ЕЛЕМЕНТИ ФРИКЦІЙНОЇ ВЗАЄМОДІЇ ТА МОЖЛИВОСТІ ЗБІЛЬШЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ ПАРИ КОЛЕСО – РЕЙКА

Анотація

Навантажувальна властивість пари колесо – рейка - один з головних факторів, що впливають на раціональну конструкцію транспортних засобів за для різних технічних цілей. Виходячи з досвіду роботи залізничного транспорту, існує ідея, що зі збільшенням вертикального навантаження на колесо і, відповідно, рейку и, довговічність цієї пари зменшується пропорційно збільшенню навантаження. Однак, досвід деяких дослідників, що спостерігали  за межами навантаження пари, свідчать про те, що в певному діапазоні збільшення робочих вертикальних навантажень на колесо (пара коліс) може бути незначне збільшення міцності пари. Ці дані, якби не були спростовані та не отримали теоретичного підтвердження. Наприклад, з результатів вирішення контактної задачі Герца з прокатки еластичного циліндра в смузі з одного і того ж матеріалу (або близького у властивостях), де була встановлена пряма пропорціональність між навантаженням та напруженням в матеріалах взаємодіючих деталей, а отже, підвищення навантаження пропорційно знижує довговічність пари. На відміну від згаданих результатів, при встановленні завдання було зроблено припущення, що матеріали колеса та рейки не були однорідними протягом усієї їх товщини. Зовнішні тонкі шари матеріалу під впливом вертикальних та дотичних навантажень зчеплення отримують поверхневе затвердіння і тому є більш твердими, анізотропія властивостей матеріалів частин у їх товщині проявляється в цьому. У цій роботі було використано аналогію між завданням про кочення колеса на рейці та завданнями обробки металів тиском для випадків холодної та гарячої прокатки, обкатки та інших видів поверхневої обробки деталей. Для цих технологічних процесів із збільшенням вертикального навантаження значні структурні зміни відбуваються у кристалічних решітках поверхневих шарів, які можна інтерпретувати як зміну модулів еластичності та показників твердості поверхневих шарів. Зі збільшенням глибини штампованого шару значення межі плинності, міцності та витривалості цих тонких шарів збільшуються. Тому, враховуючи таку аналогію, стійкість до зносу відповідної пари значно збільшується під час виготовлення деталей в межах так званою «критичною» товщиною штампованого шару. Якщо ця товщина буде перевищена, то має місце подальший інтенсивний знос та руйнування взаємодіючих деталей. Однак міцність поверхневих частин пари колесо – рейка можна значно збільшити, використовуючи статичні та динамічні методи загартування ще до роботи цих пар на транспортних засобах.