11.2. Колея на прямых участках

Как известно, рельсовая колея в плане характеризует­ся прямыми и кривыми (рис. 11.8). Согласно ПТЭ для прямых и кривых с R ≥ 350 м S„= 1520 мм (+6; —4). Следовательно, S_{0 mах} = 1526 мм и S_{0 min} = 1516 мм.

(П.1>

Если на прямом участке колесную пару поставить на рельсы так, чтобы гребень одного колеса был прижат к рельсу, то между гребнем второго колеса и рабочей гранью другого рельса будет зазор б (рис. II.9). Из рис. II.9 вид­но, что

= S₀ — (T + 2h+2µ) = S₀—q,

где S₀ — ширина колеи на прямом участке пути;

Т — насадка колес, равная согласно ПТЭ (1400 ± 3) мм, для поездов с v > 120 км/ч— 1440 мм ( + 3; —1);

h — толщина гребня; согласно ПТЭ h_max == 33 мм, h_min = 25 мм и для v > 120 км/ч h_min = 28 мм;

µ — утолщение ширины гребня, которое для вагонных колес равно 1 мм, а для локомотивных — нулю;

q — колесная колея.

Так как существуют минимальные, нормальные и макси­мальные значения S₀, T и h, то соответственно существуют и зазоры 8_mln, 8₀ и 8_max. Подставляя в формулу (II. 1) раз­личные Т, h и µ, получим следующие значения величин  и при S₀ = 1520 мм (в числителе — для локомотивных осей, в знаменателе—-для вагонных).

Рис. П.8. Схема рельсовой колеи:

а — план; б — определение ширины колеи; / — прямой участок, кривизна р = °°; 2 — кривой участок, p = Rt

Видно, что в некоторых случаях зазоры б могут быть довольно большими. Наличие зазоров  есть первая особен­ность рельсовой колеи на прямом участке пути. Зазоры не­обходимы для: уменьшения сопротивления движению по­ездов; замедления износа рельсов и колес; предотвращения заклинивания экипажей при движении и, как следствие, вползания гребня на рельс. Однако если зазор  слишком велик, ухудшаются условия взаимодействия пути и подвиж­ного состава, а именно: увеличивается угол удара при ко­сых набеганиях колес на прямых и при входе на кривые участки; ухудшаются условия комфортабельности езды (при значительном зазоре больше качка и виляние желез­нодорожных экипажей); быстрее расстраивается путь, требуется больше затрат на его содержание.

Вот поэтому в свое время встал вопрос об уменьшении зазоров б. Это сделано за счет сужения колеи, На основании множества экспериментов ширина колеи S₀ принята равной 1520 мм вместо 1524 мм; при этом установлены допуски +6 и —4 мм, а на участках, где скорости движения поездов

50 км/ч и менее, +10 и —4 мм. Переход на ширину колеи 1520 мм дал годовую экономию в путевом хозяйстве при­мерно 100—120 руб. на 1 км.

Вторая особенность рельсовой колеи на прямых участ­ках (согласно ПТЭ) — понижение одной рельсовой нити относительно другой на 5 мм для улучшения плавно­сти двия^ния поездов.

Глава 2. Рельсовая колея на кривых участках

11.3. Ширина колеи

На железных дорогах СССР согласно ПТЭ ширина рельсовой колеи на кривых участках пути 5_К установлена в зависимости от радиуса: при R ≥ 350 м S_K = 1520 мм; при 300 ≤ R < 350 S_K = 1530 и при R < 300 м S_rt = = 1535 мм с допусками+6; —4 мм.

Уширение или ширина колеи в кривой определяется рас­четом по вписыванию железнодорожных экипажей в кривую исходя из следующих условий:

ширина колеи должна быть оптимальной, т. е. обеспе­чивать наименьшее сопротивление движению поездов, наи­меньший износ рельсов и колес; предохранять рельсы и ко­леса от повреждений, а колею — от искажения в плане, ко­леса — от провала между рельсовыми нитями, т. е. не пре­вышать максимальную допустимую ширину;

ширина колеи должна быть не меньше минимальной до­пустимой, чтобы ходовые части экипажа не заклинивались между наружной и внутренней рельсовыми нитями.

Определение оптимальной ширины колеи. За расчетную схему примем такую, при которой экипаж своим наружным колесом передней оси жесткой базы прижимается к наруж­ному рельсу кривой, а задняя ось жесткой базы либо зани­мает радиальное положение, либо стремится его занять, и центр поворота экипажа находится на пересечении этого радиуса с продольной геометрической осью жесткой базы экипажа. При этом:

во всех случаях определенная расчетом оптимальная ши­рина рельсовой колеи не должна превышать максимума S_max — 1535 мм, установленного ПТЭ;

если расчетная ширина колеи S_К будет больше S_max, то следует перейти к определению минимальной допустимой ширины колеи, приняв соответствующую расчетную схе­му;

если расчетная ширина колеи S_К получится меньше нор­мальной ширины на прямом участке пути (S₀ = 1520 мм), то это означает, что конструктивные размеры и особенности ходовых частей рассматриваемого экипажа позволяют ему проходить кривую данного радиуса без уширения колеи. В таком случае ширина колеи S_К должна приниматься по ПТЭ в зависимости от радиуса.

Рассмотрим случай определения оптимальной ширины рельсовой колеи S на кривой радиусом R из условия вписы­вания экипажа с трехосной жесткой базой L₀ (рис. 11.10). Примем следующие обозначения:

q = (Т + 2h + 2µ) — ширина колесной колеи;

С — центр поворота экипажа;

λ — расстояние от центра вращения экипажа до геометриче­ской оси первого колеса (для данного случая, как видно из рис. II. 10, X = Lo);

b_l — расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом;

f_н — стрела изгиба наружного рельса (при хорде АВ)\

S — ширина рельсовой колеи в кривой;

∑ŋ — сумма поперечных разбегов осей.

Из рис. 11.10 видно, что при ∑ŋ = 0 S = q + f_н при-

∑ŋ ≠ 0 S = q + f_н - ∑ŋ.

Экипажем, требующим наибольшей ширины колеи бу­дет тот, который имеет q_max. Тогда, учитывая допуск на сужение колеи 4 мм, в общем виде выражение для S будет таким:

S = q_max +f H-∑ŋ + 4<S_max; (II.2)

^(П-³⁾

Величину проф. Г. М. Шахунянц предложил опреде­лять при неизношенных гребнях по формуле

(11.4)

где r — средний радиус катания колеса;

τ — угол наклона внутренней грани (образующей гребня) к горизонту, равный для вагонного профиля колеса 60°, а для локомотивных колес 70°.

Рис. 11.11. Расчетная схема положения экипажа в кривой для определения минимальной допустимой ширины рельсовой колеи

Определение минимальной допустимой ширины колеи. За

расчетную схему примем вариант заклиненного вписывания экипажа, при котором наружные колеса крайних осей жест­кой базы своими ребордами упираются в наружный рельс кривой, а внутренние колеса средних осей упираются в рельс внутренней нити. Центр поворота экипажа либо на­ходится посередине жесткой базы (двухосные экипажи, многоосные экипажи с симметричным расположением осей и их разбегов), либо стремится занять это положение. При этом к полученной на основании такой расчетной схемы ширине колеи следует прибавить минимальный зазор 8_mi_n между боковой рабочей гранью рельса и гребнем колеса на прямом участке пути. Это необходимо сделать потому, что заклиненное вписывание при эксплуатации не допуска­ется. При этом:

во всех случаях определенная минимальная допустимая ширина рельсовой колеи S не должна превышать максиму­ма S_max = 1535 мм, установленного ПТЭ;

если полученная расчетом ширина колеи получится больше S_max, то это значит, что данная кривая без специаль­ных устройств (контррельсов) не может обеспечить прохож­дение рассматриваемого экипажа;

Рис. 11.10. Расчетная схема по­ложения экипажа в кривой для определения оптимальной ширины рельсовой колеи

если расчетная ширина колеи 5 получится меньше нор­мальной S₀ = 1520 мм, то это означает, что конструктивные

размеры и особенности ходовых частей рассматриваемого экипажа позволяют ему проходить кривую данного радиу­са без уширения колеи. В таком случае ширину колеи при­нимают по ПТЭ в зависимости от радиуса.

Рассмотрим случай определения минимальной допусти­мой ширины рельсовой колеи S из условия вписывания эки­пажа с пятиосной жесткой базой L₀ (в которой средняя ось безребордная) в кривую радиусом R (рис. 11.11).

Примем следующие обозначения:

С — центр поворота экипажа;

q — (Т + 2h + 2µ) — ширина колесной колеи;

λ — расстояние от центра поворота до геометрической оси

крайнего колеса, упирающегося в наружный рельс;

i — расстояние от С до оси четвертого колеса;

f_н — стрела изгиба наружного рельса при хорде АB

f_в — стрела изгиба внутреннего рельса при хорде (2i — 2Ь₂)\

b₁ - расстояние от геометрической оси пятой (или первой) колесной пары до точки касания колеса с наружным рель­сом;

Ь₂ — то же четвертой (или второй) оси, но до точки касания ко­леса с внутренним рельсом;

∑ŋ -сумма поперечных разбегов осей.

Из рис. 11.11 S = q + f_н — f_в — ∑ŋ. Однако с уче­том допуска на сужение 4 мм, а также того, что экипаж, требующий наибольшей ширины колеи, имеет q_max, оконча­тельное выражение для S будет

S = q_max,+ f_н – f_b -∑ŋ +8_mi_n + 4, (11.5)

где f_н —определяется по формуле (II.3), а f_в — по выражению

(II.6)

Величину Ь₂ для неизношенных колес можно найти по формуле

(II.7)

Контррельсы на кривых участках укладывают у вну­тренней рельсовой нити или У обеих нитей (внутри колеи) в том случае, если возникает особая необходимость прини­мать ширину колеи в кривой больше максимальной допу­стимой S_max.

Контррельсы у внутренней, нити укладывают для предот­вращения бокового износа рельсов наружной нити и во избежание отбоя рельсов. Контррельсы у обеих нитей ук­ладывают в тех случаях, когда ширину колеи в кривой при­ходится принимать более 1541 мм. К таким решениям на магистральных дорогах прибегают очень редко, поэтому данный вопрос подробно не рассматривается.