после прохода рельсосмазывателя.

Полученные данные об измерениях коэффициента трения по наружной рельсовой нити в кривой на участке «Лечебный – Компрессорный» представлены в виде диаграмм (рисунки 3.5 – 3.7.)

Рисунок 3.5 — Измерение коэффициента трения по внешней рельсовой нити после прохода 248 колёсных пар после прохода рельсосмазывателя в исследуемой кривой

Рисунок 3.6 — Измерение коэффициента трения по внешней рельсовой нити после прохода 15040 осей в исследуемой кривой

Рисунок 3.7 — Изменение коэффициента трения в зависимости от пройденных колесных пар по внешней рельсовой нити исследуемой кривой.

… …

Таблица 3.1 — Пример выводимых в МOExel данных, записываемых трибометром для построения диаграмм

3.7 Вывод о произведённых измерениях.

Данные, полученные после проведения замеров трибометром основанным на модуле MIC-212 дают представление о значениях и изменении коэффициента трения в зависимости от количества пропущенных колёсных пар по наружной рельсовой нити в исследуемой кривой. Для дальнейшего исследования требуются усреднённые значения коэффициента трения для разных трибологических состояний исследуемой кривой. Данные необходимые для создания адекватной модели макрогеометрии изучаемой кривой в программном пакете UniversalMechanism приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Средние значения коэффициента трения для различных трибологических состояний исследуемой кривой

Трибологическое состояние исследуемой кривой. Внутренняя (левая) рельсовая нить Наружная (правая) рельсовая нить

Сухой рельс 0,50 0,40

После прохода рельсосмазывателя 0,50 0,12

После прохождения 10000…15000 колёсных пар 0,50 0,26

3.8 Требования охраны труда во время трибологической съемки

3.8.1 Общие требования во время трибологической съемки

Количество работников, сопровождающих тележку (без учета сигналистов) должно быть достаточным, но не менее 2-х работников, для немедленного снятия ее с пути при поступлении сигнала от сигналиста о приближении поезда или команды от руководителя работ о сходе с пути.

При подаче сигналистом сигнала о приближении поезда по пути, по которому следует тележка, оператор и сопровождающие его работники по команде руководителя работ должны прекратить работу, снять тележку и сойти на ближайшую обочину пути не менее чем за 400 м до приближающегося поезда на расстояние не менее 2 м от крайнего рельса пути.

Тележка должна быть снята с рельсов и установлена перпендикулярно оси пути за пределы габарита подвижного состава.

При подаче сигналистом сигнала о приближении поезда по смежному пути оператор и сопровождающие его работники по команде руководителя работ должны прекратить работу, закрепить тележку тормозным устройством и сойти на ближайшую обочину пути не менее чем за 400 м до приближающегося поезда на расстояние не менее 2 м от крайнего рельса пути.

На участке железной дороги с установленными скоростями движения поездов 121 — 140 км/ч оператор и сопровождающие его работники должны снять тележку с пути не менее чем за 10 минут до прохода поезда.

На скоростном (высокоскоростном) участке пути железной дороги, по которому следует тележка, оператор и сопровождающие его работники не менее чем за 20 минут до прохода скоростного (высокоскоростного) поезда должны снять тележку с пути и не менее чем за 10 минут до прохода поезда отойти на расстояние не менее 5 м от крайнего рельса пути, по которому должен проследовать поезд.

Возобновлять работы разрешается только после прохода поезда.

Оператор и сопровождающие его работники не менее чем за 20 минут до прохода скоростного (высокоскоростного) поезда по смежному пути должны прекратить работу, закрепить тележку тормозным устройством и не менее чем за 10 минут до прохода поезда отойти на расстояние не менее 5 м от крайнего рельса пути, по которому должен проследовать поезд.

Возобновлять работы разрешается только после прохода поезда.

Если поезд по расписанию не проследовал, выходить на путь и возобновлять движение тележки следует только по команде руководителя работ.

На перегоне запрещается находиться на междупутье при пропуске скоростного (высокоскоростного) поезда на участках пути, расположенных на совмещенном земляном полотне.

После прохода поезда перед установкой тележки на путь и возобновлением работы необходимо убедиться в том, что вслед ему или по смежному пути не идет подвижной состав.

Во время работы оператор должен иметь при себе:

ручной сигнальный фонарь с показаниями красного и прозрачно-белого огней (при работах в условиях плохой видимости, тоннеле), красный и желтый сигнальные флаги в чехлах;

духовой рожок;

переносную радиостанцию, ключи от телефонов переговорной связи и телефонную трубку для пользования этой связью;

аптечку первой помощи с необходимыми медикаментами и перевязочными материалами;

выписку из расписания движения поездов на участке планируемых работ, а на скоростном (высокоскоростном) участке, кроме этого, уточненную на день проведения работ выписку из графика движения скоростных (высокоскоростных) поездов.

В холодное время года оператор должен носить теплую одежду и обувь. Спецобувь не должна стеснять стопы ног.

При работе на открытом воздухе в зимнее время при низких температурах следует предусматривать защиту лица и верхних дыхательных путей. При сильных морозах до выхода на открытый воздух смазать открытые части тела кремом на безводной основе от обморожения.

Во избежание обморожения при сильных морозах не прикасаться голыми руками к металлическим предметам (рельсам, тележке, инструменту и пр.).

В целях защиты рук от низких температур, воздействия контактирующей жидкости и контактного ультразвука оператор должен использовать рукавицы или двухслойные перчатки (наружные резиновые, внутренние хлопчатобумажные).

Запрещается использование мобильных телефонов во время работы на железнодорожных путях, а также во время следования по железнодорожным путям к месту работ и обратно.

Во избежание поражения молнией с приближением грозы необходимо прекратить работу, снять тележку и сойти с пути. Запрещается прятаться под отдельно стоящими деревьями, прислоняться к их стволам, а также подходить к молниеотводам или высоким одиночным предметам (столбам, деревьям) на расстояние менее 10 м. Опасно находиться во время грозы на возвышенных местах, открытых равнинах. Во время грозы следует укрываться в закрытых помещениях, а при удаленности от них — в небольших углублениях на склонах холмов или откосах насыпей или выемок.

При грозе запрещается держать инструмент и другие металлические предметы.

На участках пути, оборудованных автоблокировкой, должна использоваться тележка с изолированными от колес осями, чтобы наличие тележки на блок-участке не вызывало перекрытия светофора, ограждающего этот блок-участок.

Запрещается располагать тележку (при ее стоянке) на изолирующих стыках рельсов, а также оставлять на железнодорожном пути без работников, которые в случае необходимости могли бы быстро снять ее с пути.

При пропуске поездов, загруженных углем, рудными, другими сыпучими материалами, образующими пылевыделение, проходе поездов на участках пути с асбестосодержащим балластом оператор должен пользоваться защитными очками и респиратором.

После обработки обочин и междупутий железнодорожного пути реагентами по уничтожению растительности следует пользоваться противогазоаэрозольными респираторами.

3.8.2 Требования охраны труда при съемке на станциях

Работу с тележкой на сортировочных, горочных путях и путях подгорочных парков следует производить только во время перерывов в маневровой работе и роспуске вагонов или с закрытием пути (по согласованию с дежурным по станции, горке).

При выполнении работ на станциях тележка должна иметь днем щит, окрашенный с обеих сторон в красный цвет, или красный флаг на шесте, а при плохой видимости (туман, снегопад, дождь) — спереди и сзади красный огонь фонаря, укрепленного на шесте. Кроме этого, тележка должна быть ограждена сигналистами, идущими впереди и сзади нее на расстоянии не менее 50 м в пределах видимости.

3.8.3 Требования охраны труда при съемке на перегонах

Оператор и сопровождающие его работники на перегоне должны быть ограждены сигналистами, идущими впереди и сзади группы на расстоянии тормозного пути поезда (в зависимости от руководящего спуска и максимальной допускаемой скорости движения поездов на перегоне) от ограждаемой группы.

Запрещается выводить тележку на перегон менее чем за 30 минут до прохода поезда, движущегося со скоростью более 120 км/ч (в том числе скоростного и высокоскоростного).

Движение с тележкой должно осуществляться навстречу движению поездов. Направление движения поездов следует определять по показаниям светофоров.

При нахождении на перегоне тележка должна иметь на однопутных участках и при движении по неправильному пути на двухпутных участках — днем прямоугольный щит, окрашенный с обеих сторон в красный цвет, или развернутый красный флаг на шесте, а при плохой видимости (туман, снегопад, дождь) — спереди и сзади красный огонь фонаря, укрепленного на шесте.

На двух- и многопутных участках допускается следование по правильному пути при закрытом для движения поездов пути. При этом тележка должна иметь:

днем — прямоугольный щит, окрашенный с передней стороны в белый цвет и с задней стороны — в красный цвет;

при плохой видимости (туман, снегопад, дождь) — спереди прозрачно-белый огонь и сзади красный огонь фонаря, укрепленного на шесте.

При работе в условиях плохой видимости (в крутых кривых, выемках, в лесной местности, а также в туман, метель и других условиях, ухудшающих видимость, слышимость и т.д.) оператора и сопровождающих его работников должны ограждать два сигналиста, один из которых должен следовать впереди, а другой сзади группы на расстоянии зрительной связи, но так, чтобы приближающийся поезд при установленной скорости движения до 140 км/ч включительно был виден им на расстоянии не ближе 800 м от движущейся группы.

В тех случаях, когда расстояние от движущейся группы до сигналиста и расстояние видимости от сигналиста до приближающегося поезда в сумме составляют менее 800 м, должны выделяться промежуточные сигналисты, движущиеся между основным сигналистом и группой, для повторения сигналов, подаваемых основным сигналистом.

В стесненных местах, где расположенные по обеим сторонам от пути высокие платформы, здания, заборы и крутые откосы выемок не позволяют разместить тележку сбоку от пути и отойти на необходимое расстояние от крайнего рельса, а также в снежных траншеях, не имеющих ниш для укрытия работников, работу следует производить в технологическое «окно» в графике движения поездов или планировать работу так, чтобы заблаговременно до прохода поезда прекратить работу и снять тележку с пути.

4 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЕСО – РЕЛЬС ПРИ РАЗЛИЧНЫХ КОЭФФИЦИЕНТАХ ТРЕНИЯ И РЕЖИМАХ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА.

4.1 Описание программного комплекса «Универсальный механизм 6.0»

4.1.1 UM Loco

Программный комплекс «Универсальный механизм» включает в себя специализированный модуль для моделирования динамики железнодорожных экипажей: локомотивов, пассажирских и грузовых вагонов, путевых машин. Моделирование производится во временной области, то есть в зависимости от времени. С помощью UM можно создавать полностью параметризованные модели: задавать с помощью идентификаторов или выражений инерционные и геометрические параметры (в том числе и графические изображения элементов), а также основные характеристики силовых элементов (например, жесткости пружин, коэффициенты диссипации гасителей, коэффициенты трения в контактах и так далее). При необходимости, для уточнения результатов моделирования и/или для решения задач долговечности отдельные элементы конструкции, например хребтовые балки и кузова вагонов, могут быть представлены в виде упругих тел (см. модуль моделирования динамики упругих тел). Параметризация модели является основой эффективного анализа динамических свойств железнодорожных экипажей и их оптимизации.

В материале «Использование программного комплекса Универсальный Механизм для анализа динамики железнодорожных экипажей» рассматривается накопленный опыт использования программы на предприятиях железнодорожной отрасли, приводится сравнение с аналогами, обсуждаются вопросы верификации программного комплекса.[7]

4.1.1.1 Сотрудничество с ОАО РЖД

В 2009 году ОАО «Российские железные дороги» утверждена методика моделирования условий схода подвижного состава с применением программного комплекса «Универсальный механизм»

4.1.1.2 UM Loco позволяет

исследовать устойчивость рельсовых экипажей (РЭ) по Ляпунову (определение критической скорости);

рассчитывать динамику РЭ в полной пространственной постановке, в прямых и кривых участках пути, с учетом и без учета неровностей путевой структуры с одновременным расчетом переменных, характеризующих динамические показатели РЭ: ускорения произвольных точек любого тела, коэффициенты динамики, усилия в тягах и поводках, рамные силы, силы в контакте колесо — рельс, факторы износа, коэффициенты безопасности и так далее;

моделировать динамику локомотива в режиме тяги и выбега, с учетом и без учета эффекта замедления;

исследовать зависимость динамики РЭ от геометрии профилей колеса и рельса;

моделировать динамику состава в прямых участках пути в полной пространственной постановке;

задавать программу численных экспериментов с целью анализа влияния параметров модели на динамические показатели РЭ, выполнять многокритериальную оптимизацию модели;

рассчитывать частоты и формы колебаний кузова и рамы с использованием конечно-элементных моделей;

учитывать влияние на динамику РЭ любого числа низших частот и форм колебаний кузова и рамы.

Рисунок4.1 — Электровоз ЭП200 с пассажирским составом Рисунок4.2 — Тележка модели 18-100

Дополнительно к стандартным возможностям программы UM реализованы:

— стандартная подсистема колесная пара;

— процедура автоматического расчета контактных сил взаимодействия колеса и рельса (сил крипа) в режимах одноточечного и двухточечного контакта, в том числе модель Калкера (FastSim), учитывающая спин, и модель негерцевского (неэллиптического) контакта;

— графический интерфейс анимационного представления сил контакта колесо — рельс в процессе моделирования движения (анимация контакта);

— интерфейсные возможности по заданию профилей колеса и рельса, профилей неровности путевой структуры;

— интерфейс задания параметров кривых;

— стандартный список переменных, характеризующих особенности взаимодействия колеса с рельсом, позволяющие строить графики и выполнять численный анализ взаимодействия (силы крипа, углы набегания, направляющие силы и так далее);

— база данных профилей колес и рельсов;

— база данных отдельных подсистем (колесно-моторные блоки, тележки), готовые модели РЭ.[7]

4.1.1.3 Верификация программного комплекса

В файле 10_um_loco_manchester_benchmarks.pdf приводятся результаты моделирования так называемых манчестерских тестовых примеров, которые были разработаны в 1998 г. с целью сравнения программного обеспечения для исследования динамики рельсовых экипажей между собой. Тесты были разработаны на кафедре железнодорожных технологий Манчестерского университета (The Rail Technology Unit, Manchester Metropolitan University). В настоящее время манчестерский тест де-факто является стандартом для верификации программного обеспечения.

Тестовые расчеты проведены для большинства представленных на рынке программ, результаты которых опубликованы в монографии. Проведенные расчеты показывают качественное и количественное совпадение результатов моделирования с другими известными программными комплексами.

В процессе работы с UM Loco был поставлен целый ряд натурных экспериментов, в том числе независимыми исследователями.

Так в работах В.И. Сакало и В.С. Коссова рассматривается динамика локомотива ТЭ116 и отмечается, что «достигнута удовлетворительная сходимость теоретических и экспериментальных значений всех рассматриваемых показателей, в том числе рамных сил. Расхождение результатов моделирования и эксперимента для прямых и кривых участков пути не превышает 15 %».

В работе А.Э. Павлюкова и др. проводились эксперименты с грузовой тележкой типа 18-100. Отмечается сходимость в пределах 10 %.

В работе рассмотрена «проблема представления тонкого упругого стержня системой шарнирно связанных абсолютно твердых тел с целью достоверного определения положений равновесия, собственных частот и форм колебаний стержня с учетом геометрической нелинейности». Сравнение результатов численных и натурных экспериментов показало, что первые собственные частоты колебаний балки совпадают с точностью 1-2 %.

4.1.1.4 Опыт использования:

Программный комплекс «Универсальный механизм» используется в частности следующими отечественными предприятиями и организациями железнодорожной отрасли:

ОАО «ВНИИЖТ», Москва,

ФГУП ВНИКТИ МПС РФ, Коломна, Московская обл.,

Центральное конструкторское бюро транспортного машиностроения, Тверь,

ФГУП ПО Уралвагонзавод, Нижний Тагил,

ООО «Уральские локомотивы», г. Верхняя Пышма, Свердловская обл.

ОАО «Коломенский завод», Коломна,

ЗАО УК «Брянский машиностроительный завод», Брянск,

ОАО ВЭлНИИ, Новочеркасск,

ОАО Метровагонмаш, Мытищи, Московская обл.,

Центральный научно-исследовательский институт «ТрансЭлектроПрибор», Санкт-Петербург,

ООО «Трансолушенс СНГ», Москва,

Брянский государственный технический университет (БГТУ), Брянск,

Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДвГУПС), Хабаровск,

Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), Иркутск,

Российский государственный открытый университет путей сообщения (РГОТУПС), Москва,

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), Екатеринбург,

Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС), Самара,

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), Москва,

Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), Ростов-на-Дону.

В числе прочих с использованием UM Loco были выполнены следующие исследования:

Разработка совместно с ФГУП ВНИКТИ базы данных компьютерных моделей локомотивов России, включающей 17 локомотивов разных типов, 2006 г.

Анализ динамики и выбор рациональных параметров вагона для перевозки автомобилей по заказу ЗАО «ВКМ-Инжиниринг», г. Москва, 2006 г.

Анализ динамики и выбор рациональных параметров новой трехэлементной тележки по заказу ФГУП ПО Уралвагонзавод, 1999 г. Исследования проводились совместно с кафедрой “Вагоны” Уральского государственного университета путей сообщения.

Анализ динамики и выбор оптимальных параметров проектируемых российских магистральных тепловозов ТА25, ТА35 по заказу ОАО БМЗ-Тепловоз, 2001–2004 гг.

Анализ динамики и выбор рациональных параметров новой грузовой трехэлементной тележка по заказу ФГУП ВНИКТИ, 2001 г.

Исследование ситуаций, приводящих к сходу грузовых вагонов с рельсов путем всползания, по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2001–2007 гг.

Анализ динамики и выбор рациональных параметров проектируемого электровоза ЭП2к по заказу ОАО Коломенский завод, 2004 г.

Поиск оптимальных профилей колес грузовых вагонов на базе тележки модели 18-100 с учетом показателей устойчивости вагона, износа колес и рельсов и максимальных контактных давлений по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2003 г.

Исследование ходовой динамики и выбор рациональных параметров ходовой части проектируемого электровоза 2ЭС4К. Исследование проводилось совместно с ФГУП ВНИКТИ МПС, 2004 г.

Развитие динамических моделей рельсовых экипажей с целью исследования трибодинамических процессов по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2005 г.

Исследование динамики и усталостной долговечности длиннобазных платформ по заказам российских предприятий (задание ОАО РЖД), 2006 г.

Поиск оптимальный ремонтных профилей рельсов после шлифования и прогнозирование срока их службы по заказу ФГУП ВНИКТИ, 2001–2002 гг.

Экспертизы случаев схода вагонов и локомотивов, 2003–2007 гг.

Разработка уточненной модели коэффициента запаса устойчивости и методики измерения сил взаимодействия колеса с рельсом с помощью тензометрической колесной пары по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2004–2006 гг.

Математическое моделирование влияния ширины рельсовой колеи на процессы взаимодействия грузового вагона и пути по заказу ОАО ВНИИЖТ, 2007–2008 гг.

Разработка уточненной модели грузового вагона на трехэлементных тележках. Создание унифицированной модели трехэлементной тележки в составе модели грузового вагона с возможностью использования её для моделирования тележек типа 18-100 и тележек содержащих, боковые упруго-роликовые опоры, билинейное рессорное подвешивание, буксовые адаптеры. По заказу ОАО НПО Уралвагонзавод, 2008 г.

Научно-исследовательская работа «Разработка технологии моделирования условий схода подвижного состава с использованием программы для ЭВМ «Универсальный механизм»». Заказчик: ВНИИЖТ, Генеральный заказчик: ОАО РЖД, 2008–2009 гг.

Разработка моделей локомотива, вагонов и поезда для железнодорожного тренажера по заказу Marmara Research Center, г. Стамбул, Турция, 2009–2010 гг.

За рубежом UM Loco активно следующими ВУЗами и предприятиями:

Компания AmstedRail, США,

Компания INKA — Indonesian Railway Industry, Индонезия.

4.1.1.5 Инструменты UMLoco

Специализированные железнодорожные инструменты

Специальные инструменты программного комплекса UM Loco позволяют значительно повысить эффективность анализа свойств модели. Для исследований контактного взаимодействия колеса и рельса используется окно анимации контакта, позволяющее: следить за установкой колесных пар в кривых, анализировать устойчивость движения экипажа, оценивать состояние контакта (одноточечный, двухточечный контакт) и значения контактных сил, исследовать поведение колесной пары при проходе неровностей. Этот инструмент незаменим при определении критической скорости экипажа, исследования контактного взаимодействия колеса и рельса при прохождении пути сложной конфигурации, исследования всползания колеса на рельс и сход экипажа.

С целью анализа контактных сил можно использовать инструмент, визуализирующий пятна контакта, силы крипа, распределение крипа, области сцепления и скольжения в процессе моделирования динамики экипажа.

Рисунок 4.3 — Окно анимации контакта Рисунок 4.4 — Окно анимации пятен контакта

Для создания профилей колес и рельсов (новых и изношенных) используется специальный инструмент программы, с помощью которого профили задаются либо набором точек с дальнейшей сплайновой интерполяцией, либо набором отрезков и окружностей.

С помощью UM Loco можно создать неровности: в виде детерминированных зависимостей (перекосов, просадок и т.д.), поточечно, в виде реализаций случайных процессов по заданной спектральной плотности, по данным путеизмерителей.

Реализованный в программе метод подсистем является основой моделирования объектов с особо большим числом степеней свободы, а также создания баз данных типовых элементов конструкций при моделировании технических систем. С его помощью, например, можно создать модель состава, состоящую из тепловоза и нескольких однотипных вагонов. Пользователю достаточно описать модель тепловоза и одного вагона, чтобы затем включить в модель состава любое число вагонов.

4.1.1.6 UM Train

UM Train — модуль моделирования продольной динамики железнодорожного состава (Рис.4.5).

Рис. 4.5 – UmTrain

В рамках программного комплекса “Универсальный механизм” разрабатывается модуль моделирования продольной динамики железнодорожного состава, который полностью автоматизирует процесс создания модели поезда и анализ полученных результатов. Этот модуль позволяет рассчитывать продольную динамику поезда в режимах выбега, тяги и торможения на пути любой конфигурации. При расчете пользователю доступны не только общие для всех механических систем величины, такие как координаты, скорости, ускорения и т.д., но специфичные для поезда величины, например силы в межвагонных соединениях и силы торможения.

UM Train 3D — исследование пространственных колебаний экипажа в составе поезда

Модуль UM Train 3D позволяет включать в состав поезда трехмерные модели железнодорожных экипажей, созданные в модуле UM Loco, например модель трехвагонного сцепа. Это бывает необходимо при исследовании многих железнодорожных задач, например задачи безопасности движения, где для экипажей в составе поезда необходимо анализировать величины показателей, которые могут быть получены только в пространственной постановке, таких как силы отжатия рельсов, коэффициенты устойчивости при вкатывании колес и других. При этом все остальные экипажи поезда, пространственная динамика которых не исследуется, могут быть любыми упрощенными моделями, например одномассовыми.

4.2 Подготовка к моделированию сил взаимодействия колесо – рельс и бокового износа

4.2.1 Создание модели подвижного состава

Моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя. [8]

Первый этап моделирования данной работы включает в себя создание нескольких моделей подвижного состава и выбор той из них, которая будет использоваться в дальнейшем исследовании взаимодействия системы колесо – рельс. Всего за время подготовки к основному исследованию было создано 4 модели подвижного состава:

ПС60 – подвижной состав, состоящий локомотива ВЛ80с (2 секции) и 60 грузовых вагонов.

ПС52 – подвижной состав, состоящий из локомотива ВЛ80с (2 секции), 49 грузовых вагонов и одного грузового 3D-вагона в конце состава.

ПС5 — подвижной состав, состоящий из локомотива ВЛ80с (2 секции), 2 грузовых вагонов и одного грузового 3D-вагона в конце состава.

ПС5д — подвижной состав, состоящий из локомотива ВЛ80с (2 секции), трёх грузовых 3D-вагонов.

ПС2 — подвижной состав, состоящий из локомотива ВЛ80с (1 секция), 1 и одного грузового 3D-вагона.

Для каждого подвижного состава проведены тяговые расчёты, составлены графики тяги и скорости по движению в исследуемой кривой на участке Свердловск – Пассажирской дистанции пути «Лечебный – Компрессорный», задан вес, длина, стандартные силы сопротивления движению, поглощающие устройства автосцепок. Данные по характеристикам и тяговым расчётам сведены в таблицы 4.1- 4.2, диаграммы (рисунки 4.1, 4.2).

 

Рисунок 4.1 – График зависимости сил тяги моделей подвижных составов по исследуемому участку нечётного пути «Лечебный – Компрессорный» от пройденного пути согласно тяговым расчётам в программном пакете ПТР «ИСКРА».

Рисунок 4.2. – График зависимости скоростей движения моделей подвижных составов по исследуемому участку нечётного пути «Лечебный – Компрессорный» от пройденного пути согласно тяговым расчётам в программном пакете ПТР «ИСКРА».

4.2.2 Модель 3D–вагона

Модуль Train3D является надстройкой над двумя модулями: UM Loco и UM Train, и предоставляет пользователю возможность создания сцепов и включения любого числа трехмерных моделей рельсовых экипажей в состав поезда. В частности, модель поезда может включать как сцеп нескольких вагонов, так и целиком состоять из трехмерных моделей экипажей. Практика показала, что часто используется включение в состав поезда грузового вагона, что позволяет уточнить динамическое поведение экипажей с учетом возможных режимов ведения поезда. [7]

Трехмерную модель вагонаперед включением в состав поезда, следуетдоработать – для данного проекта -добавить сцепные устройства для включения вагона в состав модели подвижного состава.

Рисунок 4.6 -Элементы модели автосцепки

Модель автосцепного устройства с каждой стороны экипажа включает в себя следующие элементы (рисунок 4.6):

корпус автосцепки – абсолютно твердое тело с шестью степенями свободы и набором контактных элементов, обеспечивающих корректное описание взаимодействия с кузовом экипажа с учетом зазоров;

упорную плиту – абсолютно твердое тело, имеющее одну продольную поступательную степень свободы относительно кузова;

поглощающий аппарат – силовой элемент, соединяющий упорную плиту с корпусом; хомут, обеспечивающий двустороннюю работу поглощающего аппарата на растяжение и сжатие, не моделируется, вместо этого биполярный элемент, моделирующий поглощающий аппарат, должен быть двухсторонним;

биполярные элементы маятниковой подвески, имитирующие центрирующее устройство. [7]

4.2.3 Создание модели исследуемого участка пути

Создание модели пути производится в мастере макрогеометрии пути UMSimulation. Данные по исследуемому участку пути задаются из профиля исходных данных по нечётному пути перегона «Кольцово – Лечебный» (таблица 3). Данные коэффициента трения по наружной рельсовой нити задаются в мастере макрогеометрии из данных трибометрической съёмки: по сухому рельсу – 0,40, после прохода рельсосмазывателя – 0,12, усреднённый коэффициент трения – 0, 25.

Таблица 4.3 – Данные плана и профиля исследуемого участка пути.

Исследуемый участок в плане (ПК95+00 – ПК90+20) Исследуемый участок, профиль (ПК95+00 – ПК90+20)

Прямые вставки согласно исходным данным из профиля но не более 100 м добавлены к исследуемой кривой для того, чтобы 3D-экипаж моделей подвижного состава полностью проходил по исследуемой кривой. Задача данного проекта исследование бокового износа, рамных сил, угла набегания действующих в кривой. Значения исследуемых параметров в прямом участке пути малы, поэтому ими можно пренебречь и считать заданную модель исследуемого участка пути адекватной и удовлетворяющей условиям проведения нижеизложенных испытаний.

4.2.4 Проверка моделей подвижных составов на соответствие условиям моделирования

Следующий шаг подготовки к моделированию взаимодействия колеса с рельсом — проверка созданных моделей подвижных составов путём проведения пробных испытаний и анализа полученных результатов по одному и тому же участку пути. Итогом подраздела будет являться выбор модели подвижного состава для проведения дальнейших испытаний.

Все модели подвижных составов будут испытываться на одном и том же участке пути, записанном через мастер макрогеометрии пути UMSimulation (таблица 3). Трибологические характеристики участка: Ктр= 0,4 для наружной рельсовой нити, Ктр= 0,5 для внутренней рельсовой нити (состояние пути – сухой рельс). Профили рельсов — новые Р-65 по обеим нитям. Тяга подвижного состава задаётся из графика скорости тяговых расчётов для каждой модели соответственно. Торможение на исследуемом участке не применяется. Время моделирования приравнивается к времени прохождения моделью всего участка согласнорезультатам тяговых расчётов(таблица 4.2, рисунок 4.2).

4.2.4.1 Испытание модели ПС60

В конструкции модели отсутствует 3D-экипаж. В пакете программ UM возможно исследование колёсных пар и взаимодействующих с ними рельсов, только при наличии в составе 3D-экипажей. Проведённые испытания это подтвердили. Данная модель не удовлетворяет условиям моделирования сил взаимодействия колесо-рельс и бокового износа.

4.2.4.2 Испытание модели ПС52, ПС5

Испытание модели ПС52 показало, что заданной длины (480м) исследуемого участка недостаточно для прохождения по нему всего подвижного состава. В сравнении с моделью ПС5 результаты испытаний в модуле эволюции UM показали следующие результаты:

Интенсивность износа профилей рельсов ПС5 на полпорядка больше интенсивности износа ПС52, усреднённый износ ПС52 в 6 раз меньше износа после прохода модели ПС5. При этом масса и длина модели ПС52 на порядок больше массы и длины ПС5.

Таблица 5 — Интенсивность износа профилей рельсов, для моделей ПС52 и ПС5 мм2 для разного количества пропущенных экипажей

Диаграмма 4.3 — Интенсивность износа поперечных сечений профилей рельсов, для моделей ПС52 и ПС5 мм2.

Эти результаты позволили сделать ряд предположений:

а) Модуль эволюции рельса работает на прохождение по заданному участку 3D-экипажа, берёт во внимание фрикционные характеристики одного вагона. Остальной подвижной состав используется как тяговое средство (локомотив), с учётом воздействия его массы на путь.

б) Количество рассчитанных итераций (повторений проездов модели с изменением сечения профиля рельса) не равно количеству пройденных по заданному участку 3D-экипажей. Зависимость количества пройденных экипажей от количества итераций не найдена. Количество проездов поезда зависит от шага изменения геометрии профиля рельса в течение одной итерации.

в) Корректный вывод об изменении бокового износа и характере сил, действующих на рельсовые нити в кривой возможно сделать только на примере проходов одной и той же модели подвижного состава с изменяющимися внешними условиями движения. В противном случае результат моделирования непредсказуем.

г) Исследование бокового износа и сил взаимодействия колесо-рельс с различными трибологическими характеристиками в разных режимах движения поезда невозможно в UMбез использования 3D-локомотива.

В целом, механизм работы модуля эволюции профилей рельсов UMв данной работе не изучен.

4.2.4.3 Испытание моделей ПС52д, ПС2

Предположения по результатам испытаний моделей подвижных составов ПС5 и ПС52 послужили предпосылкой к созданию модели поезда ПС5д. В конструкцию модели включены 3 3D-экипажа и тяговое средство ВЛ82с (2 секции). Технические параметры ПЭВМ, на которой выполнялось моделирование, не соответствуют выполнению расчётов испытаний модели такой мощности. Исследования сил взаимодействия колеса и рельса в исследуемой кривой для модели ПС5д не производились.

В конструкцию модели ПС2 включено тяговое средство ВЛ82с (1 секция) и 3D-вагон. Данная модель самая простая. Предпосылкой для создания послужило исследование зависимости количества проходящих подвижных составов за 1 итерацию. Результаты всех испытаний сведены в таблицу 4.6

Таблица 4.6 – Результаты испытаний моделей подвижных составов.

4.2.4.4 Выбор модели по результатам испытаний

В результате испытаний моделей подвижных составов для дальнейшего моделирования выбрана модель ПС5 как удовлетворяющая условиям дальнейшего исследования взаимодействия колеса и рельса на заданном участке с изменением внешних условий и техническим параметрам используемой ПЭВМ для производства расчётов.

4.3. Моделирование бокового износа в модуле эволюции профиля рельса

4.3.1 Износ рельсов

Износ рельсов — результат истирания головок рельсов, возникающего при взаимодействии их с колёсами подвижного состава. Основными факторами, определяющими износа рельсов являются: окружные усилия, передаваемые колёсами, и проскальзывание колёс по рельсам; нормальные (вертикальные) давления колёс на рельсы и суммарный вес грузов (тоннаж), пропущенных по рельсам; план и профиль пути, вес и скорость движения поездов; конструкции пути, подвижного состава и их состояния; профиль контактирующих поверхностей рельсов и колёс; коничность бандажей колёс и подуклонка рельсов; качество металла рельсов и колёс; состояние и шероховатость контактирующих поверхностей; значение и форма предшествующих износу рельсов и износа колёс; расположение изношенного места на рельсе. Допускаемый вертикальный износ hB рельсов устанавливается из условий обеспечения их прочности и безопасности движения поездов. Нормативами регламентируются также износы: боковой Аб и приведённый (А + 0,5Аб). На отечественных железных дорогах предельно допускаемые износ рельсов всех видов установлены дифференцированно для различных типов рельсов с учётом назначения и категории путей, грузонапряжённости линий и скорости движения. Для линий со скоростным движением поездов (121—160 км/ч), кроме того, регламентированы глубина местного износа головок рельсов в виде выбоин и волнообразных неровностей, а также провисание концов рельсов и пр. Рельсы с износом более предельно допускаемого являются дефектными и заменяются в плановом порядке. Значения допускаемого равномерного износа рельсов зависят от типа рельсов и категорий путей. Например: приведённый(боковой) износ головки рельсов на главных путях со скоростями движения пассажирских поездов 141—160 км/ч для рельсов Р75 и Р65 составляет 8(6) мм, при скоростях 121—140 км/ч соответственно для Р75 и Р65 — 9(7) мм, для Р50 — 7(6) мм. Вертикальный износ головки рельса при стыковке двухголовными накладками (независимо от категории путей) составляет 13 мм (для Р75 и Р65) и 10 мм (для Р50).[7,10]

4.3.2 Модуль эволюции профиля рельса UMSimulation

Для построения проекта износа профилей колес и рельсов модуль сканирования программного пакета UniversalMechanism 6.0 дополнен понятием эволюции. Под эволюцией понимается серия многовариантных расчетов (МВР) одинаковой структуры – итераций износа, отличающихся друг от друга изменяемыми внешними условиями (Ссылка). В случае прогнозирования износа профиля рельса изменяемыми внешними условиями являются формы профилей рельсов, изменяющиеся в конце каждого МВР (итерации) в соответствии с трибологической моделью износа. В течение одной итерации профили не меняются – изменение происходит после окончания итерации. Иначе говоря, если проект эволюции профиля колеса состоит из 100 итераций, это значит, что будет произведено 100 изменений профилей рельса исследуемого участка пути.

При расчете износа профиля колеса проводится моделирование динамики конкретного рельсового экипажа (износ рельса от которого изучается), на участке Лечебный – Компрессорный Свердловск-Пассажирской дистанции пути по нечётному пути в исследуемой кривой со скоростью, заданной по тяговым расчётам, с массой экипажа 462 тонны. Подразумевается, что при расчете износа профилей рельсов МВР будет содержать одну и ту же модель рельсового экипажа в разных семействах альтернатив. В противном случае это может привести к непредсказуемым результатам, например, если модели содержат разное количество колесных пар. Иерархия параметров семейства МВР может содержать в качестве параметров только идентификатор скорости v0 – модуль эволюции рельсов в UM не доработан. Для моделирования была принята модель подвижного состава ПС5.

Математическая модель МВР съёма профиля рельса – множество семейств в задании многовариантных расчётов. Каждое семейство — это расчёт динамики экипажа при заданных внешних условиях на заданном множестве скоростей. В проекте модели ПС5 изменяются внешние условия, скорость задаётся как среднее арифметическое скоростей на исследуемой кривой согласно тяговым расчётам модели ПС5 (таблица 2). В рамках одного МВР внешними условиями являются:

неровности пути;

макрогеометрия , тип пути (прямая, кривая, стрелочный перевод);

профили левого и правого рельсов

параметры кривой, трибологические характеристики

В UM используются следующие модели изнашивания профилей колес: модель Арчарда, Шпехта, ВНИИЖТ-1, модель с учётом пластики.[7]

При моделировании использовалась модель Арчарда. Д. Арчард формулирует более детально зависимость износа на единице пути от нагрузки и твердости: при скольжении на пути 1 см происходит взаимодействие некоторого количества контактов. Он формулирует зависимость износа на единице пути от нагрузки и твердости. При скольжении на пути 1 см происходит взаимодействие некоторого количества контактов. Пусть r – радиус пятна касания. Изнашиваемый объем будет пропорционален r3; но износ произойдет на пути, пропорциональном r. Следовательно, износ одного контакта на пути должен быть r пропорционален r2. Общее количество контактов пропорционально фактической площади, поэтому износ на единице пути для всех контактов должен быть пропорционален общей нагрузке, деленной на твердость, откуда

I=K_V q/3σs3(4.1) , (5.6)

где σs – предел текучести;

q – нагрузка в пятне контакта колеса и рельса.

Эксперименты показали, что КV изменяется от 10–2 до 10–7.[11]

МодельАрчарда основана на гипотезе о линейной зависимости между объемным износом I и работой сил трения A:

I = kV*A, (4.2)

где I – объемный износ, м3;

kV – коэффициент объемного износа, м3/Дж;

A – работа сил трения, Дж.

Работа — скалярная физическая величина, являющаяся количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек), тела или системы. Измеряется в Джоулях (Н*м). Работа силы трения равна изменению кинетической энергии тела ΔE. Кинетическая энергия — это энергия, которую имеет тело при движении [12].

A=μ*F*S = (m(V_1^2-V_0^2))/2 (4.3)

Экспериментально установлено, что величина массового износа для задачи контакта колеса и рельса находится в переделах 10-4.. 10-2 мг/Дж (ссылка). Неоднократно проводились эксперименты для идентификации величины коэффициента износа с помощью испытаний колесной пары на катковом стенде. Хорошее соответствие расчетных и экспериментальных результатов получено при kV = 1•10-13 м3/Дж при плотности стали равной 7800 кг/м3. Этот коэффициент используется в модели износа [13].

4.3.3 Результаты моделирования бокового износа

В результате моделирования бокового износа в модуле эволюции профиля рельса UM было произведено 25 итераций правого и левого профиля нового рельса Р-65 для кривой с коэффициентами трения по наружной рельсовой нити 0,12 и 0,26 и 31 итерация для коэффициента 0,4. Количество пропущенных моделей экипажа ПС5 – 28000. Суммарный пропущенный тоннаж 13 млн тонн брутто.

Результаты моделирования представлены в таблицах 4.6 — 4.9, диаграммах 4.4 – 4.8 (рисунки 4.4 — 4.9). Величина бокового износа рельса измеряется на расстоянии 13 мм от поверхности головки рельса. Количество пропущенного тоннажа за время всего моделирование вычисляется как произведение массы экипажа ПС5 на количество прошедших по исследуемому участку экипажей. Интенсивность износа рельса — площадь снятого материала в сечении в сечении профиля рельса за 1 проезд используемой в расчете модели экипажа. За одно и то же количество итераций – повторений эволюции с изменением геометрии сечения профиля рельса – производится различное количество проездов одной и той же модели поезда с изменившимися внешними условиями.

Таблица 4.6 – Результаты моделирования бокового износа.

Модель экипажа ПС5

Коэффициент трения по наружной нити в кривой Ктр=0,12 Коэффициент трения по наружной нити в кривой Ктр=0,26 Коэффициент трения по наружной нити в кривой Ктр=0,40 Усреднённый боковой износ с Ктр=0,12 Усреднённый боковой износ с Ктр=0,26 Усреднённый боковой износ с Ктр=0,40

Кол-во итераций Кол-тво экипажей, шт. Кол-во итераций Кол-тво экипажей, шт. Кол-во итераций Кол-тво экипажей, шт. Левая (внутренняя) нить, мм Правая (наружная) нить,мм Левая (внутренняя) нить, мм Правая (наружная) нить,мм Левая (внутренняя) нить, мм Правая (наружная) нить,мм

 

Рисунок 4.8 – График зависимости изменения средней интенсивности износа рельсовой колеи с разными коэффициентами трения наружной рельсовой нити от суммарного пропущенного тоннажа.

Рисунок 4.9 Боковой износ рельсовых нитей исследуемой кривой

Таблица 4.9 – Усреднённый боковой износ по всему исследуемому участку с различными коэффициентами трения по наружной рельсовой нити.

Количество пропущенных экипажей ПС-5, тысяч экипажей 28

Пропущенный тоннаж, млн тонн брутто 13

Усреднённый боковой износ с Ктр=0,12 Левая (внутренняя) нить, мм 1

Правая (наружная) нить,мм 0.6

Усреднённый боковой износ с Ктр=0,26 Левая (внутренняя) нить, мм 0.95

Правая (наружная) нить,мм 0.7

Усреднённый боковой износ с Ктр=0,40 Левая (внутренняя) нить, мм 1.15

Правая (наружная) нить,мм 0.75

4.3.4 Анализ полученных результатов бокового износа

По результатам моделирования бокового износа в исследуемой кривой можно сделать следующие выводы:

Боковой износ профиля рельса внутренней рельсовой нити независимо от наличия/отсутствия смазки по наружной рельсовой нити всегда больше износа по наружной рельсовой нити. Отношение износа по внешней рельсовой нити к износу по внутренней рельсовой нити 1:1,5. Интенсивность износа по внутренней рельсовой нити в два раза больше интенсивности износа по наружной нити независимо от изменения коэффициента трения по наружной рельсовой нити. Данные результаты связаны с несоответствием высоты возвышения рельсовой колеи в кривой (64 мм) со скоростями движения подвижного состава (не более 40 км/ч). Силы воздействующие на каждую рельсовую нить распределяются неравномерно.

С изменением коэффициента трения по наружной рельсовой нити изменяется боковой износ по обеим рельсовым нитям.

С уменьшением коэффициента трения по наружной рельсовой нити уменьшается боковой износ по наружной рельсовой нити, в то же время по внутренней рельсовой нити зависимость бокового износа от трения по наружной нити не прямо пропорциональна уменьшению коэффициента трения по наружной рельсовой нити в кривой.

Количество производимых изменений профиля рельса по обеим рельсовым нитям в модуле эволюции UM не равно количеству прошедших экипажей за итерацию. Между количеством изменений профиля рельса в результате серии МВР и пропущенных тоннажом нет ярко выраженной линейной зависимости.

Боковой износ рельсовых нитей зависит от пропущенного тоннажа по исследуемому участку. С увеличением пропущенного тоннажа увеличивается боковой износ по обеим рельсовым нитям. Интенсивность всего износа также увеличивается с увеличением пропущенного тоннажа.

Для дальнейшего исследования зависимости бокового износа от пропущенного тоннажа моделирование произвожу по двум трибологическим состояниям рельса: Ктр= 0,4,Ктр= 0,26 по внешней рельсовой нити и Ктр= 0,5 для внутренней нити.

4.4 Определение зависимости бокового износа рельса с разными коэффициентами трения по наружной рельсовой нити от пропущенного тоннажа.

4.4.1 Подготовка данных, моделирование бокового износа.

Для наиболее точного определения зависимости бокового износа от количества пропущенных экипажей ПС5 увеличиваю количество статистических данных. Произвожу 100 итераций профиля нового Р-65 рельса с коэффициентами трения по наружной рельсовой нити кривой Ктр=0,4,Ктр= 0,26 и Ктр= 0,5 для внутренней нити. Результаты представлены в таблицах 4.10, 4.11:

Наружная (правая) рельсовая нить

Кол-во экипажей, шт. Пропущенный тоннаж, млн тонн брутто Количество итераций, раз Боковой износ правой нити, мм Количество экипажей, шт. Пропущенный тоннаж, млн тонн брутто Количество итераций, раз Боковой износ правой нити, мм

Ктр=0,40 по наружной рельсовой нити Ктр=0,26 по наружной рельсовой нити

 

69808 32 100 2.25 69622 32 95 2.25

4.4.2 Решение задачиэкстраполяционного прогнозирования бокового износа.

Решение задач экстраполяционного прогнозирования предельного состояния рельсовых нитей с различными трибологическими характеристиками по условиям бокового износа в исследуемой кривой производится на основании полученных статистических данных моделирования бокового износа (таблицы 4.1, 4.2)

Для решения поставленных задач из НТД/ЦП-3-93[10] берётся значение предельного бокового износа головки рельса Р-65 для главных путей с грузонапряжённостью более 25 млн тонн брутто/км в год и скоростями движения 120 км/ч и менее. Предельное значение бокового износа – 14мм.

Принята гипотеза о линейной функциональной зависимости между значениями бокового износа и пропущенным тоннажом.

Y = a*X +b (4.4)

Как видно из результатов исследований (таблица 4.10) после пропуска 70000 моделей экипажей ПС5 по внутренней рельсовой нити значения бокового износа одинаковы для различных коэффициентов трения по наружной рельсовой нити. Для экстраполяции принимаю средние значения бокового износа с различными коэффициентами трения. Расчёт параметров выбранной функции производится при помощи метода наименьших квадратовв МОExel (таблица 4.12). Для оценки надёжности прогнозного управления определяется критерий Фишера F:

(4.5)

Теснота связи между статистическими данными при корреляционной зависимости определяется коэффициентом корреляции η для линейной связи Величина η лежит в пределах 0≤|η|≤1. В случае, если η=0, то линейной связи между величинами нет. Если |η|=1, то между двумя величинами существует связь, т.е. с увеличением независимой переменной увеличивается зависимая. При отрицательном η существует обратная связь. [14] Коэффициент корреляции определяется по формуле:

(4.6)

Результаты выполненных расчётов представлены в таблице 4.12, на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10 – Графики статистических данных и аппроксимированной функции зависимости бокового износа внутренней рельсовой колеи от пропущенного тоннажа.

На основании результатов произведённых расчётов и проверки предполагаемой зависимости на надёжность (критерий Фишера) и взаимосвязь статистических данных (коэффициент корреляции) для расчёта тоннажа по условиям предельного состояния головки рельса по боковому износу принимаем функцию:

Yвнутр=0,075*Xпред -0.0235, (4.7)

где Yвнутр.=14 мм — предельное состояние рельса по боковому износу;

Xпред – пропущенный тоннаж по исследуемой кривой, млн т брутто.

Прогнозируемый тоннаж по условию предельного состояния внутренней рельсовой нити исследуемой кривой нечётного пути участка «Лечебный – Компрессорный» независимо от трибологических характеристик наружной рельсовой нити составляет Xпред= 187 млн т брутто.

Таблица 4.12 – Расчёты функциональной зависимости левой рельсовой нити.

Внутренняя (левая) рельсовая нить

 

Предельное значение бокового износа для наружного рельса исследуемой кривой – 14мм.Принята гипотеза о линейной функциональной зависимости между значениями бокового износа и пропущенным тоннажом для наружной рельсовой нити для каждого трибологического состояния.

Y = a*X +b (4.8)

После пропуска 70000 моделей экипажей ПС5 по наружной рельсовой нити значения бокового износа различны для различных коэффициентов трения по наружной рельсовой нити: с увеличением коэффициента трения по наружной рельсовой нити увеличивается боковой износ. Для экстраполяции принимаю значения бокового износа для каждого из коэффициентов трения отдельно. Расчёт параметров выбранной функции производится при помощи метода наименьших квадратовв МОExel (таблицы 4.13, 4.14). Для оценки надёжности прогнозного управления определяется критерий Фишера F. Для рельсовой нити с меньшим коэффициентом трение критерий Фишера не подтверждается. Значит характер второй функции возможно определён неверно.

Теснота связи между статистическими данными при корреляционной зависимости определяется коэффициентом корреляции. В случае, наружной рельсовой нитью с Ктр=0,26тесной связи между статическими данными нет.. Для первого варианта (Ктр=0,40) между величинами существует связь — с увеличением независимой переменной увеличивается зависимая.

На основании результатов произведённых расчётов и проверки предполагаемой зависимости на надёжность (критерий Фишера) и взаимосвязь статистических данных (коэффициент корреляции) для расчёта тоннажа по условиям предельного состояния головки рельса по боковому износу с Ктр=0,40 принимаю функцию:

Yнаруж0,40=0,0557*Xпред0,40 -0.0237, (4.9)

где Yнаруж0,40=14 мм — предельное состояние рельса по боковому износу;

Xпред0,40 – пропущенный тоннаж по исследуемой кривой, млн т брутто.

Рисунок 4.11 – Графики статистическиех данных и аппроксимированных функций зависимости бокового износа внутренней рельсовой колеи от пропущенного тоннажа для наружного рельса с различными трибологическими характеристиками.

Для расчёта тоннажа по условиям предельного состояния головки рельса по боковому износу с Ктр=0,40 принимаю функцию:

Yнаруж0,26=0,0415*Xпред0,26+0.0542, (4.9)

где Yнаруж0,26=14 мм — предельное состояние рельса по боковому износу;

Xпред0,26– пропущенный тоннаж по исследуемой кривой, млн т брутто.

Прогнозируемый тоннаж по условию предельного состояния наружной рельсовой нити исследуемой кривой нечётного пути участка «Лечебный – Компрессорный» в зависимости от трибологических характеристик наружной рельсовой нити составляет:

для Ктр=0,40 Xпред0,40= 324 млн т брутто,

для Ктр=0,26 Xпред0,26= 252млн т брутто.

На основе полученных результатов можно рассчитать увеличение ресурса наружной рельсовой нити в исследуемой кривой от внедрения лубрикатора:

Эрес. наруж. нити=(Х_0,40^пред-Х_0,26^пред)/(Х_0,40^пред )*100%(4.10)

Эффективность от использования лубрикатора для наружной рельсовой нити 28% тоннажа сверх тоннажа при движении подвижного состава по сухому рельсу, если предположить, что между боковым износом рельса и пропущенным тоннажом по участку пути имеется некая линейная зависимость.

4.5 Моделирование сил взаимодействия колесо-рельс.

4.5.1 Описание находимых параметров

4.5.1.1 Угол набегания

Угол набегания колесной пары на рельс является результатом влияния комплекса факторов, формирующих условия силового и трибологического взаимодействия вагона и пути.

Рисунок 4.12 — Схема установки в рельсовой колее кузова, тележки и колесных пар

Кроме достаточно сложных экспериментальных методов прямого определения углов перекоса колесных пар в рельсовой колее, данные углы могут быть найдены косвенным путем в результате расчета на основании имеющихся сведений о величинах соответствующих перемещений, полученных в процессе опытов. Вследствие малости величин поперечных перемещений кузова в сравнении с его длиной за базу при отсчете перемещений элементов тележки можно принять касательную к пути, проходящую через центр кузова[7].

На рисунке.4.12 схематично представлены поворот и установка в рельсовой колее кузова, тележки и колесных пар. При вписывании вагона в кривой участок пути угол набеганияаколеса на рельс характеризуется разностью угла поворота колесной пары относительно кузова φкпк и угла наклона касательной в точке набегания колеса на рельс по отношению к хорде, совпадающей с осью кузова ∆α:

a = φкпк – ∆α. (4.11)

При этом φкпк определяется как сумма углов поворота тележки относительно кузова φтк и колесной пары относительно рамы тележки φкп:

φкпк = φтк + φкп (4.12)

Поворот тележки относительно кузова φтк определяют как разность угла поворота тележки φт относительно неподвижной системы координат xОh и угла поворота кузова φк.

Зависящая от кривизны пути составляющая ∆α обусловливается базами вагона и тележки и определяется следующим образом:

∆α=(l-〖(-1)〗^i a)/R_Ф , (4.13)

где l — половина базы кузова; a — половина базы тележки; Rф — фактический радиус кривой (определяется кривизной на базе кузова); i — порядковый номер колесной пары в тележке по ходу движения вагона. Таким образом:

φкпк = φт + φкп – φк (4.14)

Вследствие пониженной связности конструкции тележки ЦНИИ-Х3 в горизонтальной плоскости при движении вагона может возникать обгон (забег) боковых рам друг относительно друга, что также влияет на знак и величину угла набегания. При забеге боковин, вследствие чего тележка в плане превращается из прямоугольника в параллелограмм с углом деформации φзаб, выражение для угла набегания принимает вид:

α=φ_т+φ_кп+φ_заб-φ_к-(l-〖(-1)〗^i a)/R_Ф (4.15)

Рисунок4.13 — Схема деформации рамы тележки в горизонтальной продольной плоскости:

а — угол забега положительный; б — отрицательный

Таким образом, угол набегания характеризуется соотношением параметров, зависящих от характеристик связи тележки с кузовом и связности боковых рам между собой. Эти связи определяют угол поворота тележки относительно кузова и угол забега боковин. Угол поворота колесной пары в буксовых проемах тележки 18-100 при вписывании обычно не превышает 10 % суммы указанных углов. Угол поворота кузова относительно оси пути вследствие малости его величины в расчетах принимается равным нулю.

Как показано на рисунке 4.13, забег боковин может обусловливать угол набегания колесной пары как с отрицательным, так и с положительным знаком.

Согласно Г. Марье, угол набегания считается положительным, если по ходу движения колесная пара набегает на наружный рельс, и отрицательным, если она сбегает с него.

В настоящей работе положительным считается угол забега, при котором обгоняет наружная боковина в кривой (рис. 4.13, а). Отставание наружной боковины, приводящее к увеличению угла набегания, описывается отрицательным углом забега (рис. 4.13, б).

Учитывая, что φт = φтк, выражение для определения угла набегания колеса на рельс окончательно может быть записано следующим образом:

α=φ_т+φ_кп+φ_заб-(l-〖(-1)〗^i a)/R_Ф (4.16)

Для оценки влияния перемещений элементов тележки на механизм формирования угла набегания колеса на рельс были проведены динамические испытания.

4.5.1.2 Боковые и рамные силы

Боковые и рамные силы являются важными показателями, оценивающими силовое воздействие экипажа на путь. Превышение нормативных значений этих сил может явиться причиной разрушения пути и схода экипажа.

Следует различать два типа воздействий на путь:

• приводящие к сдвигу рельсошпальной решетки;

• приводящие к отжатию или опрокидыванию рельса.

В соответствии с данной классификацией воздействий в полевых экспериментах оценивают рамные силы (косвенная оценка опасности сдвига решетки) и боковые силы с использованием тензометрической колесной пары, либо непосредственно измеряя напряжения в рельсе.

Причиной схода вследствие поперечного воздействия на путь, главным образом, является отжатие (опрокидывание рельса), в то время как сдвиг решетки приводит к недопустимым отклонениям рельсовых нитей в плане.

Максимально допустимые рамные и боковые силы нормируются.

Рамные силы:

• для порожнего вагона Hp / Р0< 0.38;

• для порожнего вагона Hp / Р0< 0.3.

Где Р0 — статическая нагрузка на ось.

Боковые силы: не более 100 кН.

Нормируется также суммарное значение рамных сил по тележке.

При компьютерном моделировании динамики рельсовых экипажей оцениваются все указанные показатели. Для расчета боковых сил используется совокупность всех сил, действующих на колесо при контактном взаимодействии с рельсом во всех точках контакта[7].

4.5.1.3 Сила сцепления.

Сила сцепления (сила крипа) — внешняя по отношению к колёсной паре сила, обеспечивающая перемещение экипажа по рельсам при приложении вращающего момента от тягового привода или тормозного момента от механической или электрической системы торможения. Фрикционное взаимодействие колёс подвижного состава с рельсами — сцепление — вид трения контактирующего колеса и рельса. Различают сцепление при тяге, торможении и в состоянии покоя подвижного состава. При абсолютно жёстком колесе (бандаже) и рельсе сцепление считают сосредоточенным в опорной точке колеса на рельсе. Упругие бандаж и рельс контактируют не в точке, а по опорной площадке — эллипсу, ориентированному вдоль рельса. Впервые этот вопрос был рассмотрен нем. физиком Г. Герцем в 1882 (задача Герца). По мере износа эллипс превращается в круг и овал, большая ось которого перпендикулярна рельсу. Поверхность опорной площадки представляет собой совокупность микровыступов и микровпадин, фактическая площадь контакта которых у современных локомотивов, равная 10~4 м2, во многом определяет силу сцепления. Сила, создаваемая вращающим моментом тягового привода по отношению к колёсной паре, является внутренней. Если бы колёсная пара не опиралась на рельсы, то под действием вращающего момента она только вращалась бы вокруг своей геометрической оси без поступательного движения по рельсам. Именно внешняя сила, возникающая в результате сцепления колёс локомотива с рельсами, создаёт возможность перемещения поезда. Вращающий момент, приложенный к колесу, эквивалентен паре внутренних сил. Внутренняя сила, приложенная в точке опоры от колеса к рельсу, стремится перемещать точку опоры в направлении, противоположном движению колеса. Этому препятствует (как реакция) внешняя сила, возникающая под действием силы нажатия колеса на рельс. Внешние и внутренние силы равны по значению, но противоположны по на-правлению: внутренняя сила действует от колеса на рельс и вызывает угон рельса в направлении, обратном движению поезда, внешняя сила действует от рельса на колесо по направлению движения поезда, обеспечивая его перемещение. Внутренняя сила пары приложена к буксам колёсной пары и действует по направлению движения поезда. При наличии сцепления эта сила проявляет себя как сила тяги локомотива. Под действием этой силы, зависящей от вращающего момента, регулируемого машинистом, на опорной площадке образуется фронт деформаций сгущения и разрежения микрочастиц поверхности. Увеличение этой силы до критического значения вызывает разрыв (диссоциацию) наиболее напряжённых микрочастиц, срыв и боксование колеса — его вращение вокруг своей геометрической оси без поступательноо движения по рельсу. Срыв сцепления при торможении — результат пластических деформаций существовавших единичных и возникающих вновь микросдвигов контактирующих на опорной поверхности микрочастиц под действием внешней тормозной силы, сопровождается появлением юза — поступательным движением колеса по рельсу без вращения. Результат фрикционного взаимодействия колеса и рельса, представленный в числовом или буквенном выражении, называется коэффициентом сцепления, который устанавливает связь между силой сцепления и сцепной массой (силой нажатия) колеса на рельс локомотива. Коэффициент сцепления зависит от множества факторов, из которых наиболее существенным, является скорость движения локомотива данной серии. На значение коэффициента сцепления оказывают влияние также регулярные и случайные факторы, проявляющиеся при движении, которые сводятся восновным к трём группам: конструкция и состояние механической части локомотива; электрическая схема и состояние электрооборудования; метеорологические условия, состояние поверхностисти рельсов и бандажей. В условиях эксплуатации коэффициент сцепления является случайной величиной, имеющей разброс ±50% от среднего значения. Методы энергетической теории сцепления позволяют целенаправленно управлять сцеплением так, чтобы в данных условиях реализовать наибольшее значение сил сцепления, обеспечивая при этом экономию электроэнергии (топлива) на движение поезда.

4.5.2 Моделирование сил взаимодействия колесо-рельс

Производится расчёт параметров взаимодействия колеса и рельса модели ПС5:

Рамная сила Н;

Угол набегания;

Полное сопротивление сил крипа (сил сцепления)

Расчёт параметров производится для модели исследуемого участка пути длиной 480 м с изменением его трибологических характеристик по наружной рельсовой нити согласно результатам трибологических измерений участка:

Состояние рельсовой нити сухой рельс, Ктр=0,4;

Состояние рельсовой нити после прохода 10000…15000 колёсных пар (оптимальное состояние) Ктр=0,26;

Состояние рельсовой нити после прохода рельсосмазывателя, Ктр=0,12.

Результаты моделирования представлены в виде диаграмм зависимости параметра от пройденного пути (рисунки 4.14 – 4.17)

Рисунок 4.14 – График изменения угла набегания колёс вагона подвижного состава при прохождении исследуемой кривой.

Согласно данному графику можно судить о поведении тележек вагона при вписывании в исследуемую кривую (рисунок 4.12). Для всех правых колёс вагона углы набегания будут симметричны для каждого колеса соответственно. Для сравнения углов набегания в кривой с различными коэффициентами трения по наружной рельсовой нити с целью нахождения взаимосвязи бокового износа с параметрами взаимодействия колеса и рельса беру для сравнения только углы набегания левого колеса 1й колёсной пары вагона.

Рамные силы, действующие на колёсные пары вагона различны между собой в точке приложения относительно пути пропорционально расстоянию между их осями в тележке вагона и взаиморасположению осей в тележке. Рамные силы для каждой из колёсных пар возрастают/убывают при прохождении состава по переходным кривым имея максимальные значения в точках перехода из переходной кривой в круговую.

Рисунок 4.15 – Графики изменения рамных сил одного вагона при движении по исследуемой кривой.

При движении состава в круговой кривой рамные силы постоянны по значению. Для дальнейшего сравнения рамных сил принимаю рамную силу первой колёсной пары при прохождении состава по исследуемому участку с различными коэффициентами трения по наружной рельсовой нити.

Так как в данном проекте рассматривается взаимодействие сил колесо-рельс и боковой износ в кривом участке пути и трибологические характеристики пути изменяются непосредственно в кривой, то уменьшаю размеры исследуемого участка от точки, в которой первая колёсная пара 3D-вагона въезжает в переходную кривую, до точки выезда первой колёсной пары вагона из кривой. То есть изменяю параметры исследуемого участка до размеров исследуемой кривой без учёта прямых вставок. Углы набегания и рамные силы при движении подвижного состава по прямой близки к нулю.

Рисунок 4.16 – Графики рамных сил при движении ПС5 в кривой с различными трибологическими характеристиками.

Рисунок 4.17 – Графики изменения угла набегания при прохождении кривой с различными трибологическими характеристиками.

Как видно на рисунках 4.16, 4.17 с увеличением коэффициента трения по наружной рельсовой нити в кривом участке пути угол набегания колёсных пар на рельс и рамные силы увеличиваются. Для определения количественных показателей изменения рамных сил и угла набегания приведу среднее изменение параметров относительно Ктр=0,40 в процентном соотношении.

Среднее значение рамной силы Н0,40 с Ктр=0,4 на 13,7% по модулю меньше рамной силы Н0,12 и на 13,2% меньше Н0,26. Можно сделать вывод о том, что средние значения рамных сил Н0,12 и Н0,26 между собой одинаковы с расхождением по величине 0,5 %. А значит при уменьшении Ктр с 0,26 до 0,12 по наружной нити рамные силы не изменяются.

Среднее значение угла набегания У0,40 с Ктр=0,4 на 51,4% по модулю меньше рамной силы У0,12 и на 18,9% меньше У0,26.

Среднее значение угла набегания С0,40 с Ктр=0,4 на 109,6% по модулю меньше рамной силы С0,12 и на 41,6% меньше Н0,26.

Таблица 4.15 — Сравнительные значения рамной силы и угла набегания в зависимости от коэффициента трения по наружной рельсовой нити кривой.

Коэффициент трения, Ктр Рамная сила, Н Угол набегания, У Полная сила сцепления, С

0,4 1*Н0,40 1*У0,40 1*С0,40

0,26 1,132*Н0,40 118,9*У0,40 1,416*С0,40

0,12 1,137Н0,40 1,514*У0,40 2,096*С0,40

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ ПУТИ С РАЗЛИЧНЫМИ ТРИБОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РЕЛЬСОВ

Для расчета экономической эффективности в зависимости от трибологических свойств рельсов и как следствие уменьшения расходов на текущее содержание таких участков необходимо определить факторы износа на конкретном примере.

Для рассмотрения возьмем кривую радиусом 540 м, протяженностью 278 м и скоростью прохода экспериментального поезда 40 км/ч, определим работу износа для колеи со следующими трибологическими свойствами. В первом варианте рассмотрим стандартные соотношения коэффициентов трения 0,50 и 0,40, а для второго варианта коэффициенты трения для кривой установим 0,50 и 0,26 для внутренней нити рельсовой колеи. Работу износа будем определять в программном комплексе «Универсальный механизм 6.0».

Факторы износа необходимые для расчета в двух точечном контакте: мощность и работа износа. Рассчитываются по следующим формулам:

M_WEAR=-F_2x ν_2X-F_2Y ν_2Y (6.1)

-скалярное произведение силы Крипа и скорости колес относительно рельса в точке контакта 2,(Вт);

A_WEAR=∫_0^t▒〖M_WEAR dt〗 , (Дж) (6.2)

S_WEAR=A_WEAR/S (6.3)

где S – пройденный путь, (Дж/м)

Данные работы силе трения для пути с различными коэффициентами трения в среднем получились следующие:

при 0.5/0.26, AWEAR=152022.83 Дж

при 0.5/0.40, AWEAR=201937.36 Дж

Теперь приведем разницу в процентном соотношении для более наглядного сравнения:

0.50/0.26 к 0.50/0.40 =132,83%

Известно, что за 2011 год на Свердловск-Пассажирской дистанции пути, была произведена замена рельса с переменой канта в объеме 1 км пути. Исходя из этого предположим, что за 1 год износу подвергается 1 км пути. Зная это, подсчитаем экономию от применения рельсов с различными трибологическими свойствами для пути, протяженностью 1км.

Стоимость замены 1 км пути, по данным ПЧ-7:

при замене на новые рельсы 3757 тыс. руб

при замене на старогодние рельсы 1307 тыс. руб

Если предположить, что на Свердловск-Пассажирской дистанции коэффициент трения 0,50/0,40, тогда сравним стоимость замены 1 км пути исходя из процентной разницы работы износа по сравниваемым путям.

Получим следующие стоимости для замены 1 км пути в год:

0.50/0.40 =3757 тыс.руб

0.50/0.26 =2828 тыс.руб

Сравнивая варианты, получим, что при уменьшении коэффициента трения по внешней рельсовой нити, износ и как следствие и стоимость ремонта пути увеличивается, для варианта пути с 0.50/0.40 на 929 тыс.руб. Получается что этот вариант является экономически невыгодным.

Выходит, что затраты в среднегодовом итоге снизятся для варианта с 0.50/0.26 на 929 тыс.руб, по сравнению с вариантом пути с 0.50/0.40 трибологическими характеристиками.

Сравнив полученные результаты имеем, что наиболее экономически выгодным вариантом будет путь с коэффициентами трения, 0.50 и 0.26 по внутренней рельсовой нити.

Такого результата можно добиться путем применения лубрикаций. Используя для этого стационарные рельсо-смазыватели, либо системы лубрикации устанавливаемые на подвижной состав.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данного дипломного проекта было рассмотрено взаимодействие системы «колесо-рельс», создано 5 моделей подвижных составов и проведены их тяговые расчёты по исследуемому участку – левой кривой нечётного пути перегона Кольцово – Лечебный Свердловск – Пассажирской дистанции пути. По результатам испытаний моделей в модуле эволюции программного комплекса «Универсальный механизм 6.0» выбрана модель подвижного состава ПС5. Были проведены трибологические измерения на исследуемом участке пути и получены коэффициенты трения для каждого трибологического состояния участка.По итогам работы в модуле эволюции профиля рельса были получены экспериментальные данные по боковому износу по наружной и внутренней рельсовой нити с различными трибологическими характеристиками. В полученных результатах отражены зависимости бокового износа от коэффициентов трения по наружной рельсовой нити, от пропущенного тоннажа и решены задачи прогнозной экстраполяции по предельному состоянию рельса на боковой износ. Определена функциональная зависимость бокового износа от пропущенного тоннажа для изменяющихся внешних условий и сделан прогноз о максимально возможном количестве пропущенных грузов для обеих рельсовых нитей исследуемого участка по условию придельного состояния рельса по боковому износу. Проведено моделирование движения единицы подвижного состава. Полученные данные дают представление о силах взаимодействия колеса и рельса: углов набегания, рамных сил, сил сцепления, работы износа при различных трибологических условиях пути. В экономической части произведен расчет стоимости замены рельсов при изменении коэффициента трения по внешней рельсовой нити.

В результате сделаны следующие выводы:

при уменьшении коэффициента трения по внешней рельсовой нити, угол набегания, рамная сила, полная сила крипа увеличиваются, а полная сила сцепления уменьшается;

Корректный вывод об изменении бокового износа и характере сил, действующих на рельсовые нити в кривой возможно сделать только на примере проходов одной и той же модели подвижного состава с изменяющимися внешними условиями движения. В противном случае результат моделирования непредсказуем.

Исследование бокового износа и сил взаимодействия колесо-рельс с различными трибологическими характеристиками в разных режимах движения поезда невозможно в UM без использования 3D-локомотива.

Боковой износ профиля рельса внутренней рельсовой нити независимо от наличия/отсутствия смазки по наружной рельсовой нити всегда больше износа по наружной рельсовой нити. Отношение износа по внешней рельсовой нити к износу по внутренней рельсовой нити 1:1,5. Интенсивность износа по внутренней рельсовой нити в два раза больше интенсивности износа по наружной нити независимо от изменения коэффициента трения по наружной рельсовой нити. Данные результаты связаны с несоответствием высоты возвышения рельсовой колеи в кривой (64 мм) со скоростями движения подвижного состава (не более 40 км/ч). Силы воздействующие на каждую рельсовую нить распределяются неравномерно.

С изменением коэффициента трения по наружной рельсовой нити изменяется боковой износ по обеим рельсовым нитям.

С уменьшением коэффициента трения по наружной рельсовой нити уменьшается боковой износ по наружной рельсовой нити, в то же время по внутренней рельсовой нити зависимость бокового износа от трения по наружной нити не пропорциональна уменьшению коэффициента трения по наружной рельсовой нити в исследуемой кривой.

Организация рабочего места при работе с компьютером

Общие положения по охране труда

Пункт 2 статьи 7 Конституции Российской Федерации гласит, что в Российской Федерации охраняются труд и здоровье людей. В статье 37 Конституции Российской Федерации наряду с иными правами также гарантировано право каждого на труд в условиях, отвечающих требованиям безопасности и гигиены.

В широком смысле под охраной труда понимают систему сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, которая согласно статье 209 ТК РФ, включает правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

В узком смысле охрана труда рассматривается как один из разделов трудового права, который выступает в виде совокупности правовых средств обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе их трудовой деятельности.

Государственные нормативные требования охраны труда обязательны для исполнения юридическими и физическими лицами при осуществлении ими любых видов деятельности.

Вопросы, относящиеся к ответственности за обеспечение охраны труда при работе за компьютером, регулируются Федеральным законом от 17.07.99 № 181-ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации» (далее – Закон об охране труда) , Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.2.542-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» (далее – СанПин 2.2.2.542-96) и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».

В соответствии со ст. 14 Закона об охране труда на работодателя возлагается обязанность обеспечить:

безопасность работников при эксплуатации оборудования;

применение средств индивидуальной защиты работников;

соответствующие требования охраны труда, условия труда на каждом рабочем месте;

соблюдение режима труда и отдыха работников;

обучение безопасным методам и приемам выполнения работ;

инструктаж по охране труда;

организацию контроля за состоянием условий труда на рабочих местах;

проведение аттестации рабочих мест по условиям труда;

информирование работников об условиях и охране труда на рабочих местах, существующем риске повреждения здоровья и полагающихся им компенсациях и средствах индивидуальной защиты.

Для снижения воздействия вредных факторов на организм при работе с компьютером необходимо следовать инструкциям по охране труда работника на рабочем месте. (приложение В)

Требования безопасности к производственным процессам при работе на персональном компьютере

Виды трудовой деятельности можно разделить на 3 группы:

группа А — работа по считыванию информации с экрана компьютера с предварительным запросом;

группа Б — работа по вводу информации;

группа В — творческая работа в режиме диалога с компьютером.

При выполнении в течение рабочей смены работ, относящихся к различным видам трудовой деятельности, за основную работу с компьютером следует принимать такую, которая занимает не менее 50% времени в течение рабочей смены или рабочегодня.

Для видов трудовой деятельности устанавливается 3 категории тяжести и напряженности работы с компьютером(Таблица 1), которые определяются:

для группы А — по суммарному числу считываемых знаков за рабочую смену;

для группы Б — по суммарному числу считываемых или вводимых знаков за рабочую смену;

для группы В — по суммарному времени непосредственной работы с компьютером за рабочую смену.

При 8-часовой рабочей смене и работе на компьютере регламентированные перерывы следует устанавливать:

для I категории работ через 2 часа от начала рабочей смены и через 2 часа после обеденного перерыва продолжительностью 15 минут каждый;

для II категории работ через 2 часа от начала рабочей смены и через 1,5 — 2,0 часа после обеденного перерыва продолжительностью 15 минут каждый или продолжительностью 10 минут через каждый час работы;

для III категории работ — через 1,5 — 2,0 часа от начала рабочей смены и через 1,5 — 2,0 часа после обеденного перерыва продолжительностью 20 минут каждый или продолжительностью 15 минут через каждый час работы.

При 12-часовой рабочей смене регламентированные перерывы должны устанавливаться в первые 8 часов работы аналогично перерывам при 8-часовой рабочей смене, а в течение последних 4 часов работы, независимо от категории и вида работ, каждый час продолжительностью 15 минут.

Во время регламентированных перерывов с целью снижения нервно- эмоционального напряжения, утомления зрительного анализатора, устранения влияния гиподинамии и гипокинезии, предотвращения развития познотонического утомления целесообразно выполнять комплекс физических упражнений для глаз и упражнений для улучшения работоспособности и снятия утомления, изложенных в СанПиН 2.2.2.542-96. (приложение С)

При работе с ПК организм подвержен обезвоживанию. Необходимо пить воду в течение дня, но понемногу.

Профессиональные пользователи ПК проходят обязательные предварительные и периодические медицинские осмотры в порядке и в сроки, установленные Минздравмедпромом России и Госкомсанэпиднадзором России.

К непосредственной работе с ПК допускаются лица, не имеющие медицинских противопоказаний.

Санитарно-гигиенические нормы и требования безопасности к помещениям и оборудованию автоматизированного рабочего места

Длительная работа с компьютером может приводить к расстройствам состояния здоровья. Кратковременная работа с компьютером, установленным с грубыми нарушениям гигиенических норм и правил, приводит к повышенному утомлению. Вредное воздействие компьютерной системы на организм человека является комплексным. Параметры монитора оказывают влияние на органы зрения. Оборудование рабочего места влияет на органы опорно-двигательной системы. Рабочее помещение, характер расположения оборудования на и режим его использования на рабочем месте влияет как на общее психофизиологическое состояние организма, так и на органы зрения.

Требования к рабочему помещению

Рабочим местом называют зону, оснащенную необходимыми техническими средствами, в которой происходит трудовая деятельность одного или группы исполнителей. Организация рабочего места — это система мероприятийпо оснащению рабочего места средствамии предметами труда и их размещению в определенном порядке. Необходимые требования к рабочему помещению приведены в таблице 2

Для внутренней отделки помещений должны использоваться диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения от потолка – 0,7–0,8; для стен – 0,5–0,6; для пола – 0,3–0,5. Полимерные материалы для внутренней отделки должны быть разрешены для применения органами и учреждениями Госсанэпиднадзора России.

Поверхность пола в помещениях должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки и влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

Таблица 2 — Требования для рабочего помещения

Категория Требуемое значение

Огнестойкость 1 и 2 ступени по пожарным требованиям

Допустимый уровень звуковых давлений 71-42 Дц

Допустимые значения вибрации: частота 25 Гц

Допустимые значения вибрации: амплитуда 0,1 мм

Содержание пыли в воздухе Не более 2 мг/м3

Температура 18-25 С

Относительная влажность 40-60%

Освещенность Не менее 200 лк

Аварийное освещение 20 лк

Площадь/объём на 1 рабочее место 6 м2/20 м3

Требования к микроклимату рабочего помещения.

В производственных помещениях, в которых установлены компьютеры, микроклимат должен соответствовать следующим санитарным нормам:

температура воздуха в теплый период года – не более 23–25 градусов Цельсия, в холодный – 22–24 градусов Цельсия;

относительная влажность воздуха – 40–60 %;

скорость движения воздуха – 0,1 м/с.

Для повышения влажности воздуха в помещениях следует применять увлажнители воздуха, ежедневно заправлять их дистиллированной или кипяченой водой.

Уровень положительных и отрицательных аэрофонов в воздухе помещений должен соответствовать “Санитарно-гигиеническим нормам допустимых уровней ионизации воздуха производственных и общественных помещений”.

В производственных помещениях уровень шума на рабочих местах не должен превышать значений, установленных “Санитарными нормами допустимых уровней шума на рабочих местах”, а уровень вибрации – “Санитарными нормами вибрации рабочих мест”.

В помещениях с компьютерами должна проводиться ежедневная влажная уборка. Они должны быть оснащены аптечкой первой помощи и углекислотными огнетушителями.

Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях следует не реже двух раз в год чистить стекла, оконные рамы и светильники и своевременно заменять перегоревшие лампы. Рабочие места должны располагаться таким образом, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева. Оконные проемы должны быть оборудованы регулируемыми жалюзи, занавесями, внешними козырьками и др.

Требования к освещению рабочего места

Помещение для работы с компьютером должно быть оборудовано соответствующим образом. В соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96 помещения для работы на компьютерах должны иметь естественное и искусственное освещение.

Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1,2 % в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5 % на остальной территории. Указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположенных в третьем световом климатическом поясе.

Искусственное освещение должно быть общим и равномерным. Допускается применение комбинированного освещения: кроме общего устанавливаются светильники местного освещения, которые не должны создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать его освещенность более 300 лк. Освещенность поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна составлять 300–500 лк. Источники освещения устанавливаются таким образом, чтобы они не ослепляли, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м2. В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. При устройстве отраженного освещения допускается применение металлогалогенных ламп мощностью до 250 Вт, а в светильниках местного освещения – ламп накаливания.

Не допускается располагать рабочие места для работы на компьютерах в подвальных помещениях. В случае производственной необходимости использовать помещения без естественного освещения можно только по согласованию с органами и учреждениями Государственного санитарно-эпидемиологического надзора России.

Требования к оборудованию рабочего помещения

Рабочим местом являются стул и стол, на котором размещаются все необходимые для работы технические средства.

При работе с персональным компьютером, человек работает сидя. Эта поза менее утомительна, обеспечивает устойчивость тела, увеличивает точность движений. При организации рабочего места необходимо обеспечить следующие виды совместимости:

информационную;

биофизическую;

энергетическую;

технико-эстетическую;

пространственно-антропометрическую.

Под информационной совместимостью понимается возможность судить о ходе испытаний по отображаемой на мониторе информации. В данном случае монитор является средством отображения информации. Сам человек не является пассивным наблюдателем и по требованию руководителя испытаний оказывает воздействие на автоматизированную систему используя органы управления (клавиатуру).

К информационной модели управления предъявляются следующие требования:

информационная модель должна отображать все нужные в данный момент характеристики автоматизированной системы;

информационная модель должна позволять безошибочно принимать и обрабатывать информацию.

Обеспечение информационной совместимости осуществляется в двух направлениях: программном и техническом.

Программное управление подразумевает создание удобных для пользования программных продуктов.

Техническое направление подразумевает соблюдение эргономических норм и требований, предъявляемых к техническим устройствам. Ряд таких требований представлен в таблице 3:

Таблица 3 — Визуальные эргономические параметры видеодисплейных терминалов и пределы их изменений.

Наименование параметров Пределы значений параметров

минимальный максимальный

Яркость знака (яркость фона), кд/м 35 120

Внешняя освещённость экрана, лк 100 250

Угловой размер знака, утл.мин. 16 60

Оптимальным диапазоном значений визуального эргономического параметра называется диапазон, в пределах которого обеспечивается безошибочное считывание информации при времени реакции работника, превышающем минимальное, установленное экспериментально для данного типа видеодисплейного терминала, не более, чем в 1,2 раза. Допустимым — не более чем в 1,5 раза.

Угловой размер знака — угол между линиями, соединяющими крайние точки знака по высоте и глаз наблюдатели. Угловой размер знака определяется по формуле 1:

А = arctg(h/2*l), (1)

Где h — высота знака;

1 — расстояние от знака до глаза работника.

Оптимальное количество информации, считываемое человеко -0,1 -6 бит/с.

Биофизическая совместимость подразумевает создание таких санитарно- гигиенических условий (микроклимат, освещение, вибрация, излучение и т.д.), которые обеспечивают приемлемую работоспособность и нормальное физиологическое состояние.

Энергетическая совместимость предполагает согласование органов управления автоматизированной системой с оптимальными возможностями оператора в отношении прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движения. Обеспечение энергетической совместимости предполагает использование в качестве органа управления клавиатуру, работа с которой характеризуется малыми энергетическими затратами. Для еще большего уменьшения усилий работника предполагается использование наряду с клавиатурой других органов управления (джойстика, манипулятора типа «мышь», трек-бола и т.п.) при условии возможности их использования в данном программном продукте.

Технико-эстетическая совместимость предполагает создание таких условий, при которых человек не будет испытывать отрицательных эмоций ни от самой работы, от архитектурного и цветового решения интерьера.

Для этого решаются следующие вопросы:

изящное выполнение приборов, стендов, технической документации;

оптимальное цветовое оформление интерьера;

оптимальное решение цельности, гармоничности, пропорциональности оборудования на рабочем месте оператора в целом;

красота продукта труда.

Пространственно-антропометрическая совместимость предполагает учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положение оператора в процессе работы.

При этом решается ряд задач, среди которых:

определение объема рабочего места исходя из размеров человеческого тела;

определение зон досягаемости для конечностей работника;

3) определение зон обзора;

4) определение высоты рабочей поверхности и т.д.

Основные параметры рабочего места должны быть регулярными. Этим обеспечивается возможность создания благоприятных условий отдельному человеку с учетом его антропометрических характеристик, а также приспособление рабочего места под преобладающий вид деятельности: ввод данных для оператора, наблюдение за поездным положением для диспетчера и т.д.

На основе зон размещения органов управления и зон обзора, а также других рекомендаций при организации рабочего места рекомендуется соблюдать следующие требования:

Экран видеомонитора должен находится от глаз на оптимальном расстоянии 600-700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов; плоскость экрана должна быть перпендикулярна к нормальной линии взора.

Высота рабочей поверхности стола должна регулироваться в пределах 680-800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм.

Модульными размерами рабочей поверхности стола, должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину 800, 1000, 1200 и 1400 мм, глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой его высоте, равной 725 мм;

Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной не менее 500 мм, глубиной на уровне колен – не менее 500 мм и на уровне вытянутых ног — не менее 650 мм; Рабочий стул (кресло) должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также — расстоянию спинки от переднего края сиденья.

Конструкция кресла предусматривает возможность регулировки высоты поверхности сиденья, угла наклона спинки, расстояние от спинки до переднего края сиденья высоты подставки для ног.

Поверхность сиденья должна быть профилированной. Профилировка поверхности сиденья передним, равным 10-15 угл. град, вершины которых расположены на менее удаленной от заднего края поверхности сиденья на 1~3 его глубины, если величина сиденья не превышает 45см, и на 15см в остальных лучах.

Опорная поверхность спинки должна быть профилированной. Профилировка опорной поверхности спинки задается радиусом кривизны поясничной опоры. Угол наклона спинки для работы должен составлять 95-110 градусов. В необходимых случаях должно быть предусмотрено. Увеличение угла наклонена спинки до 115 градусов.

Рабочее место должно быть оборудовано подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20 Поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм;

Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100-300 мм от края, обращенного к пользователю или на специальной, регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

Стол, на котором располагается клавиатура, может быть ниже традиционной высоты что обеспечивает рукам достаточную остаточную степень свободы и необходимую скорость при работе с клавиатурой, а также снимает мышечные утомления.

Прилегающие к работнику края столешницы не должны вызывать механического раздражения локтевой части рук. В связи с этим, края стола должны быть округлены или иметь конструктивные особенности.

Ящики с общим весом до 8-10кг. Должны иметь ручку, крепящуюся горизонтально.

Ящики с общим весом свыше 10кг. Должны иметь ручку крепящиеся вертикально, что обеспечивает оптимальное приложение силы.

Для ведения бумажной документации, в том числе должны устанавливаться дополнительные выдвижные или стационарные столешницы. Переход к работе на стационарной столешнице осуществляется при повороте и незначительном перемещении операторского кресла.

Работа пользователя с информацией на бумажных носителях должна быть организована при помощи блока, состоящего из ячеистых отсеков для журналов, папок, справочной литературы. Обязательна установка на рабочем месте емкости для бумажных отходов.

Конструкция столешницы и приставочных элементов должна стыковаться в одной плоскости. Это обеспечивает легкую перекомпоновку аппаратуры на рабочем месте, более экономичное использование пространства в зоне наилучшей досягаемости.

Оптимальная прокладка соединительных кабелей обеспечивается благодаря наличию специальных отверстий и каналов. Необходимо обращать внимание на наличие удобного доступа к средствам печати, если они установлены внутри стеллажа. Желательно максимально ограничить количества перемещений за спиной пользователя, особенно непосредственной близости. Это достигается выбором соответствующей планировки зала.

На рабочем месте должно быть зарезервировано пространство, которое пользователь по своему усмотрению может заполнять предметами, вызывающими у него положительные эмоции. Это позволяет повысить степень индивидуальности личного пространства, благоприятно сказывается на отношении человека к своему рабочему месту. Тот же эффект имеют предметы искусства, цветы и другие предметы, оживляющие и очеловечивающие обстановку, снимающие психологические барьеры в отношении производственной среды.

Средства индивидуальной защиты при работе за компьютером.

Согласно Трудовому кодексу РФ работодатель обязан обеспечить нормальные и безопасные условия труда.

Под средствами индивидуальной и коллективной защиты работников согласно ст. 209 ТК РФ понимаются технические средства, используемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работников вредных и (или) опасных производственных факторов, а также для защиты от загрязнения. При работе с компьютером одним из вредных производственных факторов является воздействие монитора на зрение. В СанПиН 2.2.2 / 2.4.1340–03 «Гигиенические требования к персональным компьютерам и организации работы» имеется Приложение № 12 , где приведены возможные средства защиты от излучений мониторов.

Таблица 4 – Средства профилактики неблагоприятного влияния ПК

№ п/п Средство профилактики неблагоприятного влияния ПК Оказываемое профилактическое действие

11 Приэкранные защитные фильтры для видеомониторов Снижают уровень напряжённости электрического и электростатического поля, повышают контрастность, уменьшают блики

22 Нейтрализаторы электрических полей промышленной частоты Снижают уровень электрического поля промышленной частоты

33 Очки защитные со спектральными фильтрами ЛС и НСФ, разрешённые Минздравом России для работы на ПК Профилактика компьютерного зрительного синдрома, улучшение визуальных показателей видеомониторов, повышение работоспособности, снижение зрительного утомления.

Требования электрической безопасности при работе за компьютером

ПК отличается от прочих электроприборов тем, что для него предусмотрена возможность длительной эксплуатации без отключения от электрической сети. Кроме обычного режима работы компьютер может находиться в режиме работы с пониженным электропотреблением или в дежурном режиме ожидания запроса. В связи с возможностью продолжительной работы компьютера без отключения от электросети следует уделить особое внимание качеству организации электропитания.

Требования к качеству и организации электропитания персонального компьютера

Недопустимо использование некачественных и изношенных компонентов в системе электроснабжения, а также их суррогатных заменителей: розеток, удлинителей, переходников, тройников. Недопустимо самостоятельно модифицировать розетки для подключения вилок, соответствующих иным стандартам. Электрические контакты розеток не должны испытывать механических нагрузок, связанных с подключением массивных компонентов (адаптеров, тройников и т. п.).

Все питающие кабели и провода должны располагаться с задней стороны компьютера и периферийных устройств. Их размещение в рабочей зоне пользователя недопустимо.

Запрещается производить какие-либо операции, связанные с подключением, отключением или перемещением компонентов компьютерной системы без предварительного отключения питания.

Компьютер не следует устанавливать вблизи электронагревательных приборов и систем отопления.

Недопустимо размещать на системном блоке, мониторе и периферийных устройствах посторонние предметы: книги, листы бумаги, салфетки, чехлы для защиты от пыли. Это приводит к постоянному или временному перекрытию вентиляционных отверстий.

Запрещается внедрять посторонние предметы в эксплуатационные или вентиляционные отверстия компонентов компьютерной системы.

Особенности электропитания монитора

Монитор имеет элементы, способные сохранять высокое напряжение в течение длительного времени после отключения от сети. Вскрытие монитора пользователем недопустимо ни при каких условиях. Это опасно для жизни и технически бесполезно, так как внутри монитора нет никаких органов, регулировкой или настройкой которых пользователь мог бы улучшить его работу. Вскрытие и обслуживание мониторов производится только в специализированных мастерских.

Таблица 5 — Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений.

Наименование параметра Допустимое значение

1. Напряженность электромагнитного поля по электрической составляющей на расстоянии 50 см от поверхности видеомонитора.

2.Напряжённость электромагнитного поляпо магнитной составляющей на расстоянии 50 см от поверхности видеомонитора. 10 в/м

0,3 А/м

3.Напряженность электростатического поля. 20 кВ/м

4.Напряжённость электромагнитного поля на расстоянии 50 см вокруг монитора по электрической составляющей должна быть не более: — в диапазоне частот 5 Гц — 2 кГц

— в диапазоне частот 2 -400 кГц.

25В/М

2,5 В/м

5. Плотность магнитного потока должна быть не более: — в диапазоне частот 5 Гц — 2 кГц;

— в диапазоне частот 2 — 400 кГц.

25О нТл

25 нТл

6.Поверхностный электростатический потенциал не должен превышать 500В

Особенности электропитания системного блока

Все компоненты системного блока получают электроэнергию от блока питания. Блок питания ПК — это автономный узел, находящийся в верхней части системного блока. Правила техники безопасности не запрещают вскрывать системный блок, например при установке дополнительных внутренних устройств или их модернизации, но это не относится к блоку питания. Блок питания компьютера — источник повышенной пожаро-опасности, поэтому вскрытию и ремонту он подлежит только в специализированных мастерских.

Блок питания имеет встроенный вентилятор и вентиляционные отверстия. В связи с этим в нем неминуемо накапливается пыль, которая может вызвать короткое замыкание. Рекомендуется периодически (один — два раза в год) с помощью пылесоса удалять пыль из блока питания через вентиляционные отверстия без вскрытия системного блока. Особенно важно производить эту операцию перед каждой транспортировкой или наклоном системного блока.

Требования электрической безопасности

Во избежание поражения электрическим током необходимо твердо знать и выполнять следующие правила безопасного пользования электроэнергией:

Необходимо постоянно следить на своем рабочем месте за исправным состоянием электропроводки, выключателей, штепсельных розеток, при помощи которых оборудование включается в сеть, и заземления. При обнаружении неисправности немедленно обесточить оборудование, оповестить администрацию. Продолжение работы возможно только после устранения неисправности.

Во избежание повреждения изоляции проводов и возникновения коротких замыканий не разрешается:

а) вешать что-либо на провода;

б) закрашивать и белить шнуры и провода;

в) закладывать провода и шнуры за газовые и водопроводные трубы, за батареи отопительной системы;

г) выдергивать штепсельную вилку из розетки за шнур, усилие должно быть приложено к корпусу вилки.

Для исключения поражения электрическим током запрещается:

а) часто включать и выключать компьютер без необходимости;

б) прикасаться к экрану и к тыльной стороне блоков компьютера;

в) работать на средствах вычислительной техники и периферийном оборудовании мокрыми руками;

г) работать на средствах вычислительной техники и периферийном оборудовании, имеющих нарушения целостности корпуса, нарушения изоляции проводов, неисправную индикацию включения питания, с признаками электрического напряжения на корпусе;

д) класть на средства вычислительной техники и периферийном

оборудовании посторонние предметы.

Требования по обеспечению пожарной безопасности при работе на персональном компьютере

На рабочем месте запрещается иметь огнеопасные вещества.

В помещениях запрещается:

а) зажигать огонь;

б) включать электрооборудование, если в помещении пахнет газом;

в) курить;

г) сушить что-либо на отопительных приборах;

д) закрывать вентиляционные отверстия в электроаппаратуре.

Источниками воспламенения являются:

а) искра при разряде статического электричества;

б) искры от электроборудования;

в) искры от удара и трения;

г) открытое пламя.

При возникновении пожароопасной ситуации или пожара персонал должен немедленно принять необходимые меры для его ликвидации, одновременно оповестить о пожаре администрацию. Помещения с АРС должны быть оснащены огнетушителями типа ОУ-2 или ОУБ-3.

7 ЭКСПЕРТИЗА ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА НА СООТВЕТСВИЕ ТРЕБОВАНИЯМ ЭКОЛОГИЧНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ

Тема дипломного проекта: «Анализ влияния коэффициента трения на силы взаимодействия колесо – рельс с помощью компьютерного моделирования».

Разработал: Чувашов Я.А.

На экспертизу представлены следующие разделы:

Исследование влияния коэффициента трения на систему взаимодействтя колесо — рельс;

Трибологические измерения на опытном участке «Лечебный – Кольцово» Екатеринбург – Пассажирской дистанции пути;

Компьютерное моделирование сил взаимодействия колесо – рельс и бокового износа при различных коэффициентах трения. Анализ влияния коэффициента трения на боковой износ рельса;

Экономическая эффективность содержание кривой с различными трибологическими характеристиками рельсов;

Автоматизированное рабочее место оператора ПЭВМ.

7.1 Общие положения

Все работники, связанные с исследовательским процессом профессионально обучены, с ними проведены занятия по охране труда согласно ГОСТ 12.0.004–90 «Организация обучения безопасности труда. Общие положения», кроме того они прошли профессиональный отбор и выдержали испытания по знанию:

– «Правил технической эксплуатации железных дорог РФ» (ПТЭ) – введена приказом МинТранса России №162 от 4 июня 2012 г;

– «Инструкции по сигнализации на железных дорогах РФ» (ИСИ) – введена приказом МинТранса России № 162 от 4 июня 2012 г;

– «Инструкции по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах РФ» (ИДП) – введена приказом МинТранса России от 4 июня 2012 г;

– «Правил и инструкций по технике безопасности и производственной санитарии»;

Все приборы и оборудование соответствуют следующим нормативам:

– ГОСТ 25258-82 (2003) Средства измерений электрометрические. Правила приемки и методы испытаний.

– ГОСТ РИСО 10012-2008 Менеджмент организации. Системы менеджмента измерений. Требования к процессу измерений и измерительному оборудованию.

– РМГ 74-2004 ГСИ. Методы определения межповерочных и межкалибровочных интервалов средств измерений;

– ГОСТ 12.2.062–82. ССБТ. Оборудование производственное. Ограждения защитные.

– ГОСТ 12.2.007.0–75. ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.

— СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.

— СанПиН 2.2.2.542-96 “Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы”

На всех транспортных машинах имеются средства пожаротушения в количестве, установленном для каждого типа техники.

Все машины укомплектованы медицинскими аптечками, ёмкостями для питьевой воды, средствами сигнализации и связи (включая комплект петард, ручных фонарей, сигнальных флажков).

Все рабочие места аттестованы по условиям труда в соответствии со статьёй 212 ТК РФ «Обязанности работодателя по обеспечению безопасных условий и охраны труда». Вопросы, относящиеся к ответственности за обеспечение охраны труда при работе за компьютером, регулируются Федеральным законом от 17.07.99 № 181-ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации»

7.2 Организационно-технологические требования

Перед началом производства работ персонал ознакомлен с технологией производства измерительных работ, назначены ответственные лица на каждый вид работ.

Все работники прошли медицинское освидетельствование для определения годности их к выполнению соответствующей работы, приказ №90, 27, №6 от 1999 г.

Все места путевых работ ограждены в соответствии с требованиями инструкции ЦП/4402 «По обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ».

В качестве инструмента для измерения коэффициента трения использовался портативный рельсовый трибометр разработанный ВНИКТИ, с модулем MIC-212 НПП «Мера». На основе методики ВНИИЖТ показания снимались в следующей последовательности:

Снятие показаний трибометра на боковой грани рельса до нанесения смазки (2 ÷ 3 раза).

Проход рельсосмазывателя.

Снятие показаний трибометра после прохода рельсосмазывателя (2 ÷ 3 раза).

Снятие показаний трибометра на боковой грани рельса после прохода железнодорожного состава (2 ÷ 3 раза), подсчет количества колесных пар в каждом железнодорожном составе.

Исследование проводились до прохождения следующего рельсосмазывателя.

Обработка и анализ полученных данных.

Эксперименты проводились в августе — сентябре 2013 года, при различных условиях.

Работы по моделированию, оформлению результатов, расчёты и графики производились на ПЭВМ Pentium(R) Dual-CoreCPUE6600 в программных пакетах MSOffice 2010, Autocad 2014, U.M. 6.0, WinPos 2.0, ПТР «ИСКРА» в соответствии с санитарно-эпидимилогическими нормативами и правилами, типовой инструкцией по безопасности (приложение А)

7.3 Электробезопасность

Все работы производятся исправными приборами и машинами, откалиброванным измерительным инструментом с выполнением требований инструкций по охране труда.

Измерительное оборудование, инструменты и приспособления отвечают требованиям безопасности труда, электробезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.019–79.

Работы производимые с помощью ПЭВМ отвечают требованиям СанПиН 2.2.2.542-96, СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03, а также производятся в соответствии с типовой инструкцией по технике безопасности (приложение В)

7.4 Средства индивидуальной защиты

При проведении измерений в пути персонал обеспечен спецодеждой согласно приказа № 25П от 18.09.1990 г. МПС и типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи рабочим и служащим спецодежды; средствами индивидуальной защиты согласно выполняемой работы в объёме, установленном приказом № 25П от 18.09.1990 г., №497 от 09.09.2002 г.

Выдаваемые рабочим индивидуальные средства защиты проверены, рабочие проинструктированы о порядке пользования ими.

При выполнении работ шум на рабочих местах отвечает требованиям СНиП 2.2.4/2.1.8.562–96.

При выполнении работ на ПЭВМ в данном дипломном проекте СИЗ не применялись.

7.5 Пожарная безопасность

Пожарная безопасность обеспечивается:

– системой предотвращения пожара;

– системой пожарной зашиты.

Пожарная безопасность регламентируется ГОСТ 12.1.004–91 «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования», «Технологическому регламенту о требованиях пожарной безопасности», «Правилами пожарной безопасности на железнодорожном транспорте» № ЦУО/112 от 11.11.92.

В автомобилях, в рабочих помещениях имеются средства пожаротушения в установленном количестве.

7.6 Надзор и контроль над производством работ

Перед началом производства работ, измерений персонал ознакомлен с проектом производства работ, измерений. Назначены ответственные лица на каждый вид работ.

При выполнении трибометрической съёмки, ответственность за безопасность работающих возлагается на предприятие железнодорожного транспорта, для и на объекте которого выполняется данная работа.

Знания и выполнения требований инструкций является служебной обязанностью каждого работника, нарушение трудовой дисциплины влечёт за собой ответственность в соответствии с законодательством РФ.

Общественный контроль над соблюдением прав и законных интересов работников в области охраны труда осуществляется Российским профсоюзом железнодорожников и транспортных строителей.

Вопросы, относящиеся к ответственности за обеспечение охраны труда при работе за компьютером, регулируются Федеральным законом от 17.07.99 № 181-ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации», СанПиН 2.2.2.542-96, СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03.

7.7 Экологичность производства работ

Мероприятия по охране окружающей среды выполняются в соответствии

с требованиями ГОСТ17.00.001-76.

При выполнении трибометрической съёмки выбросы в атмосферу отработавших газов при работе машин с двигателями внутреннего сгорания, их токсичность отвечает требованиям ГОСТ 17.2.2.026–97, ГОСТ 17.2.2.05–98 и ГОСТ Р 50543–96.

Условия труда с ПЭВМ характеризующихся возможностью воздействия на них следующих производственных факторов: шума, тепловыделений, вредных веществ, статического электричества, ионизирующих и неионизирующих излучений, находятся в пределах норм параметров технологического оборудования и рабочего места в соответствии с СанПиН: 2.2.2.542-96.

7.8 Организационно-социальные требования

Все работы по трибометрической съёмке, производятся без нарушения трудового законодательства, в частности:

– соблюдение рабочего времени и времени отдыха исполнителей;

– соблюдение дисциплины труда – обязательное для всех работников подчинения правилам поведения, определенным Трудовым кодексом, иными законами, коллективным договором, локальными нормативными актами;

– выполнение только тех работ, которые исполнитель имеет право выполнять в соответствии с нормативной документацией;

– отстранение от работы исполнителей, имеющих медицинские противопоказания по выполняемым операциям.

Вид трудовой деятельности оператора ПЭВМ можно определить как творческая работа в режиме диалога с компьютером – группа В, II категории. Нормирование нагрузки на оператора ПЭВМ в зависимости от категории тяжести и вида работы с компьютером производится в соответствии с СанПиН: 2.2.2.542-96.(Таблица 6.1)

Во время перерывов с целью снижения нервно-эмоционального напряжения, утомления зрительного анализатора, выполняется комплекс физических упражнений для глаз и упражнений для улучшения работоспособности и снятия утомления, изложенных в СанПиН 2.2.2.542-96.

(приложение В)

7.9 Требования к графическим материалам и чертежам

Все чертежи выполнены с соблюдением единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

7.10 Заключение

На основании выше изложенного свидетельствуется, что предъявленный к экспертизе дипломный проект выполнен в соответствии с требованиями всех необходимых нормативов. Проект работы экологически безопасен, при условии соблюдения требований по обеспечению промышленной безопасности и охраны труда и может быть осуществлён.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Капустин В. Г География Свердловской области / В. Г. Капустин, И. Н. Корнеев. – Екатеринбург: Сократ, 2006. – 400 с.

2 Ковалёв Р.В. разработка и реализация эффективных методик компьютерного исследования динамики и оптимизации параметров ходовых частей железнодорожных экипажей. Брянск, 2004

3 Парахненко И.Л. Эффективность управления трением в контакте колесо-рельс. Екатеринбург 2014

4 Распоряжение «Об утверждении Методики планирования и нормирования расхода смазочных материалов для лубрикации зоны контакта колесо-рельс»// ОАО «РЖД» № 81р от 20.01.2012.

5 Черный B.C., Богданов В.М., Шаповалов В.В. Комплексная технология рельсосмазывания// Железнодорожный транспорт. 1999. № 5 C. 27-28.

6 Технические условия ТУ 0254-001-29269674-2012 «Смазка для передвижныхрельсосмазывателей КР-400» от 05.03.2012.

7 UMМоделирование динамики железнодорожных экипажей. Руководство пользователя. Брянск 2010. – 299с

8 Глинский Б.А. Модели­рование как метод научного исследования. М., 1965;

9 ГОСТ Р 51685-2000 Рельсы железнодорожные общие. Технические условия. Москва.принят и введён в действие Постановлением Госстандарта России от 18 декабря 2000 г. № 378-ст

10 Признаки дефектных и остродефектных рельсов. НТД/ЦП-3-93

11 Арчард Д.Ф Контакт и плоские поверхности трения. 1953. — 981-988с.

12 Тарг С. М. Работа силы // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. — С. 193-194. — 704 с. — 40 000 экз

13 Брагин Ф., Бруни С., Реста Ф. Износ профилей железнодорожных колес: сравнение экспериментальные и математическая модель / / 17-я IAVSD симпозиум Динамика транспортных средств на проезжей и треков (IAVSD 2001), П. 43-45.

14 Сай В.М., Брусянин Д.А. Методические указания по прогнозированию как управленческой функции. УрГУПС 2011.

15 Меншутин Д. К. Исследование скольжения колесной пары электровоза при реализации силы тяги в эксплуатационных условиях // Наун. Труды Всесоюз. н.-и. ин-т ж. д. транспорта. — М. Трансжелдориздат. — 1960. — Вып.188. — с.113-132.

19Радченко Н.А. Криволинейное движение рельсовых транспортных средств. Киев: Наук думка, 1988. 216 с.

20Андриевский СМ. Боковой износ рельсов на кривых //Науч. тр. Всссоюзн. н.-и. ин-та ж.-д. Транспорта.1961. В. 207. 128 с.

21 Оптимизация взаимодействия колеса и рельса.//Железные дороги мира 2003.В. 1. с. 66-70.

22Патент на изобретение. №2220410 РФ В61К 13/00 Трибометр. Пузанов В.А., Добрынин Л.К., Коссов B.C., Панин Ю.А., Халявин B.C., Гапченко В.П., Чижиков А.П. Приоритет 25.09.2002. Опубл. 27.12.2003. Бюл.№36

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Рекомендации по области применения различного типа оборудования, предназначенного для экспериментального исследования фрикционных свойств контакта «колесо-рельс».

Таблица А1 – Рекомендации по применению трибометров

В таблице А1 приняты следующие обозначения: 1 — портативные трибометры, основанные на затормаживании измерительного колеса; 2 — трибометры для измерения статического трения; 3 -маятниковые трибометры; A — двухдисковые машины трения; B — машины трения диск – палец; C — полномасштабные стенды; D — оригинальные машины трения; I — бортовые самописцы; II — тесты на торможение; III -переоборудованный подвижной состав; IV — система контроля положения ПС в пространстве; V — система контроля скольжения.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

1. Общие требования безопасности

1.1. К работе на персональном компьютере допускаются лица, прошедшие обучение безопасным методам труда, вводный инструктаж, первичный инструктаж на рабочем месте.

1.2. При эксплуатации персонального компьютера на работника могут оказывать действие следующие опасные и вредные производственные факторы:

— повышенный уровень электромагнитных излучений;

— повышенный уровень статического электричества;

— пониженная ионизация воздуха;

— статические физические перегрузки;

— перенапряжение зрительных анализаторов.

1.3. Работник обязан:

1.3.1. Выполнять только ту работу, которая определена его должностной инструкцией.

1.3.2. Содержать в чистоте рабочее место.

1.3.3. Соблюдать режим труда и отдыха в зависимости от продолжительности, вида и категории трудовой деятельности (приложение В).

1.3.3. Соблюдать меры пожарной безопасности.

1.4. Рабочие места с компьютерами должны размещаться таким образом, чтобы расстояние от экрана одного видеомонитора до тыла другого было не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов — не менее 1,2 м.

1.5. Рабочие места с персональными компьютерами по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.

1.6. Оконные проемы в помещениях, где используются персональные компьютеры, должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

1.7. Рабочая мебель для пользователей компьютерной техникой должна отвечать следующим требованиям:

— высота рабочей поверхности стола должна регулироваться в пределах 680 — 800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм;

— рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, глубиной на уровне колен не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног не менее 650 мм;

— рабочий стул (кресло) должен быть подъемно — поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также — расстоянию спинки от переднего края сиденья;

— рабочее место должно быть оборудовано подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20 градусов; поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм;

— рабочее место с персональным компьютером должно быть оснащено легко перемещаемым пюпитром для документов.

1.8. Для нормализации аэроионного фактора помещений с компьютерами необходимо использовать устройства автоматического регулирования ионного режима воздушной среды (например, аэроионизатор стабилизирующий «Москва-СА1»).

1.9. Женщины со времени установления беременности и в период кормления грудью к выполнению всех видов работ, связанных с использованием компьютеров, не допускаются.

1.10. За невыполнение данной Инструкции виновные привлекаются к ответственности согласно правилам внутреннего трудового распорядка или взысканиям, определенным Кодексом законов о труде Российской Федерации.

2. Требования безопасности перед началом работы

2.1. Подготовить рабочее место.

2.2. Отрегулировать освещение на рабочем месте, убедиться в отсутствии бликов на экране.

2.3. Проверить правильность подключения оборудования к электросети.

2.4. Проверить исправность проводов питания и отсутствие оголенных участков проводов.

2.5. Убедиться в наличии заземления системного блока, монитора и защитного экрана.

2.6. Протереть антистатической салфеткой поверхность экрана монитора и защитного экрана.

2.7. Проверить правильность установки стола, стула, подставки для ног, пюпитра, угла наклона экрана, положение клавиатуры, положение «мыши» на специальном коврике, при необходимости

произвести регулировку рабочего стола и кресла, а также расположение элементов компьютера в соответствии с требованиями эргономики и в целях исключения неудобных поз и длительных напряжений тела.

3. Требования безопасности во время работы

3.1. Работнику при работе на ПК запрещается:

— прикасаться к задней панели системного блока (процессора) при включенном питании;

— переключать разъемы интерфейсных кабелей периферийных устройств при включенном питании;

— допускать попадание влаги на поверхность системного блока (процессора), монитора, рабочую поверхность клавиатуры, дисководов, принтеров и других устройств;

— производить самостоятельное вскрытие и ремонт оборудования;

— работать на компьютере при снятых кожухах;

— отключать оборудование от электросети и выдергивать электровилку, держась за шнур.

3.2. Продолжительность непрерывной работы с компьютером без регламентированного перерыва не должна превышать 2-х часов.

3.3. Во время регламентированных перерывов с целью снижения нервно – эмоционального напряжения, утомления зрительного анализатора, устранения влияния гиподинамии и гипокинезии, предотвращения развития познотонического утомления выполнять комплексы упражнений.

4. Требования безопасности в аварийных ситуациях

4.1. Во всех случаях обрыва проводов питания, неисправности заземления и других повреждений, появления гари, немедленно отключить питание и сообщить об аварийной ситуации руководителю.

4.2. Не приступать к работе до устранения неисправностей.

4.3. При получении травм или внезапном заболевании немедленно известить своего руководителя, организовать первую доврачебную помощь или вызвать скорую медицинскую помощь.

5. Требования безопасности по окончании работы

5.1. Отключить питание компьютера.

5.2. Привести в порядок рабочее место.

5.3. Выполнить упражнения для глаз и пальцев рук на расслабление

ПРИЛОЖЕНИЕ С

КОМПЛЕКСЫ УПРАЖНЕНИЙ ДЛЯ ГЛАЗ

Упражнения выполняются сидя или стоя, отвернувшись от экрана при ритмичном дыхании, с максимальной амплитудой движения глаз.

Вариант 1

1. Закрыть глаза, сильно напрягая глазные мышцы, на счет 1 — 4, затем раскрыть глаза, расслабив мышцы глаз, посмотреть вдаль на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

2. Посмотреть на переносицу и задержать взор на счет 1 — 4. До усталости глаза не доводить. Затем открыть глаза, посмотреть вдаль на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

3. Не поворачивая головы, посмотреть направо и зафиксировать взгляд на счет 1 — 4, затем посмотреть вдаль прямо на счет 1 — 6. Аналогичным образом проводятся упражнения, но с фиксацией взгляда влево, вверх и вниз. Повторить 3 — 4 раза.

4. Перенести взгляд быстро по диагонали: направо вверх — налево вниз, потом прямо вдаль на счет 1 — 6; затем налево вверх направо вниз и посмотреть вдаль на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

Вариант 2

1. Закрыть глаза, не напрягая глазные мышцы, на счет 1 — 4, широко раскрыть глаза и посмотреть вдаль на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

2. Посмотреть на кончик носа на счет 1 — 4, а потом перевести взгляд вдаль на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

3. Не поворачивая головы (голова прямо), делать медленно круговые движения глазами вверх — вправо — вниз — влево и в обратную сторону: вверх — влево — вниз — вправо. Затем посмотреть вдаль на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

4. При неподвижной голове перевести взор с фиксацией его на счет 1 — 4 вверх, на счет 1 — 6 прямо; после чего аналогичным образом вниз — прямо, вправо — прямо, влево — прямо. Проделать движение по диагонали в одну и другую стороны с переводом глаз прямо на счет 1 — 6. Повторить 3 — 4 раза.

Вариант 3

1. Голову держать прямо. Поморгать, не напрягая глазные мышцы, на счет 10 — 15.

2. Не поворачивая головы (голова прямо) с закрытыми глазами, посмотреть направо на счет 1 — 4, затем налево на счет 1 — 4 и прямо на счет 1 — 6. Поднять глаза вверх на счет 1 — 4, опустить вниз на счет 1 — 4 и перевести взгляд прямо на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

3. Посмотреть на указательный палец, удаленный от глаз на расстояние 25 — 30 см, на счет 1 — 4, потом перевести взор вдаль на счет 1 — 6. Повторить 4 — 5 раз.

4. В среднем темпе проделать 3 — 4 круговых движения в правую сторону, столько же в левую сторону и, расслабив глазные мышцы, посмотреть вдаль на счет 1 — 6. Повторить 1 — 2 раза.