Труды ВНИИЖТ. - М.: Интекст, 2007. - 408 с.
Затронуты основные вопросы трибологии: преобразования энергии и возникновения сил трения, деформирования и деформационного упрочнения, смазки, изнашивания, развития контактно-усталостных повреждений. Изложены новейшие представления о природе трения и сопровождающих его явлениях. Охвачен широкий круг проблем от взаимодействия атомов в зоне трения до оптимизации колесно-рельсовой трибосистемы и конструкции экипажей. Показано, как знание основ трибологии может помочь в решении специфических проблем железнодорожного транспорта. ОГЛАВЛЕНИЕ
Природа и основные законы трения.
Развитие взглядов на природу сил трения. Основные закономерности
Теории трения.
Теория механического зацепления микровыступов. Адгезионная теория. Теория Томлинсона. Теория Дерягина. Адгезионно-деформационная теория. Модель Боудена-Тейбора. Модель Крагельского. Модели независимого осциллятора и Френкеля - Конторовой. Модель Соколоффа. Развитие взглядов Д. Тейбора на природу трения. Теория Персона.
Нанотрибологические исследования.
Исследование взаимодействия атомов с помощью атомного фрикционного микроскопа.
Общие представления о фононах.
Температура. Тепловое расширение. Теплопроводность. Теплоемкость. Основные свойства фононов.
Фононная теория трения.
Возможность генерирования фононов при адгезионном взаимодействии. Возможность реализации адгезионного механизма при внутреннем трении. Возможность реализации адгезионного механизма при внешнем трении. Атомарные свойства поверхностей. Генерирование фононов при дегезионном взаимодействии. Внутреннее трение. Диффузионный и аморфный сдвиги. Дислокационный сдвиг. Предельная скорость скольжения дислокаций. Внешнее трение. Коэффициенты трения сухих порошковых материалов. Коэффициенты трения смеси абразива с жидким или вязким связующим. Режим сухого трения. Граничный режим. Режим жидкостного трения. Режим аморфного трения. Основные положения фононной теории трения. Зависимость силы трения от температуры.
Трение при качении и качении с проскальзыванием.
Кинематика качения. Проскальзывание. Скорости при качении с проскальзыванием. Скорость скольжения. Скорость качения. Путь трения. Проскальзывание колеса по рельсу. Оценка величины проскальзывания на колесах тележки. Взаимосвязь проскальзывания и коэффициента трения (кривая крипа). Методика построения кривой крипа при установившемся режиме сухого трения. Результаты экспериментов по определению кривой крипа при установившемся режиме сухого трения. Влияние среды и загрязнения поверхностей на кривую крипа. Сцепление колес с рельсами. Сила трения покоя и силы сцепления. Коэффициенты сцепления и трения. Факторы, оказывающие влияние на сцепление колес с рельсами. Шероховатость и загрязненность поверхностей трения. Неучитываемые проскальзывания. Неравномерность нагружения колес. Взаимосвязь коэффициентов трения и сцепления.
Смазочный материал в трибосистеме.
Свойства смазочных пленок.
Исходные понятия. Закономерности изменения состояния смазочных пленок при трении.
Триботехнические свойства, определяющие работоспособность колесно-рельсовых СМ.
Общие принципы определения свойств колесно-рельсовых СМ, характеризующих их работоспособность. Определение невыдавливаемого количества СМ. Способность СМ к переносу. Долговечность колесно-рельсовых смазочных материалов. Результаты определения долговечности колесно-рельсовых СМ на полированных роликах. Влияние рельефа поверхности на долговечность СМ. Зависимость долговечности СМ от давления. Испытания СМ на долговечность при поперечном проскальзывании.
Применение электромониторинга для изучения свойств смазочного слоя.
Теоретические представления об электрических свойствах смазанного трибоконтакта. Методика экспериментов по электромониторингу смазанных пар трения. Результаты электромониторинга смазанных пар трения скольжения. Параметры электроконтактирования при качении. Обсуждение результатов экспериментов по электромониторингу. Основные результаты экспериментов. Упругие свойства смазочного слоя.
Закономерности изнашивания.
Теории изнашивания.
Существующие теории изнашивания. Адгезионное изнашивание. Усталостное изнашивание. Механизмы изнашивания с учетом дегезионно-механического взаимодействия. Механизмы изнашивания при скольжении. Механизм изнашивания при качении с проскальзыванием.
Изнашивание колесно-рельсовой пары трения.
Определение скоростей изнашивания. Оценка скорости изнашивания колес и рельсов в эксплуатации. Лабораторное моделирование изнашивания колес и рельсов. Общие сведения о методике лабораторных испытаний. Зависимость скорости изнашивания колесно-рельсовых сталей от проскальзывания и твердости. Зависимость скорости изнашивания колесно-рельсовых сталей от проскальзывания и давления. Зависимость скорости изнашивания от проскальзывания и соотношения твердостей колесной и рельсовой сталей. Влияние микроструктуры на скорость изнашивания сталей. Величина зерна. Зернистые и пластинчатые структуры. Содержание остаточного аустенита. Содержание углерода.
Катастрофическое изнашивание.
Существующие теории катастрофического изнашивания. Первые теории. Попытки классификации типов катастрофического повреждения поверхностей трения. Теория адгезионно-механического заклинивания. Деформационное упрочнение и механизмы пластической деформации углеродистых сталей при трении. Исследование катастрофического изнашивания. Типы КИ при чистом скольжении. Низкоскоростные типы КИ. Задир. Исследование процесса зарождения и развития задира. Модель задира. Схватывание. Высокоскоростные типы КИ. Заедание I. Заедание II. Определение критических давлений перехода к катастрофическому изнашиванию при чистом скольжении. Определение пороговых напряжений начала КИ методом ступенчатого увеличения нагрузки. Определение порога прекращения КИ методом увеличения площади контакта и снижения давления в процессе изнашивания. КИ при качении с проскальзыванием.
Изнашивание материалов тормозных трибосистем.
Закономерности пластического смятия (пластического износа) при контактном взаимодействии.
Динамика пластического деформирования при контактном взаимодействии.
Закономерности контактно-усталостного повреждения.
Общие сведения об усталости металлов.
Классификация КУП.
Критерии КУ-разрушения. Классификация КУП по месту и механизму зарождения КУ-трещин.
КУП 1-го типа.
Влияние углерода на КУП 1-го типа.
КУП 2-го типа.
Зарождение КУП 2-го типа. Развитие поверхностных КУ-трещин. Влияние предварительной деформации на развитие КУП 2-го типа.
КУП 3-го типа.
[i]КУП 4-го типа.
Влияние различных факторов на КУ.
Влияние твердости и структуры образцов. Влияние свойств контртела. Влияние давления. Влияние проскальзывания. Результаты экспериментов. Влияние свойств смазочных материалов на КУП сталей.
Оптимизация колесно-рельсовой трибосистемы.
Напряжения и деформации в контакте колесо-рельс.
Процессы изнашивания в КРТ (колесно-рельсовой трибосистеме).
Износ поверхности катания. Задир боковых поверхностей рельсов (БПР) и гребней колес. Кинематика перемещения точки контакта на боковых поверхностях. Влияние угла соскальзывания на боковой износ.
Контактная усталость колес и рельсов.
Твердость колес и рельсов.
Закалка гребней колес. Закалка отводом тепла во внутренние слои металла. Принудительный отвод тепла с помощью охлаждающей среды.
Формирование оптимальных профилей колес и рельсов.
Оптимальный профиль поверхности катания. Оптимальный профиль гребня. Роль конформности профилей в оптимизации КРТ.
Установка тележки в рельсовой колее.
Влияние конусности колес на установку тележки. Влияние скорости движения на установку тележки в кривых. Движение тележки с равновесной скоростью. Движение тележки со скоростью ниже равновесной. Движение тележки со скоростью выше равновесной. Влияние ширины колеи на установку тележки и боковой износ. Влияние состояния тележки на ее установку.
Роль лубрикации в оптимизации КРТ.
Унификация параметров КРТ.
Унификация профилей. Унификация материалов колес и рельсов. Унификация регламента обслуживания и ремонта. Унификация скоростей движения. Унификация параметров КРТ при эксплуатационных испытаниях.
Затронуты основные вопросы трибологии: преобразования энергии и возникновения сил трения, деформирования и деформационного упрочнения, смазки, изнашивания, развития контактно-усталостных повреждений. Изложены новейшие представления о природе трения и сопровождающих его явлениях. Охвачен широкий круг проблем от взаимодействия атомов в зоне трения до оптимизации колесно-рельсовой трибосистемы и конструкции экипажей. Показано, как знание основ трибологии может помочь в решении специфических проблем железнодорожного транспорта. ОГЛАВЛЕНИЕ
Природа и основные законы трения.
Развитие взглядов на природу сил трения. Основные закономерности
Теории трения.
Теория механического зацепления микровыступов. Адгезионная теория. Теория Томлинсона. Теория Дерягина. Адгезионно-деформационная теория. Модель Боудена-Тейбора. Модель Крагельского. Модели независимого осциллятора и Френкеля - Конторовой. Модель Соколоффа. Развитие взглядов Д. Тейбора на природу трения. Теория Персона.
Нанотрибологические исследования.
Исследование взаимодействия атомов с помощью атомного фрикционного микроскопа.
Общие представления о фононах.
Температура. Тепловое расширение. Теплопроводность. Теплоемкость. Основные свойства фононов.
Фононная теория трения.
Возможность генерирования фононов при адгезионном взаимодействии. Возможность реализации адгезионного механизма при внутреннем трении. Возможность реализации адгезионного механизма при внешнем трении. Атомарные свойства поверхностей. Генерирование фононов при дегезионном взаимодействии. Внутреннее трение. Диффузионный и аморфный сдвиги. Дислокационный сдвиг. Предельная скорость скольжения дислокаций. Внешнее трение. Коэффициенты трения сухих порошковых материалов. Коэффициенты трения смеси абразива с жидким или вязким связующим. Режим сухого трения. Граничный режим. Режим жидкостного трения. Режим аморфного трения. Основные положения фононной теории трения. Зависимость силы трения от температуры.
Трение при качении и качении с проскальзыванием.
Кинематика качения. Проскальзывание. Скорости при качении с проскальзыванием. Скорость скольжения. Скорость качения. Путь трения. Проскальзывание колеса по рельсу. Оценка величины проскальзывания на колесах тележки. Взаимосвязь проскальзывания и коэффициента трения (кривая крипа). Методика построения кривой крипа при установившемся режиме сухого трения. Результаты экспериментов по определению кривой крипа при установившемся режиме сухого трения. Влияние среды и загрязнения поверхностей на кривую крипа. Сцепление колес с рельсами. Сила трения покоя и силы сцепления. Коэффициенты сцепления и трения. Факторы, оказывающие влияние на сцепление колес с рельсами. Шероховатость и загрязненность поверхностей трения. Неучитываемые проскальзывания. Неравномерность нагружения колес. Взаимосвязь коэффициентов трения и сцепления.
Смазочный материал в трибосистеме.
Свойства смазочных пленок.
Исходные понятия. Закономерности изменения состояния смазочных пленок при трении.
Триботехнические свойства, определяющие работоспособность колесно-рельсовых СМ.
Общие принципы определения свойств колесно-рельсовых СМ, характеризующих их работоспособность. Определение невыдавливаемого количества СМ. Способность СМ к переносу. Долговечность колесно-рельсовых смазочных материалов. Результаты определения долговечности колесно-рельсовых СМ на полированных роликах. Влияние рельефа поверхности на долговечность СМ. Зависимость долговечности СМ от давления. Испытания СМ на долговечность при поперечном проскальзывании.
Применение электромониторинга для изучения свойств смазочного слоя.
Теоретические представления об электрических свойствах смазанного трибоконтакта. Методика экспериментов по электромониторингу смазанных пар трения. Результаты электромониторинга смазанных пар трения скольжения. Параметры электроконтактирования при качении. Обсуждение результатов экспериментов по электромониторингу. Основные результаты экспериментов. Упругие свойства смазочного слоя.
Закономерности изнашивания.
Теории изнашивания.
Существующие теории изнашивания. Адгезионное изнашивание. Усталостное изнашивание. Механизмы изнашивания с учетом дегезионно-механического взаимодействия. Механизмы изнашивания при скольжении. Механизм изнашивания при качении с проскальзыванием.
Изнашивание колесно-рельсовой пары трения.
Определение скоростей изнашивания. Оценка скорости изнашивания колес и рельсов в эксплуатации. Лабораторное моделирование изнашивания колес и рельсов. Общие сведения о методике лабораторных испытаний. Зависимость скорости изнашивания колесно-рельсовых сталей от проскальзывания и твердости. Зависимость скорости изнашивания колесно-рельсовых сталей от проскальзывания и давления. Зависимость скорости изнашивания от проскальзывания и соотношения твердостей колесной и рельсовой сталей. Влияние микроструктуры на скорость изнашивания сталей. Величина зерна. Зернистые и пластинчатые структуры. Содержание остаточного аустенита. Содержание углерода.
Катастрофическое изнашивание.
Существующие теории катастрофического изнашивания. Первые теории. Попытки классификации типов катастрофического повреждения поверхностей трения. Теория адгезионно-механического заклинивания. Деформационное упрочнение и механизмы пластической деформации углеродистых сталей при трении. Исследование катастрофического изнашивания. Типы КИ при чистом скольжении. Низкоскоростные типы КИ. Задир. Исследование процесса зарождения и развития задира. Модель задира. Схватывание. Высокоскоростные типы КИ. Заедание I. Заедание II. Определение критических давлений перехода к катастрофическому изнашиванию при чистом скольжении. Определение пороговых напряжений начала КИ методом ступенчатого увеличения нагрузки. Определение порога прекращения КИ методом увеличения площади контакта и снижения давления в процессе изнашивания. КИ при качении с проскальзыванием.
Изнашивание материалов тормозных трибосистем.
Закономерности пластического смятия (пластического износа) при контактном взаимодействии.
Динамика пластического деформирования при контактном взаимодействии.
Закономерности контактно-усталостного повреждения.
Общие сведения об усталости металлов.
Классификация КУП.
Критерии КУ-разрушения. Классификация КУП по месту и механизму зарождения КУ-трещин.
КУП 1-го типа.
Влияние углерода на КУП 1-го типа.
КУП 2-го типа.
Зарождение КУП 2-го типа. Развитие поверхностных КУ-трещин. Влияние предварительной деформации на развитие КУП 2-го типа.
КУП 3-го типа.
[i]КУП 4-го типа.
Влияние различных факторов на КУ.
Влияние твердости и структуры образцов. Влияние свойств контртела. Влияние давления. Влияние проскальзывания. Результаты экспериментов. Влияние свойств смазочных материалов на КУП сталей.
Оптимизация колесно-рельсовой трибосистемы.
Напряжения и деформации в контакте колесо-рельс.
Процессы изнашивания в КРТ (колесно-рельсовой трибосистеме).
Износ поверхности катания. Задир боковых поверхностей рельсов (БПР) и гребней колес. Кинематика перемещения точки контакта на боковых поверхностях. Влияние угла соскальзывания на боковой износ.
Контактная усталость колес и рельсов.
Твердость колес и рельсов.
Закалка гребней колес. Закалка отводом тепла во внутренние слои металла. Принудительный отвод тепла с помощью охлаждающей среды.
Формирование оптимальных профилей колес и рельсов.
Оптимальный профиль поверхности катания. Оптимальный профиль гребня. Роль конформности профилей в оптимизации КРТ.
Установка тележки в рельсовой колее.
Влияние конусности колес на установку тележки. Влияние скорости движения на установку тележки в кривых. Движение тележки с равновесной скоростью. Движение тележки со скоростью ниже равновесной. Движение тележки со скоростью выше равновесной. Влияние ширины колеи на установку тележки и боковой износ. Влияние состояния тележки на ее установку.
Роль лубрикации в оптимизации КРТ.
Унификация параметров КРТ.
Унификация профилей. Унификация материалов колес и рельсов. Унификация регламента обслуживания и ремонта. Унификация скоростей движения. Унификация параметров КРТ при эксплуатационных испытаниях.