Совершенствование методов моделирования изнашивания контактных элементов токоприемников электроподвижного состава

На правах рукописи

ФИЛИППОВ Виктор Михайлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ИЗНАШИВАНИЯ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ТОКОПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОМСК 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ)».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

СИДОРОВ Олег Алексеевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

АВИЛОВ Валерий Дмитриевич –
заведующий кафедрой «Электрические машины и общая электротехника», ОмГУПС;

кандидат технических наук, доцент

БЕЛЯЕВ Павел Владимирович –

доцент кафедры «Электрическая техника» Омского государственного технического
университета.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)».

Защита диссертации состоится 19 октября 2012 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ)» по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 18 сентября 2012 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета
Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44; e-mail: [email protected]

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор О. А. Сидоров.

________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2012

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время в России ведутся работы по созданию новых типов магистрального электроподвижного состава (ЭПС), рассчитанных на высокие скорости движения и повышенные токовые нагрузки; вводятся в эксплуатацию новые виды эстакадного монорельсового электрического транспорта.

Так, в соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие транспортной системы России на 2010 – 2015 годы» ведется организация высокоскоростных железнодорожных линий, на которых планируется движение со скоростями до 350 км/ч: Санкт-Петербург – Москва; Санкт-Петербург – Хельсинки; Москва – Адлер; Москва – Нижний Новгород.

Примером создания и функционирования эстакадных видов электрического транспорта является и запущенная в эксплуатацию в соответствии с постановлением Правительства г. Москвы № 463-ПП от 22.05.2001 трасса Московской монорельсовой транспортной системы (ММТС) между станциями метро «Тимирязевская» и «Ботанический сад».

Передача электроэнергии ЭПС осуществляется через скользящий контакт, вследствие чего элементы контактной пары функционируют в условиях повышенного электромеханического износа. В свете этой проблемы одними из основных направлений научно-технической политики являются повышение надежности, экономичности работы и увеличение эксплуатационного ресурса технических средств. Снижение износа и повышение ресурса элементов устройств токосъема может быть обеспечено различными способами, в том числе путем выбора таких материалов контактной пары, которые наиболее полно отвечают требованиям качества токосъема.

Выбор рационального сочетания материалов трибопар осуществляется на основе физического и математического моделирования. Следовательно, совершенствование методов моделирования изнашивания элементов контактной пары является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы – снижение износа контактных элементов токоприемников электроподвижного состава путем выбора рациональных сочетаний материалов трибопар на основе усовершенствованных методов моделирования изнашивания.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1) выполнить анализ методов оценки износа контактных пар устройств токосъема;

2) разработать методику и выполнить экспериментальные исследования износостойкости контактных пар с учетом воздействия факторов, характерных для условий эксплуатации устройств токосъема;

3) предложить математическую модель изнашивания контактных пар с учетом воздействия факторов окружающей среды, характерных для условий эксплуатации;

4) усовершенствовать алгоритм прогнозирования износа контактных пар на основе разработанной математической модели;

5) выполнить оценку экономической эффективности применения усовершенствованных методов моделирования изнашивания.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены на основе математического моделирования на ПЭВМ с использованием универсальной математической программы MathCad. Экспериментальные исследования проводились на стендовых установках кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Омского государственного университета путей сообщения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) предложена математическая модель изнашивания контактных пар с учетом воздействия факторов окружающей среды, характерных для условий эксплуатации;

2) разработана методика экспериментальных исследований износостойкости контактных пар с учетом воздействия факторов, характерных для условий эксплуатации;

3) усовершенствован алгоритм прогнозирования износа контактных пар устройств токосъема, произведен выбор рационального сочетания материалов контактных трибопар.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами лабораторных экспериментов. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает 8 %.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

1) созданная математическая модель изнашивания контактных пар дает возможность аналитически получить кривую интенсивности изнашивания контактных пар, что сокращает временные затраты на проведение экспериментальных исследований в 2,5 – 3 раза;

2) разработанная методика экспериментальных исследований контактных пар устройств токосъема позволяет выполнить испытания материалов элементов трибопар с учетом параметров окружающей среды (относительной влажности воздуха и его запыленности) и реальных условий эксплуатации;

3) усовершенствованная методика прогнозирования износа контактных пар позволяет оценить ресурс трибопары «контактный элемент – токопровод» с учетом влияния параметров окружающей среды и режимов эксплуатации.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в
ЗАО «Универсал-Контактные сети» в рамках проекта «Разработка и организация высокотехнологичного производства нового магистрального токоприемника для применения на линиях с модернизированной инфраструктурой системы токосъема», реализуемого при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Личный вклад соискателя. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований контактных пар, созданная математическая модель изнашивания, усовершенствованный метод прогнозирования. Основные научные положения и результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII – XI международных научно-практических конференциях «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2007–2012); на международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» (Омск, 2010); на всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта» (Омск, 2011); на VIII международной научно-практической конференции «Modern vdeck spchy» (Прага, 2012); на семинарах кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» и научно-техническом семинаре ОмГУПСа в 2008 – 2012 гг.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 20 печатных работах, которые включают в себя 16 статей и четыре патента РФ на полезные модели. Пять статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 112 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 153 страницы, включая 19 таблиц и 129 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описывается состояние проблемы, обосновывается ее актуальность, называется цель, формулируются задачи исследований и рассматриваются пути их решения.

В первом разделе рассмотрены особенности систем токосъема монорельсового и магистрального электрического транспорта, выполнен анализ результатов эксплуатации их устройств токосъема.

Во втором разделе выполнен анализ методов оценки износа контактных пар устройств токосъема.

Показано, что вопросами изнашивания контактных пар занимались такие ученые, как Э. Д. Браун, И. В. Крагельский, А. В. Чичинадзе, А. С. Проников,
Ю. А. Евдокимов, В. В. Кончиц, В. Я. Берент, Ю. Е. Купцов, Н. А. Буше,
Н. К. Мышкин, Н. Б. Демкин, В. П. Михеев, В. Д. Авилов, В. В. Харламов,
О. А. Сидоров, В. Н. Ли, R. Holm, E. Holm, R. G. Bayer, H. Biesenack, F. W. Young, F. P. Bowden, C. Wagner.

Для исследования процессов изнашивания используются физические и математические модели трибопар, проводятся испытания реальных объектов на специализированных стендовых установках, на полигонах и в реальных условиях эксплуатации.

Реализация методов исследований позволяет проводить испытания контактных пар, начиная от этапа их физического и математического моделирования и заканчивая линейными испытаниями в реальных условиях на магистральных линиях. Проведение линейных испытаний обусловлено необходимостью исследования комплексного влияния факторов и условий эксплуатации на износ элементов контактных пар. Целью таких исследований является корректировка результатов стендовых испытаний и прогнозирование срока службы элементов контактной пары.

В результате исследования выявлены основные недостатки рассмотренных методов, заключающиеся в учете только отдельного ряда физико-механических и электрических параметров в расчетах изнашивания, а не их комплекса. Кроме того, практически не принимаются во внимание факторы окружающей среды.

В третьем разделе разработана методика и выполнены экспериментальные исследования износостойкости контактных пар с учетом воздействия факторов окружающей среды, характерных для условий эксплуатации.

Исследования выполнялись на лабораторных установках специализированного комплекса Омского государственного университета путей сообщения по методике, разработанной с учетом положений теории планирования эксперимента для каждого сочетания материалов контактных пар (материалы контактных элементов (КЭ) – меднографитовый композит, бронза, сталь, графит, медь, металлокерамика на железной основе, токопровода – БрНХК; материалы контактных вставок (КВ) – графит, металлокерамика на основе железа, контактного провода – бронза).

Методика исследований изнашивания для каждой пары контактных материалов для элементов трибосистемы «контактный элемент – токопровод» включает в себя следующие этапы.

1. Определение трибосовместимости, задиростойкости и износостойкости материалов (исследования от нагрузки в контакте, токовая нагрузка отсутствует). Для этого варьируются следующие параметры: нагрузка в контакте: 10 –80 Н для контактной пары монорельсового транспорта; 10 – 150 Н для контактной пары магистрального ЭПС; запыленность окружающей среды – 3 – 200 мг/м3; влажность воздуха окружающей среды – 15 – 98 %.

2. Исследования изнашивания контактной пары «КЭ – токопровод» в зависимости от токовой нагрузки. Для определения характеристик износостойкости изменяются следующие параметры:

значения нагрузки в контакте (10 – 80 Н (150 Н для КВ магистрального ЭПС);

значения тягового тока (плотность тока – 0 – 900 А/см2);

параметры окружающей среды (запыленность – 3 – 200 мг/м3, влажность – 15 – 98 %) при критических значениях нажатия в контакте и скорости.

При реализации этапов методики, связанных с токовой нагрузкой, исследования выполнялись на переменном и постоянном токе (разной полярности).

Целью исследований износа контактных пар устройств токосъема от механического нажатия в контакте является выбор таких материалов, которые наилучшим образом отвечают требованиям трибосовместимости, задиро- и износостойкости. На основании проведенных исследований выявлено, что пара «КЭ из меди – токопровод из БрНХК» является трибонесовместимой.

Износ материалов при наличии токовой нагрузки в контакте определяется многими внешними факторами: родом тока (переменный или постоянный), силой тока (или его плотностью), полярностью тока (анодная или катодная поляризация контактного элемента), влажностью окружающей среды, наличием мелкодисперсных абразивных частиц в воздухе.

Кривая изнашивания материалов при наличии токовой нагрузки в контакте принимает вид U-образной формы как на переменном, так и на постоянном токе (рис. 1, 2). Кроме того, для всех исследуемых материалов наблюдается незначительное смещение минимума износа в сторону более высоких значений нажатия при протекании постоянного тока в контакте по сравнению с минимумом износа при протекании переменного тока. На рис. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 – на постоянном токе (анодно-поляризованный КЭ); 2 – на постоянном токе (катодно-поляризованный КЭ); 3 – на переменном токе.

Рис. 1. Интенсивность электромеханического изнашивания КЭ из меднографитового композита

Рис. 2. Интенсивность электромеханического изнашивания КЭ из металлокерамики на основе железа

При сравнении графиков износа анодно- и катодно-поляризованных контактных элементов можно отметить следующее:

для анодно-поляризованных контактных элементов из металлокерамики значение минимума износа ниже, чем для катодно-поляризованных;

для анодно-поляризованных контактных элементов из меднографитового композита, бронзы и стали значение минимума износа выше, чем для катодно-поляризованных;

величина износа контактных элементов из графита практически не зависит от рода тока и поляризации контактного элемента.

Повышение влажности окружающей среды в зоне контакта сопровождается ухудшением качества токосъема в результате образования конденсата на токопроводе, что приводит к повышенному искро- и дугообразованию.

Исследование трибопар при наличии мелкодисперсных абразивных частиц в зоне скользящего контакта показало, что для всех материалов КЭ увеличивается интенсивность изнашивания, происходит образование борозд на рабочей поверхности. Кроме того, вследствие интенсивного искрения в контакте наблюдается электроэрозионный износ токопровода.

Зависимости интенсивности изнашивания КЭ и КВ из металлокерамики на основе железа от плотности тягового постоянного тока в скользящем контакте представлены на рис. 3 и 4 соответственно.

Рис. 3. Поверхность изменения интенсивности изнашивания металлокерамического КЭ от нажатия и плотности протекаемого в контакте тока

Рис. 4. Поверхность изменения интенсивности изнашивания металлокерамической КВ от величины и плотности протекаемого в контакте тока

На основании проведенных экспериментальных исследований можно сделать вывод о том, что рациональным сочетанием материалов трибопар для устройств токосъема ММТС является «КЭ из металлокерамики – токопровод из БрНХК», рекомендуемое нажатие в контакте составляет 50 Н; для магистрального ЭПС таким сочетанием является «КВ из графита – контактный провод МФ (БрФ)» на переменном токе, рекомендуемое нажатие – 90 Н; на постоянном токе – «КВ из металлокерамики на железной основе – контактный провод МФ (БрФ)», рекомендуемое нажатие – 110 Н.

В четвертом разделе предложена математическая модель изнашивания контактных пар с учетом влияния различных факторов.

Реализация методики экспериментальных исследований изнашивания материалов элементов контактных пар устройств токосъема требует наличия специализированных экспериментальных комплексов и, кроме того, значительных затрат времени и ресурсов. Для сокращения объема экспериментальных исследований без снижения точности конечных результатов может быть использован комбинированный способ – совокупность необходимого минимума экспериментальных исследований реальных объектов (или их физических моделей) и методов расчета, основанных на математическом моделировании процессов, происходящих в контактных парах устройств токосъема при их взаимодействии.

В соответствии с разработанными методиками необходимый объем экспериментальных исследований выполняется с помощью специализированного комплекса, а полученные результаты служат входными данными для дальнейшего выполнения расчетов и прогнозирования ресурсов контактных трибопар.

Контактная пара устройств токосъема монорельсового и магистрального электрического транспорта представляет собой узел, который функционирует в условиях электромеханического изнашивания. В соответствии с этим формирование математических моделей выполнялось по двум направлениям: модель изнашивания от нажатия в контакте и модель изнашивания от протекания электрического тока, учитывающая дополнительный электромеханический износ контактных элементов от электроэрозии, изменения шероховатости и физико-механических свойств материалов. Итоговая математическая модель представляет собой алгебраическую сумму механической и электрической составляющих изнашивания.

Для построения математической модели электромеханического изнашивания на основе анализа, представленного во втором разделе, выбран метод, созданный на теории подобия и анализе размерностей.

Моделирование процесса трения в контактных парах устройств токосъема связано с необходимостью решения многофакторной задачи, снизить количественный уровень которой позволяет теория подобия. Положения, касающиеся подобия сложных и нелинейных систем, позволяют получить уравнение интенсивности изнашивания элементов контактных пар, исследовать критерии подобия и сформулировать условия однозначности.

В качестве параметра оптимизации принята интенсивность механического изнашивания IМ.

Функциональная зависимость между IМ и факторами модели имеет вид:

(1)

где P – нажатие в контакте; – скорость скольжения; t – время испытаний;
r – характерный линейный размер; Cu – процентное содержание меди в элементе контактной пары; Н1/Н2 – безразмерный симплекс (отношение твердости материала КЭ к твердости материала токопровода); 1, 2 – теплопроводность материалов КЭ и токопровода соответственно; с1, с2 – удельная теплоемкость КЭ и токопровода.

В соответствии со способом интегральных аналогов, или анализом размерностей (-теорема), и положениями теории подобия в уравнении в соответствующие критерии были объединены следующие факторы: нажатие в контакте, удельная теплоемкость, теплопроводность; скорость скольжения, время испытания; твердость элементов пары трения. Еще один критерий, который входит в уравнение в виде самостоятельного фактора, показывает содержание в материале элемента контактной пары меди.

На основании результатов экспериментальных исследований, выполненных при различных параметрах окружающей среды, было принято решение о внесении в модель критериев, учитывающих состояние окружающей среды – влажности и запыленности.

Согласно -теореме число безразмерных комбинаций комплексов и симплексов равно разности между количеством физических величин Ф и основных единиц размерности n, т.е. k = Ф – n = 10 – 4 = 6. Из уравнения подобия (1) можно получить расчетное уравнение, экспериментально определив его коэффициенты:

,

(2)

где а0 – функционал, отражающий влияние на процесс неучтенных факторов;
m – функционал, логарифмически зависящий от нажатия в контакте; m, m,
m, m, m – коэффициенты, определяемые экспериментально; Ptc2/(r21) – комплекс (мера отношения удельной мощности трения к способности токопровода накапливать, а контактного элемента – передавать тепло); t/r – отношение пути трения к характерному линейному размеру элемента; – отношение среднего значения относительной влажности окружающей среды за пять лет к значению относительной влажности на момент исследований, – отношение среднего значения запыленности окружающей среды за пять лет к значению ее запыленности на момент исследований.

Износ контактных пар устройств токосъема от воздействия электрического тока можно представить с помощью функциональной критериальной зависимости между такими факторами, как дугостойкость материала; количество электричества, прошедшее через дугу; нажатие в контакте; длина пути трения; комплекс, учитывающий изменение шероховатости поверхностей; комплекс, учитывающий износ при токовой нагрузке без искрения:

,

(3)

где – критерий, характеризующий дугостойкость материала; Q – количество электричества, прошедшее через дугу; P – нажатие в контакте; s – длина пути трения; g – комплекс, характеризующий износ материала вследствие повышения шероховатости поверхностей; IM – интенсивность изнашивания от механической нагрузки (без тока); IE0 – интенсивность изнашивания при токовой нагрузке без искрения; I – величина тока, протекающего в контакте.

Кратковременные потери контакта при токосъеме сопровождаются возникновением искрения и кратковременной дуги, которые также оказывают влияние на значение величины износа: возникает испарение материала с поверхностей контакта и увеличивается их шероховатость. Процесс изнашивания контактных пар при протекании через контакт тока заключается во фриттинге пленок поверхностей и электролизе.

С учетом сказанного уравнение (3) можно представить в виде:

(4)

где – интенсивность электроэрозионного износа, линейно зависящая от дугостойкости материала; – дугостойкость элемента контактной пары, которая зависит от материала, рода тока и полярности элемента контактной пары (при протекании постоянного тока); 1, 2, 3 – масштабные коэффициенты перехода; k1 – функционал, прямо пропорциональный по модулю величине нажатия в контакте и логарифмически зависящий от рода тока и поляризации КЭ;
k2 – функционал, обратно пропорциональный величине нажатия в контакте и логарифмически зависящий от рода тока и поляризации КЭ; k3 – критерий, учитывающий род тока (переменный или постоянный) и полярность контактного элемента (анодно- или катоднополяризованный); k4 – критерий, учитывающий содержание графита в материале; – коэффициент, учитывающий изменение условий среды в зоне контакта; Q – количество электричества, которое определяется как произведение среднего значения тока дуги на время ее горения.

Таким образом, с учетом уравнений (2) и (4) можно получить
итоговую формулу для расчета интенсивности электромеханического изнашивания элементов контактной пары:

(5)

Оценка адекватности полученной математической модели проверялась по Ф-критерию Фишера, значимость коэффициентов, функционалов и критериев – по t-критерию Стьюдента. Расчетные значения критериев не превышают табличных для уровня значимости

Рис. 5. Расчетные и экспериментальные зависи-мости изнашивания контактного элемента ММТС из меднографитового композита при повышенной влажности и запыленности окружающей среды

Сравнение результатов расчета и экспериментальных исследований пред-ставлено на рис. 5, отклонение расчетных и экспериментальных данных не превышает 8 %. На рис. 5 приняты следующие обозначения: 1 – данные расчета механической составляющей модели (без тока); 2 – данные расчета электрической

составляющей (I = 300 A для КЭ ММТС); 3 – суммарная расчетная зависимость; 4 – данные экспериментальных исследований.

Предложенная математическая модель интенсивности изнашивания контактных пар позволяет сократить время формирования U-образной кривой
в 2,5 – 3 раза.

В пятом разделе предложена усовершенствованная методика прогнозирования износа контактных пар устройств токосъема для выбора рационального сочетания материалов трибопар.

Для прогнозирования износа с помощью разработанной математической модели (5) достаточно проведения укороченного цикла экспериментальных испытаний для получения значений в граничных точках механической и

электромеханической кривых интенсивности изнашивания (рис. 6). Полученные экспериментальные и справочные данные обрабатываются на ЭВМ и служат входными данными для расчета U-образной кривой и определения диапазона допустимого контактного нажатия, соответствующего минимальному износу.

Рис. 6. Граничные точки кривых интенсивности изнашивания

Алгоритм прогнозирования износа представлен на рис. 7.

Исходными данными для прогнозирования являются график движения ЭПС на конкретном участке; график тягового тока; параметры токопровода, токоприемника; результаты расчета интенсивности изнашивания контактных пар. Прогнозирование износа контактных элементов осуществляется путем компьютерной обработки расчетной кривой контактного нажатия, U-образных кривых, графиков скорости движения и потребления тока на заданном участке проектируемой трассы.

Рис. 7. Усовершенствованный алгоритм прогнозирования износа контактных пар устройств токосъема

На рис. 8 представлен прогноз износа КЭ из меднографитового композита и КЭ из металлокерамики на основе железа при взаимодействии с жестким токопроводом из БрНХК для Ркт = 50 Н.

Рис. 8. Прогнозирование износа контактных элементов при Ркт = 50 Н:

а – график скорости движения ЭПС на участке между станциями; б – график потребления тока на участке; в – распределение контактного нажатия на участке;
г – кривая интенсивности изнашивания КЭ из меднографитового композита;
д – кривая интенсивности изнашивания КЭ из металлокерамики на основе железа

Срок службы токопровода из БрНХК при взаимодействии с КЭ из меднографитового композита составит 15,8 года, с КЭ из металлокерамики на основе железа – 12,5 года.

В шестом разделе выполнен расчет экономической эффективности применения усовершенствованных методов моделирования изнашивания контактных пар устройств токосъема. Экономический эффект за счет сокращения времени на проведение испытаний и продления срока службы контактных элементов составляет 503 тыс. р. на 10 токоприемников за 10 лет для устройств токосъема ММТС; инвестиционный проект можно считать экономически эффективным.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ методов оценки износа контактных пар устройств токосъема, в результате которого установлено, что существующие методы требуют значительных затрат времени на обработку большого массива статисти-ческих данных для оценки износа и срока службы элементов контактных пар, при этом не учитывается влияние на величину износа КЭ параметров окружающей среды.

2. Разработана методика и выполнены экспериментальные исследования износостойкости контактных пар с учетом воздействия факторов окружающей среды, характерных для условий эксплуатации; предложенная методика позволяет учесть влияние относительной влажности воздуха окружающей среды и его запыленности на процесс изнашивания элементов трибопар.

3. Предложена математическая модель изнашивания контактных пар с учетом влияния факторов окружающей среды, позволяющая применять в качестве исходных данных для расчета изнашивания элементов контактных пар показатели износа для граничных значений диапазона нажатий в контакте, что позволяет сократить время формирования U-образной кривой в 2,5 – 3 раза при средней относительной погрешности, не превышающей 8 %.

4. Усовершенствован алгоритм прогнозирования износа контактных пар, позволяющий оперативно производить оценку ресурса токосъемных элементов и контактного токопровода на основании предложенной математической модели; произведены теоретические исследования, в результате которых даны рекомендации для выбора рационального сочетания материалов трибопар на основе усовершенствованных методов моделирования изнашивания элементов контактных пар.

5. Определен расчетный экономический эффект от применения усовершенствованных методов моделирования изнашивания, который может быть получен за счет сокращения времени проведения испытаний и снижения износа контактных элементов; экономический эффект должен составить 503 тыс. р. на 10 токоприемников за 10 лет для устройств токосъема ММТС.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России:

1. Ступаков С. А. Моделирование электромеханического изнашивания контактных пар устройств токосъема электрического транспорта / С. А. Ступаков, О. А. Сидоров, В. М. Филиппов // Трение и смазка в машинах и механизмах / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. М.: Машиностроение, 2012. Вып. 4. С. 23 – 30.

2. Сидоров О. А. Прогнозирование износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта / О. А. Сидоров,
С. А. Ступаков, В. М. Филиппов // Известия вузов. Электромеханика / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2011. Вып. 5. С. 76 – 80.

3. Ступаков С. А. Моделирование износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта / С. А. Ступаков,
В. М. Филиппов // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2011. Вып. 2 (29). С. 87 – 91.

4. Ступаков С. А. Математическое моделирование износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта /
С. А. Ступаков, В. М. Филиппов, Т. В. Охрименко // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока / Новосибирская гос. академия водного транспорта. Новосибирск, 2011. Вып. 1. С. 240 – 243.

5. Сидоров О. А. Моделирование износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта / О. А. Сидоров,
С. А. Ступаков, В. М. Филиппов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. Вып. 3(7). С. 43 – 52.

В прочих изданиях:

6. Филиппов В. М. Моделирование влияния атмосферных условий на износные характеристики контактных пар устройств токосъема / В. М. Филиппов// Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы X междунар. науч.-практ. конф. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2010. С. 171 – 173.

7. Исследования изнашивания контактных пар устройств токосъема электрического транспорта / В. М. Филиппов, С. А. Ступаков и др. // Aplikovan vdeck novinky-2012: Materily VIII mezinrodn vdecko-praktick konference. Praha, 2012. P. 42 – 51.

8. Сидоров О. А. Методы исследования износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта / О. А. Сидоров,
С. А. Ступаков, В. М. Филиппов // Трибология и надежность: Сб. науч. тр. IX междунар. конф. / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. Санкт-Петербург, 2009. С. 65 – 73.

9. Сидоров О. А. Исследования износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта / О. А. Сидоров, С. А. Ступаков, В. М. Филиппов// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. Вып. 1(1). С. 44 – 49.

10. Методы оценки ресурсных возможностей устройств токосъема электрического транспорта / О. А. Сидоров, В. М. Филиппов и др. // Трансвуз-2010. Инновации для транспорта: Сб. науч. ст. с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. Ч. 3. С. 18 – 22.

11. Ступаков С. А. Исследование влияния токовой нагрузки на износ контактных элементов токоприемника электроподвижного состава / С. А. Ступаков,
В. М. Филиппов// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. Вып. 1 (5). С. 37 – 42.

12. Математическое моделирование электромеханического износа контактных пар устройств токосъема монорельсового электрического транспорта /
О. А. Сидоров, В. М. Филиппов и др. // Актуальные проблемы проектирования и эксплуатации контактных подвесок и токоприемников электрического транспорта: Сб. науч. ст. с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. С. 33 – 42.

13. Совершенствование методов моделирования процессов трения в скользящем электрическом контакте / О. А. Сидоров, В. М. Филиппов и др. // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы VII междунар. науч.-практ. конф. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2007. Ч. 2. С. 46 – 48.

14. Ступаков С. А. Методика экспериментальных исследований контактных пар устройств токосъема / С. А. Ступаков, В. М. Филиппов // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы XI междунар. науч.-практ. конф. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2011. С. 134 – 137.

15. Прогнозирование износа контактных пар устройств токосъема монорельсового транспорта / О. А. Сидоров, В. М. Филиппов и др. // Aplikovan vdeck novinky-2011: Materily VII mezinrodn vdecko-praktick konference. Praha, 2011. P. 12 – 16.

16. Ступаков С. А. Моделирование процессов изнашивания контактных вставок токоприемника / С. А. Ступаков, В. М. Филиппов, О. П. Фролова // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы XII междунар. науч.-практ. конф. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2012. С. 80 – 85.

17. Пат. РФ на полезную модель № 58463, МПК В 60 L 3/12. Устройство для исследования скользящего контакта между токоприемником и контактным проводом / О. А. Сидоров, С. А. Ступаков, А. С. Голубков, А. Н. Кутькин,
В. М. Филиппов (Россия). № 2006123216/22; Заявлено 29.06.2006; Опубл. 27.11.2006 // Открытия. Изобретения. 2006. № 33.

18. Пат. РФ на полезную модель № 82638, МПК В 60 L 3/12. Устройство для исследования скользящего контакта / О. А. Сидоров, С. А. Ступаков,
А. Н. Кутькин, В. М. Филиппов (Россия). № 2008149397/22; Заявлено 15.12.2008; Опубл. 10.05.2009 // Открытия. Изобретения. 2009. № 13.

19. Пат. РФ на полезную модель № 82639, МПК В 60 L 3/12. Устройство для исследования скользящего контакта между токоприемником и жестким токопроводом / О. А. Сидоров, С. А. Ступаков, И. Е. Чертков, А. Н. Кутькин, В. М. Филиппов (Россия). № 2008149399/22; Заявлено 15.12.2008; Опубл. 10.05.2009 // Открытия. Изобретения. 2009. № 13.

20. Пат. РФ на полезную модель № 87965, МПК В 60 L 3/12. Устройство для исследования скользящего контакта между токоприемником и токопроводом / О. А. Сидоров, С. А. Ступаков, В. М. Филиппов, М. В. Емельянов (Россия). № 2009127023/22; Заявлено 14.07.2009; Опубл. 27.10.2009 // Открытия. Изобретения. 2009. № 30.

__________________________________________________

Типография ОмГУПСа. 2012. Тираж 100 экз. Заказ.

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35