1.3. Рельсовая колея в кривых участках пути

Железнодорожный путь в кривых участках имеет следующие особенности:

а) уширение рельсовой колеи при радиусах менее 350 м;

б) по наружной рельсовой нити кривой устраивается возвышение;

в) прямые участки с круговыми кривыми соединяются переходными кривыми. Переходные кривые устраиваются и между кривыми разных радиусов;

г) по внутренней рельсовой нити кривой для обеспечения расположения стыков напротив друг друга укладываются укороченные рельсы;

д) в кривых участках пути на двухпутных линиях уст­раиваются уширенные междупутья. Уширение осуществляет­ся в пределах переходных кривых.

1.3.1. Ширина рельсовой колеи в кривых

Ширина колеи должна обеспечивать вписывание в кривую всех массовых экипажей. Это вписывание должно быть наиболее благоприятным и близким к свободному. Согласно ПТЭ, ширина колеи в кривых в зависимости от радиуса установлена в следующих размерах:

при R = 350 м и более 1520 мм;

при R = 349...300м 1530мм;

при R = 299 м и менее 1535 мм.

Допуски по содержанию ширины колеи в сторону уширения составляют 8мм, сужения — 4мм. При скоростях движе­ния поездов до 50 км/ч разрешается содержать ширину ко­леи с допуском по уширению до 10 мм.

Приведенные нормы установлены расчетами по вписыва­нию железнодорожных экипажей в кривые.

В путейской практике несмотря на утвержденные нормы очень часто возникает необходимость определения ширины колеи (пропуск по участку специального подвижного соста­ва, проектирование нового подвижного состава, в том числе и путевых машин.

Ширину колеи целесообразно определять из двух расчетных схем, отображающих два крайних случая (схемы свободного и заклиненного вписывания). Любое другое положение экипажа будет промежуточным.

Для кривой R = 530 м принимаем S_ПТЭ = 1520 мм.

1.3.2. Определение оптимальной ширины колеи

За расчетную схему определения оптимальной ширины колеи принимают схему свободного вписывания, при которой железнодорожный экипаж своим наружным колесом передней оси жесткой базы прижимается к наружному рельсу кривой, а задняя ось жесткой базы занимает радиальное положение. При этом центр вращения экипажа находится на пересечении радиуса с продольной геометрической осью экипажа.

Рис. 3.1. Схема для определения оптимальной ширины колеи при свободном вписывании трехосной жесткой базы с поперечными разбегами осей

Из приведенных схем видно, что искомая ширина колеи

S_опт = q_max + f_н - ζ + 4, (3.1)

где q_max - максимальный размер колесной колеи,

q_max = T_max + 2d_max + 2μ; (3.2)

Т - насадка колес; согласно ПТЭ, Т = 1440  З мм, ее максимальное значение Т_max = 1443 мм;

d - толщина гребня бандажа, d_max = 33 мм;

μ - утолщение гребня бандажа в сечении, расположенном выше расчетной плоскости; для вагонных колес μ = 1 мм, для локомотивных μ = 0;

f_н - стрела изгиба наружной рельсовой нити, измеренная от хорды АВ; определяется по формуле

, (3.3)

где μ - расстояние от геометрической оси первой колесной пары до центра вращения экипажа;

R - радиус кривой по оси пути;

b - расстояние в плане от геометрической оси колесной пары до точки касания гребнем колеса головки рельса,

, (3.4)

где r - радиус колеса по кругу катания;

τ - угол наклона гребня колеса к горизонту; для вагонов τ = 60°, для локомотивов τ = 70°;

ζ - геометрическая величина (рис. 3.1), которая возникает при вписывании как двухосных, так и трехосных экипажей с поперечными разбегами осей и которая в зависимости от величины ∑η и соотношения между ∑η и f_в может принимать различные значения.

Здесь ∑η - сумма поперечных разбегов осей экипажа, влияющих на вписывание; так, при свободном вписывании трехосной жесткой базы — только разбеги крайних осей. В этом случае формула 3.1 справедлива лишь при условии, что поперечный разбег средней оси не менее разбегов крайних осей, т. е. η₁≤η₂≥η₃. В современных локомотивах это условие выполняется; поперечные разбеги различных осей колеблются в пределах от 0 до 22 мм и даже более и являются паспортными характеристиками экипажей; f_в - стрела изгиба внутренней рельсовой нити, измеренная от хорды A₁B₁; определяется по формуле

. (3.5)

Это выражение отличается от формулы (3.3) лишь знаком перед величиной b.

Величина ζ может принимать следующие значения:

а) если ∑η = 0, то ζ = 0, т. е. вписывание происходит при отсутствии поперечных разбегов (рис, 3.1);

б) если ∑η < f_в, то ζ = ∑η, т.е. в формулу (3.1) вместо ζ подставляется численное значение суммы поперечных разбегов; при этом внутренний гребень колеса передней оси еще не касается внутреннего рельса. В этом случае выражение (3.1) примет вид

S_опт = q_max + f_н - ∑η +4;

в) если ∑η > f_в, то ζ = f_в, т. е. значению стрелы изгиба внутреннего рельса, при этом внутренний гребень колеса пе­редней оси будет касаться внутреннего рельса кривой:

S_опт = q_max + f_н - f_в +4;

Цифра 4 в формуле (3.1) представляет собой допуск на сужение колеи в миллиметрах.

При определении оптимальной ширины колеи возможны следующие случаи:

1. если S_опт ≤ S_ПТЭ, то вписывание в условиях оптималь­ной ширины колеи обеспечено;

2. если S_опт > S_ПТЭ, то свободное вписывание в этих условиях не обеспечено; следует перейти к определению ми­нимально допустимой ширины колеи.

По заданию расчет оптимальной и минимально допустимой колеи в кривых выполняется для локомотива ТЭП60. Его технические характеристики:

диаметр колеса 1050 мм

колесная формула 3-3

длина жесткой базы 4600 мм

расстояние между осями 2400-2200 мм

поперечные разбеги осей:

1 ± 6 мм

2. ± 19 мм

3. ± 6 мм

Оптимальная ширина колеи определяется по схеме свободного вписывания трехосной жесткой базы без поперечных разбегов (рис. 3.1).

q_max = T_max + 2d_max + 2μ = 1443 + 2∙33 +0 = 1509 мм;

∑η =12 мм.

Т.к. ∑η = 12, то ζ =12.

S_опт = q_max + f_н - ∑η + 4 = 1509 + 20,07 - 12 + 4 = 1521,07 мм.

Т.к. S_опт > S_ПТЭ, вписывание в условиях оптимальной ширины колеи не обеспечено, требуется определение минимально допустимой ширины колеи.