Меланин В. М. Моделирование нестационарного температурного поля, формирующегося в элементах колеса при торможении: текстовая версия

В процессе эксплуатации вагонное колесо подвергается различным видам внешних воздействий. Как показали экспериментальные исследования, воздействие нерав номерного температурного поля при торможении вагона являет ся существенным фактором, обусловливающим напряженноде формированное состояние колеса. Тепловое воздействие существенно отличается от действия обычных механических нагрузок, и это следует учитывать в мето дике математического моделирования тепловых процессов. Глав ная особенность теплового воздействия состоит в том, что оно не является внешней силой, а представляет собой тепловой поток к исследуемому объекту. Поэтому и для описания распространения тепла в колесе привлекается уравнение теплопроводности. Задача по определению динамического температурного поля колеса решается в два этапа. На первом этапе определяется работа сил трения. Скорость движения и тормозное усилие полагаются в общем случае переменными, но заданными величинами. Тепловые процессы из рассмотрения на этом этапе исключаются. Второй этап состоит в получении закона распределения неста ционарного температурного поля в элементах колеса от теплового потока, эквивалентного работе сил трения, определенной на пер вом этапе.

Методика расчета базируется на следующих допущениях: 1. При определении мощности сил трения полагается, что ко лодка прилегает к ободу колеса по цилиндрической поверхности. 2. Торможение вагона происходит только за счет работы сил трения в колодках. 3. При определении мощности сил трения учитывается только энергия поступательного движения вагона, а кинетическая энер гия вращающихся колесных пар во внимание не принимается. 4. Теплообмен на поверхности колеса с воздушной средой происходит по закону Фурье. 5. Начальная температура всех элементов колеса одинакова и равна температуре окружающей среды. 6. Температура в элементах колеса не зависит от возникаю щих в нем напряжений. 7. Не учитывается теплообмен между колесом и рельсом изза значительного теплового сопротивления в зоне контакта вследст вие небольших размеров зоны. 8. Диск колеса полагается цельным, без технологических от верстий. 9. Предполагается, что в зоне контакта ступицы и предподсту пичной части имеет место однородная среда, и предподступичная часть оси рассматривается как продолжение ступицы. 10. Считается, что в граничных сечениях ступицы тепловой по ток вдоль оси равен нулю; однако условия теплообмена в упомя нутых сечениях практически не влияют на закон распределения температуры в ободе колеса.