В експериментальній частині для обробки результатів випробувань використано методи теорії ймовірностей, математичної статистики та математичного планування експериментів.
Достовірність наукових результатів підтверджується результатами експериментальних досліджень, що засвідчує відповідність прийнятих допущень характеру вирішуваних завдань, правильний вибір способів і технічних засобів випробувань, вимірювальної та реєструючої апаратури і методів обробки результатів експериментів.
Наукова новизна отриманих результатів:
- одержала подальший розвиток математична модель динамічної контактної взаємодії колеса і рейки з урахуванням осциляції ядер інтегральних рівнянь, принципу граничного поглинання, що характеризує внутрішнє тертя, і збурювань у виді гармонійних функцій;
- уперше запропоновано теоретичне обґрунтування, компонентний склад, структура і конструктивне виконання гальмівних С-С колодок на основі вуглецевих волокон з піровуглецевою матрицею та модифікаторами тертя для гальмівних систем рухомого складу;
- уперше встановлено закономірності впливу на фрикційні характеристики гальмівних С-С колодок якісного, кількісного, фракційного складу компонентів і модифікаторів тертя, а також питомого навантаження, швидкості ковзання та температури контактної поверхні;
- удосконалено математичну модель нестаціонарного теплового процесу гальмування системи "гальмівні колодки - колесо - рейка" з умовою пропорційності теплового потоку, що виділяється в плямі контакту, потужності сил деформації від контактних динамічних напружень;
- експериментально встановлено закономірності впливу компонентів гальмівних С-С колодок на величину коефіцієнта теплопровідності, що визначає температурну напруженість контактної зони тертя;
- уперше експериментально встановлено експлуатаційні характеристики антифрикційних самозмащувальних композиційних матеріалів на основі капролону для опорно-повертальних пристроїв рухомого складу, раціональних за критерієм мінімізації коефіцієнта тертя.
Практичне значення отриманих результатів. Розвиток теорії динамічної контактної взаємодії колеса з рейкою сприяє визначенню дійсної величини і характеру розподілу контактних напружень для визначення тягових та гальмівних зусиль при багатомірному математичному моделюванні і дослідженні динамічних та теплових процесів при взаємодії екіпажа й колії. Встановлені закономірності дозволяють приймати раціональні конструктивні рішення при проектуванні, створенні і модернізації візкових рейкових екіпажів.
Пропоновані гальмівні С-С колодки відрізняються високими експлуатаційними і теплофізичними характеристиками, сприяють зменшенню термічного впливу на поверхню кочення коліс та рейок і підвищенню ефективності роботи гальмівних пристроїв. Використання С-С колодок дозволяє знизити зусилля натиснення у два рази при збереженні довжини гальмівного шляху й зменшити його величину при великих початкових швидкостях гальмування.
Використання в опорних пристроях антифрикційного матеріалу на основі капролону з наповнювачами у виді мінерального масла, дисульфід молібдену та лускатого графіту з низьким і стабільним коефіцієнтом тертя забезпечує зниження до 32% опору повороту візків щодо кузова в плані і завдяки цьому поліпшує умови взаємодії колеса з рейкою.
Практична цінність роботи підтверджена новими технічними рішеннями (двосекційна гальмівна колодка, фрикційний композитний матеріал, фрикційний диск, гальмо й ін.), які виконані на рівні винаходів і захищені авторськими свідоцтвами та патентами.
Розроблені математичні моделі, методики, алгоритми, програмні й технічні засоби знайшли практичне застосування в ВАТ «ХК «Луганськтепловоз» і ВАТ «ЛуганськПТІмаш» при створенні нового пасажирського тепловоза ТЕП 150, у процесі проектування й розробки перспективних вантажних і пасажирських тепловозів, дизель- і електропоїздів ДПЛ-2, ДЕЛ-02, ЕПЛ9Т, а також трамвайних вагонів.
Технічна документація на пропоновані композиційні матеріали використовується при виготовленні гальмівних колодок (накладок) для гальмівних пристроїв, у тому числі дискових гальм, і полімерних антифрикційних накладок - для підшипників ковзання й опорних пристроїв кузова на візки.
Основні результати досліджень, лабораторні стенди і установки використовуються в навчальному процесі, у науково-дослідній роботі, у курсовому та дипломному проектуванні при підготовці бакалаврів, фахівців і магістрів за фахом: «Рухомий склад і спеціальна техніка залізничного транспорту», а також у курсах дисциплін «Безпека руху залізничного транспорту», «Основи експлуатації транспортних засобів», «Локомотивне й вагонне господарство» тощо Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля.
Особистий внесок здобувача. Наукові положення, розробки і результати досліджень, котрі виносяться на захист, отримані автором самостійно і в основному опубліковані без співавторів. У спільних роботах здобувач:
- запропонував підходи, виконав аналітичні перетворення й одержав асимптотичні розв'язки інтегральних рівнянь динамічних контактних задач щодо взаємодії колеса з рейкою, руху колеса по пружному шару і руху клина в пружному шарі [16, 17, 18, 35];
- обґрунтував, виконав перетворення та одержав аналітичні залежності для вирішення динамічної контактної задачі з обмеженням при взаємодії колеса з рейкою [25];
- запропонував конструктивні вдосконалення візків для підвищення тягових і гальмівних властивостей електропоїздів [33];
- обґрунтував і розробив методику проведення експериментальних досліджень гальмівних колодок із С-С композитів [8, 9, 13, 14, 24, 26];
- запропонував і розробив основні положення використання комп'ютерної вимірювальної системи для випробування гальмівних пристроїв [5, 37];
- запропонував компонентний склад, структуру, розробив способи виготовлення модифікованих фрикційних С-С композитів [21, 26];
- обґрунтував методику проведення експериментальних досліджень теплового стану фрикційних накладок гальмівних пристроїв, узагальнив результати досліджень [12, 24, 39];
- запропонував компонентний склад, структуру, розробив технологічні схеми та способи виготовлення, керував проведенням випробувань антифрикційних матеріалів на основі капролону з наповнювачами у виді мінерального масла, дисульфіду молібдену й лускатого графіту [23].
Апробація результатів дисертації. Дисертаційна робота у повному обсязі повідомлена таобговорена на розширеному засіданні вченої ради Інституту рейкового транспорту, на постійно діючому спеціалізованому семінарі з наукового напрямку "Рухомий склад залізниць і тяга поїздів", на засіданні кафедри "Залізничний транспорт" Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (СНУ ім. В. Даля) і одержала позитивну оцінку.
Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень дисертаційної роботи доповідалися на: щорічних науково-технічних конференціях СНУ ім. В. Даля (Луганськ, 1989...2007 рр.); Всесоюзній науково-технічній конференції "Забезпечення надійності вузлів тертя машин" (Ворошиловград, 1988 і 1989 рр.); всесоюзних і міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми розвитку локомотивобудування" (Луганськ, 1990, 1993, 1995 рр., Москва, 1996 р.); міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми розвитку рейкового транспорту" (X-XVII конференції в Криму, 2000...2007 рр.); міжнародних конференціях "Проблеми механіки залізничного транспорту" (Дніпропетровськ, 2000, 2004 і 2008 рр.); VI-й Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми механіки гірничо-металургійного комплексу" (Дніпропетровськ, 2004 р.); міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми і перспективи розвитку транспорту промислових регіонів" (Дніпропетровськ, 2005 і 2006 рр.); Міжнародній науково-практичній конференції "Наука в транспортному вимірі" (Київ, 2005 р.); Міжнародній науково-практичній конференції "Наука в транспортному вимірі: пасажирські перевезення" (Київ, 2006 р.); міжнародних науково-практичних конференціях "Проблеми і перспективи розвитку залізничного транспорту" (64 - 67 конференції, Дніпропетровськ, 2004...2007 рр.); міжнародних наукових конференціях «Університет і регіон», Луганськ (2001…2007 рр.); Міжнародній науковій конференції "Наука, техніка й вища освіта: проблеми і тенденції розвитку" (м. Пореч, Хорватія, 2006 р.).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 63 наукових роботи. З них 1 - монографія, 35 статей у наукових виданнях, 17 тез доповідей на конференціях, 10 авторських свідоцтв і патентів.
Основний зміст роботи викладено в 32 друкованих працях, які опубліковані у виданнях, затверджених ВАК України.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, семи розділів і додатків. Основний текст викладено на 297 сторінках, список літературних джерел містить 456 найменувань. Текст ілюструється 133 рисунками і містить 47 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обґрунтовано актуальність і новизну тематики роботи, сформульовано цілі і завдання дисертації, обрано об'єкт, предмет та методологію дослідження, сформовано основні напрямки вирішення проблеми.
У першому розділі наведено аналіз наукових праць з проблеми контактної, фрикційної й динамічної взаємодії коліс із рейками й гальмівними колодками, довговічності елементів системи «гальмівна колодка-колесо-рейка», ефективності фрикційних матеріалів і процесу гальмування рухомого складу.
Дотична сила зчеплення при русі в режимі тяги або гальмування реалізується на контактній площадці взаємодії колеса з рейкою й залежить від безлічі невизначених факторів, що постійно змінюються, обумовлених фізико-механічними властивостями матеріалів, трибологічним станом поверхонь тертя, конструктивним виконанням екіпажа, станом рейкової колії, зношенням контактних поверхонь коліс і рейок, умовами зовнішнього середовища та ін.