11.4. Возвышение наружного рельса

При движении экипажа в кривой появляется центро­бежная сила, которая создает дополнительное давление колес на наружную рельсовую нить. Поэтому рельсы наруж­ной нити изнашиваются быстрее, возникает отбой рельсов или увеличивается напряжение в них, появляется непога­шенное центробежное ускорение, при больших значениях которого пассажиры испытывают неприятное ощущение.

Как известно, центробежная сила I определяется по формуле

(II.8)

где m — масса экипажа;

v — скорость движения экипажа;

G — сила давления экипажа;

q — ускорение силы тяжести;

R — радиус кривой.

К горизонтальным силам следует отнести и силу ветра, которую можно определить по формуле

(II.8)

где W_B — давление ветра;

v_B — скорость ветра,

k — коэффициент, зависящий от форм поверхностей, воспри­нимающих давление, который для сплошных поверхно­стей (вагонов) равен 0,085—1,25, а для решетчатых — 0,078.

Чтобы снизить боковое давление на рельсы наружной нити и избежать их отбоя, уменьшить их перегрузку, до­биться равномерности износа рельсов обеих нитей и изба­вить пассажиров от неприятных воздействий, наружные рельсы в кривых возвышают над внутренними.

Определение возвышения наружного рельса из условия обеспечения равномерности и вертикального износа рельсов обеих нитей кривой. Представим положение экипажа в

Рис. 11.12. Положение экипа­жа в кривой с возвышением наружного рельса

кривой радиусом R, имеющей возвышение наружного рель­са h (рис. 11.12). Примем обозначения:

Е_к — вертикальная реакция наружного рельса; Е_в — то же внутреннего рельса; а — расстояние от поверхности катания рельсов до центра

тяжести экипажа массой G.

Чтобы рельсы обеих нитей изнашивались равномерно, необходимо выбрать такое возвышение h, при котором со­блюдалось бы следующее равенство:

(11.10)

(II.II)

. Согласно условию (11.10) логично принять

/cos а= Gsin а.

По малости угла а примем cos а = 1, a sin а =h/S₁ (где S₁ — расстояние между осями рельсов).

(11.12)

Подставив значения cos а и sin а в выражение (11.11), получим I = Gh/S₁. Откуда h = S₁I/G. Но по выражению (II.8) I = Gv²/gR, следовательно,

или, имея в виду воздействия на путь в кривой многих экипажей— поездов и условия (11.10), примем G =∑NiPi. Тогда получим:

Подставив в выражение (11.12) Sх = 1,6 м, g = 9,81 м/с² и введя переводные коэффициенты, для того чтобы подста­вить v в км/ч, R в м, Р в т, получим h, мм

(11.13)

- число поездов определенного рода, например пассажирских, грузовых, пригородных, проходящих в сутки по данной кривой радиуса R;

- масса поездов соответственно указанных родов, т;

- скорости движения указанных поездов, проходящих по рассматриваемой кривой, км/ч.

По исследованиям ВНИИЖТа и Г. М. Шахунянца, к ве­личине возвышения наружного рельса, определяемого по формуле (11.13), необходимо плюсовать добавку Δh, т. е.

Добавочный член Δh учитывает влияние эксцентрисите­тов расположения экипажа в колее, ненадрессорного и над- рессорного строений экипажа.

По исследованием проф. Г. М. Шахунянца можно ори­ентировочно принимать для грузового движения Δh _rp = = 4 мм, для пассажирского Δh_п = 21 мм, для смешанного

Для линий с преимущественным пассажирским движе­нием ВНИИЖТ предлагает принимать Δh_n = 30 мм, с пре­имущественным грузовым движением Δh_гр = 20 мм, в ос­тальных случаях Δh — 25 мм.

Определение возвышения наружного рельса по услови­ям комфортабельности езды пассажиров. Большие величи­ны непогашенных горизонтальных ускорений вызывают не­приятные ощущения у пассажиров. В связи с ростом ско­ростей движения поездов приобретает особую важность при­нятие допускаемых величин непогашенных горизонтальных ускорений а_н, обеспечивающих малоощутимую, комфорта­бельную езду.

Экспериментальными исследованиями В. С. Шаройко и А. Н. Курошвили установлено, что длительное и повтор­ное воздействие непогашенного центробежного ускорения величиной до 0,8 м/с² включительно большинство людей переносит удовлетворительно. Непогашенное центробежное ускорение, равное 1 м/с², переносится удовлетворительно при немногократных и непродолжительных воздействиях.

На основании вышеуказанных исследований и работ ВНИИЖТа принята как осредненная норма непогашенно­го горизонтального ускорения а_доп = 0,7 м/с².

При h = 0 центробежная сила / == mv²/R = та не компенсируется полностью, и непогашенное ускорение v²/R вредно воздействует на человека. При h ≠ 0 появляется центростремительная сила Н = G sin а = Gh/S₁ = = mh/ S₁, где ускорение будет gh/ S_1. При этом ускорение, которое сила I—H сообщает массе человека, будет разностью центробежного v²/R и центростремительного gh/S₁ ускорений и представляет непогашенное горизонтальное ускорение, т. е.

(11.16)

которое существует практически всегда. Следовательно, на­до ограничивать а_п по условиям обеспечения пассажирам комфортабельности езды, т. е. принимать а_доп.

При w_max, когда возникает непогашенное центробежное ускорение при недостаточном размере h, выражение (11.16)

можно написать так:

Откуда

Принимая Sx = 1,6 м, q = 9,81 м/с² и выражая h в мм, а_доп в м/с² и и в км/ч, получим:

(11.17)

За окончательное значение h следует принимать наи­большее из двух, определяемых по формулам (11.13) и (11.17). На железных дорогах МПС принято максимальное возвышение 150 мм, но в отдельных случаях с разрешения МПС допускается и большее.

Максимальные значения h на дорогах некоторых дру­гих стран следующие: в США и Великобритании — 152, во Франции — 160 и 180, в Японии на лииии Синкансен — 200, в ГДР, ФРГ, Болгарии, Румынии и Югославии — 120, в Польше — 130, в Венгрии— 110 мм. За рубежом возвышение наружного рельса над внутренним в принципе определяется на основе тех же исходных положений, кото­рые здесь рассмотрены.