5. Устойчивость колесной пары против схода с рельса

Устойчивость колесной пары в рельсовой колее оценивается коэффициентом устойчивости колесной пары против схода с рельса, учитывающим соотношение вертикальных и горизонтальных составляющих сил, возникающих при движении поезда. По рекомендациям Норм подсчитывается коэффициент[1]:

, (5.1)

где - угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной оси; для стандартного профиля поверхности катания = 60^˚;

- коэффициент трения, принимаемый = 0,25;

- горизонтальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, действующая одновременно с

- вертикальная составляющая силы набегающего колеса на головку рельса.

Усилия , для существующих конструкций вагонов определяется по формулам[1]:

, (5.2)

, (5.3)

, (5.4)

где - осевая статическая нагрузка, = 225 кН;

- собственная сила тяжести колесной пары, =12,289 кН;

- среднее значение коэффициента вертикальной динамики, приближенное значение которого вычисляется по формуле:

(5.5)

где - величина, зависящая от осности тележки. Для грузового четырехосного вагона = 1,

А, В - величины, зависящие от гибкости рессорного подвешивания и типа вагона А = 0,03; В = ;

v - скорость движения вагона, v = 33 м/с:

b - половина расстояния между серединами шеек оси, для стандартных осей b = 1,018 м;

l - расстояние между точками контакта колес с рельсами, l = 1,555 м;

, - расстояние от точек контакта до середины шеек, = 0,217 м, = 0,264 м;

r - радиус колеса по кругу катания, r = 0,475 м;

- среднее значение коэффициента динамики боковой качки, приближенно равный

=

[ ]- нормированный коэффициент устойчивости колеса, [ ] = 1,4;

- среднее значение рамной силы, вычисленное по формуле[1]:

(5.6)

Определяем вертикальные составляющие силы реакции для набегающего и ненабегающего колес на головку рельса по формулам

Определяем горизонтальную составляющую силы реакции набегающего колеса на головку рельса по формуле

Определяем коэффициент устойчивости колеса по формуле и сравниваем его с нормированным:

1,858 < 1,4

6. Расчет оси колесной пары на прочность условным методом

Условный (приближенный) метод может быть применен в эксплуатации при выяснении причины и для предупреждения излома или деформации оси, если они не вызваны перегревом буксового узла или другими явно выраженными факторами. Наиболее эффективно этот метод может быть использован при перегрузке вагона или максимальных износах шеек осей, связанных с их обточками в эксплуатации.

При условном методе расчета ось рассматривается в статическом состоянии, на нее действует система сил:

- вертикальная, равная

1,25

- горизонтальная, равная

Н = 0,5 ,

где - статическая нагрузка от колесной пары на рельсы равная, = 225 кН;

1,25 и 0,5 – коэффициенты, учитывающие динамическое действие сил соответственно в вертикальном и горизонтальном направлениях.

В расчетной схеме силы приложены в центре тяжести вагона, находящемся на расстоянии от осевой линии колесной пары h = 1,45 м.

Вертикальная 1,25 и горизонтальная Н = 0,5 силы вызывают загружение силой[1]:

- левой шейки оси

, (6.1)

- правой шейки

, (6.2)

где 2b₂ - расстояние между серединами шеек оси, 2b = 2,036 м;

Таким образом, силы и приложены к серединам шеек оси. Вертикальные реакции рельсов при этом[1]:

- для левого колеса

(6.3)

- для правого колеса

, (6.4)

где r – радиус колеса по кругу катания, r = 0,475 м;

2S – расстояние между кругами катания колесной пары, 2S = 1,58 м;

Изгибающие моменты, вызванные действием расчетных нагрузок, подсчитываются в трех сечениях:

- в шейке оси у внутренней галтели (сечение 1-1)[1]:

, (6.5)

где - длина шейки, = 0,176 м;

- износ по длине шейки в эксплуатации, = 0;

- в подступичной части оси в плоскости круга катания колеса (сечение 2-2)[1]:

, (6.6)

где - расстояние от середины шейки до плоскости круга катания колеса, = 0,228 м;

- в середине оси (сечение 3-3):

(6.7)

.

Находим минимальные допустимые в эксплуатации диаметры[1]:

- шейки оси

, (6.8)

- подступичной части

, (6.9)

- середины оси

, (6.10)

где - допускаемое напряжения на изгиб для грузовых вагонов в шейке оси, =120 МПа;

- допускаемое напряжение на изгиб в подступичной части, =165 МПа;

- допускаемое напряжение на изгиб в середине оси, =155 МПа;

Если при оценке прочности существующей оси фактические диаметры в соответствующих расчетных сечениях оказались равными или больше, чем полученные, то прочность обеспечена:

- в шейке оси 0,118 м 0,130 м;

- в подступичной части 0,186 м 0,194 м;

- в середине оси 0,157 м 0,165 м.

Т.к. все три условия выполнены, то прочность колесной пары обеспечена.