39. Поперечная устойчивость подвижного состава на виражах

Упервого подвижного состава поперечная устойчивость выше чем у второго так как у него силы Р_у’ и G’ складываются и увеличивают сцепление колес с дорогой, а силы Р_у” и G” частично уравновешивает друг друга действуя в разнве стороны.

У вторго подвижного состава силы Ру’ и G’ действуют в разные мтороны и уменьшают сцепление колес с дорогой, а силы Ру’’ и G” действуют в одном направлении уменшая поперечную устойчивость. Таким образом подвижной состав I движущийся по внутренему краю дороги (по отношению к центру поворота) более устойчив и безопасен на повороте чем состав II. В связи с этим для обеспечения необходимой безопасности движение на дорогах с малым радиусом поворота устраивают вираж – односкатный поперечный профиль, при котором поперечный уклон дороги направлен к центру поворота. В этом случае поперечная устойчивость подвижного состава существенно повышается (как у подвижного состава I) независимо от направления его движения

При движении на вираже боковое скольжение подвижного состава можен начатся при условии

Р_б=Р_сц

Где Р_б – боковая сила, действующая на вираже

В развернутом виде это условие выглядит следующим образом

Р_у cosβ – Gsinβ = (Р_у sinβ + G cosβ)φ_у

Подставим в указанное выражение значение поперечной составляющей Р_у центробежной силы и выполнив ряд преобразований определим критическую скорость подвижного состава по заносу на вираже, км/ч

Опрокидывание подвижного состава при движении на вираже возможно при условии равенства опрокидывающего и восстанавливающего моментов

М_о = М_в

Или

(Р_у cosβ – G sinβ)h_ц = (Р_у sinβ + G cosβ)

Подставим значение силы Ру и сделав соответствующие преобразования найдем критическую скорость подвижного состава по опрокидыванию км/ч

Приведеные ранние формулы показателей поперечной устойчивости подвижного состава не учитывают эластичности его шин и подвески и следовательно поперечного крена кузова. В эксплуатации при действии боковой силы происходит крен кузова. Угол крена кузова не превышает 8….10° но он существенно ухудшает поперечную устойчивость подвижного состава создавая большие предпосылки для его опрокидывания. Так например значение критической скорости и критического угла поперечного уклона дороги по опрокидыванию с учетом бокового крена кузова на 10…15% меньше чем без его учета

40. Занос осей подвижного состава

В эксплуатации при нарушении поперечной устойчивости чаще происходит занос подвижного состава чем опрокидываание. При этом начинают скользить колеса одного из мостов – переднего или заднего. Определим что более вероятнее и опаснее в эксплуатации занос переднего управляемого или заднего ведущего моста

Для качения колеса без скольжения необходимо что бы

где R_х – касательная реакция дороги, R_y – поперечная реакция дороги

Следовательно должно быть соблюдено следующее условие

Из выражения следует что поперечная сила прилагаемая к колесу и не вызывающая его скольжения тем больше, чем большая сила сцепления колеса с дорогой и меньше касательная реакция дороги. Определим какое из колес (ведомое, ведущее, тормозящее) наиболее устойчиво против бокового скольжения (заноса). Ведомое колесо наиболее устойчиво против заноса так как касательная реакуия дороги R_х, представляющая собой силу сопротивления качению, мала по сравнению с силой сцепления P_сц. Ведущие и тормозящие колеса менее устойчивы против заноса так как через них передается соответственно тяговая и тормозная силы. В тот момент, когда сила сцепления будет равна касательной реакции дороги (Р_сц = R_х) сцепление колеса с дорогой будет полностью использованно касательной реакцией. В этом случае достаточно действия небольшой боковой силы, чтобы начался занос колеса. Для ликвидации начавшегося заноса следует уменьшить касательную реакци на колесе (уменьшить тяговую силу, прекратить торможение). При примолинейном движении подвижного состава наиболее вероятен занос заднего ведущего моста, так как на его колеса при разгоне и преодолении повышенных сопротивлений дороге действует касательная реакция дороги во много раз больше, чем на колеса переднего ведомого моста. При торможение подвижного состава, в следствии перераспределении нагрузки (увеличивается на передний мост) увеличивается сила сцепления задних колес, что так же способствует заносу заднего ведущего моста.

Занос заднего ведущего моста подвижного состава в эксплуатации не только вероятнее чем переднего, но и более опаснее. Например, у двигавшегося примоленейно подвижного состава со скоростью V_а начался занос заднего (рис) или переднего (рис) моста со скоростью V_з. В обоих случаях мост, у которого начался занос перемещается в направлении результирующей скорости V, а не скользящий мост по прежнему дпижется прямолинейно со скоростью V_а. В результате происходит поворот подвижного состава в округ центра О, и на подвижной состав действует центробежная сила Р_ц. Радиус поворота подвижного состава в этом случае равен R. При заносе переднего моста (рис) попересное сопротивляющее Р_у центробезной силы, являющаяся основной силой, которая действует на подвижной состав при повороте, направлена противоположно скольжению передних колес. В результате этого занос переднего моста автоматически прекращается.

При заносе заднего моста поперечная составляющая Р_у центробежной силы действует в направлении задних колес, что усиливает начавшийся занос заднего моста. Для ликвидации начавшегося заноса необходито повернуть передние управляемые колеса в сторону заноса, как показано на рис. При этом центр поворота подвижного состава переместится в точку О₁ радиус поворота уыеличится и станет равным R₁. В результате поперечная составляющая Р_у центробежной силы, способствующая заносу, уменьшится. При повороте передних колес на больший угол центр поворота переместится на противоположную сторону подвижного состава, и поперечная составляющая Р_у центробежной силы будет направлена в сторону, противоположную заносу. Занос задних колес в этом случае прекратится. При еще большем угле поворота передних колес скольжение задних колес начнется в противоположную сторону. Поэтому после прекращения заноса задних колес подвижной состав нужно вывести на прямолинейное движение. В эксплуатации занос подвижного состава происходит чаще всего при торможении когда в месте контакта колес с дорогой действуют большие тормозные силы. В результате колеса теряют способность воспринимать боковые силы. При торможении занос часто возникает также изза разной величины тормозных моментов на колеса одного моста. Это происходит в следствие неправильной регулировки тормозных механизмов или их замаслевание и загрязнение. Для ликвидации начавшегося заноса при торможении следует уменьшить касательные реакции дороги на колесах (прекратить порможение). Для устранения потери устойчивости подвижного состава необходимо перед началом поворота уменьшить скорость движения, так как поперечная составляющая Р_у центробежной силы пропорционально квадрату скорости.