Розділ 2
Методика теоретичних і експериментальних досліджень
2.1. Програма досліджень
Для розв’язання задач, які пов’язані з підвищенням надійності контакту
"струмоприймач електрорухомого складу – контактна підвіска", виявленням змін
фізико – механічних, електро- та триботехнічних властивостей сполучених
елементів після лазерного модифікування були проведені комплексні дослідження.
Комплекс досліджень виконувався в такій послідовності:
1. На першому етапі (І) характеризувалася система "контактна підвіска –
струмоприймач", проводився аналіз умов роботи, механізмів зношування та
основних методів підвищення її надійності. Цей етап дав можливість здійснити
вибір способу модифікування контактного проводу і вставки струмоприймача.
2. Наступний, другий етап (ІІ), дав можливість вибрати методи та методики
експериментальних і теоретичних досліджень, установку для лазерної обробки
зразків мідного контактного проводу і вугільних вставок та устаткування для
виявлення стану спрацювання взаємодіючих елементів контакту.
3. Третій етап (ІІІ) присвячено теоретичним обгрунтуванням підвищення
надійності контакту "струмоприймач електрорухомого складу – контактна
підвіска". Результатом цього етапу було підвищення надійності системи з
застосуванням законів неврівноваженої термодинаміки, а також виведено
функціональну залежність інтенсивності зношування сполучених елементів в
залежності від макро- та мікропараметрів контактного проводу та вставок, а
також від режимів лазерного модифікування.
4. Задачами четвертого етапу (IV) було експериментальне дослідження
фізико-механічних, електро- та триботехнічних властивостей мідного контактного
проводу і вугільних вставок до і після лазерного модифікування в лабораторних
умовах. Отримані дані досліджень на цьому етапі дали можливість визначити
оптимальні параметри лазерного випромінювання.
5. Задачами п’ятого етапу (V) була експлуатаційна перевірка працездатності
контакту "струмоприймач електрорухомого складу – контактна підвіска" після
лазерного модифікування.
6. На заключному, шостому етапі (VІ), розроблялись рекомендації щодо впливу
режимів лазерного модифікування мідного контактного проводу та вугільних
вставок на фізико-механічні, електро- та триботехнічні властивості, а також
проводилась техніко-економічна оцінка запропонованої технології модифікування.
2.2. Методика теоретичних досліджень
Теоретичні дослідження проводили з використанням основних положень теорій
термодинаміки, неврівноваженої термодинаміки, електромеханічних процесів,
фізики твердого тіла, синергетики, теорії взаємодії лазерного випромінювання з
речовиною, теорії тертя та зношування, теорії надійності технічних систем.
Виходячи з теорії тертя і зношування було проаналізовано стан врівноваженості
процесів зношування робочих поверхонь контактного проводу та вставок в процесі
тертя.
З теорії неврівноваженої термодинаміки обгрунтовано стан неврівноважених
структур, що утворилися на поверхнях контактного проводу та вставок після
лазерного опромінення й одержано для відповідних умов роботи оптимальні режими
обробки.
Виходячи з теорії надійності та основних законів термодинаміки, з використанням
функціональних зв'язків виробництва ентропії та термодинамічних потоків та сил,
виведено аналітичну залежність інтенсивності зношування в залежності від макро-
та мікропараметрів поверхні контактного проводу, а також від режимів лазерного
модифікування.
2.3. Вибір обладнання і поверхонь модифікування контактного проводу і вставки
В даній роботі проведена лазерне модифікування мідного контактного проводу
безперервним лазерним випромінюванням з довжиною хвилі 10,6 мкм.
Для обробки зразків і деталей використано лазерний технологічний модуль
“Комета-2”, загальний вигляд якого показано на рис. 2.3.
Технологічний модуль “Комета-2” призначений для обробки променем СО2-лазера
різноманітних матеріалів: сталь, мідь та її сплави, алюміній, титан, скло і
т.п., а також для термозміцнення деталей будь-якої конфігурації.
Установка має наступні технічні характеристики: діаметр лазерного променя не
більше 45 мм; кут розходження променя не більше 5 мрад; експлуатаційна
потужність випромінювання до 1 кВт; регулювання потужності наведено на рис.
2.1. Випромінювання здійснюється, як в одномодовому, так і в багатомодовому
режимі; витрати газової суміші при складі СО2:N2:Не = 1:10:6.5 не більше 5,3
л·атм/хв.
Для забезпечення необхідного режиму обробки, при якому не спостерігається
оплавлення поверхні зразка, лазерний пучок дефокусували шляхом зміщення
поверхні зразка відносно фокальної площини фокусуючої лінзи на відстань ДF. Це
дає можливість змінювати діаметр лазерної плями на робочій поверхні зразка.
Вимірювання потужності проводили калориметричним вимірювачем М3-48,
виготовленим лазерною секцією лабораторії ППДУ Московського інституту сталі і
сплавів. Похибка вимірювання потужності не перевищила 5%.
а)
б)
Рис. 2.1. Лазерний технологічний модуль “Комета-2”: а) пост лазерної обробки;
б) блок живлення та газова станція; 1 – оптична система лінз ; 2 – пульт
керування ; 3 - верстат ; 4 – вимірювач потужності; 5 – випромінювач ; 6 – блок
живлення.
Переміщення поверхні опромінювання здійснювали за допомогою технологічного
оснащення, виконаного на базі універсального токарно-гвинторізного верстату із
спеціальними напрямними захватами, що розроблені в КНТУ, для утримання та
допомоги переміщенню контактного проводу. Швидкість переміщення зразка
визначали за допомогою градуйованого графіку залежності швидкості подачі від
електричної напруги, яка подається на оснащення. Зміщення по поверхні ма
- Киев+380960830922