3. Определение возвышения наружного рельса

Перемещение экипажа в кривой складывается из двух движений: поступательного и вращательного вокруг точки, расположенной на продольной оси экипажа, называемой центром поворота.

Непрерываное вращение экипажа относительно центра поворота происходит под действием направляющих сил, возникающих в точках соприкосновения гребней с боковой гранью головки рельса.

При движении железнодорожного экипажа по кривым возникают дополнительные по сравнению с прямыми участками силы взаимодействия пути и подвижного состава: центробежная сила, направленная наружу кривой; вертикальный перегруз одной из рельсовых нитей и недогруз другой; радиальное давление, приложенное к рельсу наружной нити со стороны реборды колеса передней оси жесткой базы экипажа; сила ветра, которая в отдельных случаях может оказывать значительное воздействие на путь и подвижной состав.

Для снижения воздействия этих сил в кривых участках устраивается возвышение наружного рельса.

Величина этого возвышения определяется следующими тремя условиями:

• обеспечением равномерного вертикального износа обе­их рельсов;

• обеспечением пассажиров от неприятных ощущений при воздействии поперечных ускорений;

• обеспечением экипажа от опрокидывания в кривых.

При движении экипажа по кривой (рис. 4.1) на него действует центробежная сила I, направленная по радиусу от центра кривой.

В еличина этой силы

или

где m - масса экипажа;

V - скорость его движения;

G - вес экипажа;

g - ускорение силы тяжести;

R - радиус кривой.

При устройстве возвышения происходит наклон экипажа, вследствие чего появляется горизонтальная составляющая силы собственного веса, направленная внутрь кривой:

1. По условию обеспечения равномерного износа обеих рельсовых нитей

Внутренняя и наружная рельсовые нити будут изнашиваться одинаково при условии идентичного суммарного воздействия на них вертикальных и горизонтальных сил.

Возвышение наружного рельса должно быть таким, чтобы центробежная сила I_x (или, что практически то же, I) и центростремительная Н взаимно уравновесились, тогда равнодействующая будет направлена по оси пути и обе рельсовые нити будут нагружены одинаково.

Фактически же по одной и той же кривой идут поезда с разными скоростями, поэтому величину возвышения следует устанавливать из условия

, или

Отсюда величина возвышения h₁, мм, по первому условию определится формулой

(4.1)

где R - радиус кривой, м;

V²_{cp -} квадратичная средневзвешенная по тоннажу ско­рость движения поездов в кривой,

, (4.2)

где N_i - количество поездов в сутки той или иной категории (скорых, пассажирских, грузовых и др.);

G_i - вес поезда соответствующей категории, т;

Vi - скорость движения соответствующих поездов, км/ч;

K - коэффициент учета смещения центра тяжести экипажа относительно середины колеи. Коэффициент К принимается равным при скоростях менее 120 км/ч K = 1.

Рис. 4.1. Схема положения экипажа и действующих на него сил при движении по кривой

2. По условию комфортабельности езды

Величина возвышения, найденная по выражению (4.1), будет недостаточна для скорых пассажирских поездов, име­ющих скорость

V_max > V_cp

По условию комфортабельности езды требуется, чтобы ускорение, действующее на пассажира, не превышало допу­стимого значения.

Величина возвышения по этому условию определяется по формуле

где V ²_max - максимальная скорость, установленная в данной кривой для движения скоростного пассажирского поезда, км/ч;

α_доп - допустимая величина непогашенного центробежного ускорения (на дорогах РФ установлена 0,7м/с²).

Из двух значений h, найденных по приведенным условиям, принимается большее. Принятое значение h округляется до величины, кратной 5 мм. Однако, согласно ПТЭ, она не должна превышать наибольшей допустимой величины, равной 150 мм.

Если по расчету получается больше, то окончательно принимается h = 150м. Однако скорость движения пассажирских поездов по кривой заданного радиуса должна быть ограничена величиной, определяемой по формуле

Для реализации первоначально заданной скорости необходимо выполнить переустройство круговой кривой. Величина радиуса определяется из выражения

.

Величина возвышения определяется:

h=350мм > 150мм (согласно ПТЭ) условие не выполняется.

Следовательно h=150 мм и выполняем переустройство круговой кривой:

км/ч

В результате: R_зад = 390 м

h = 150 мм

[V_max] = 90 км/ч