Проф., доктор техн. наук П. А. СЛИТНИКОВ

О вписывании локомотивов в рельсовую колею кривых участков железнодорожного пути

1. Введение

При серийной постройке нового подвижного состава нельзя слепо копировать прежние образцы и, следовательно, необходимо принять меры против повторения допущенных ранее ошибок в проектировании.

Вследствие этого возникает настоятельная необходимость иметь наиболее целесообразные нормы, методы расчетов, характеристики и параметры как отдельных единиц подвижного состава, так и их деталей и узлов, которые давали бы вполне надежную базу для оценки различных факторов и надлежащую уверенность в проектировании. К сожалению, мы до сих пор еще не имеем даже стандартного перечня этих крайне необходимых элементов проектирования. Такое неопределенное положение создает большой произвол в проектировании, что особенно отражается на качестве таких расчетов, как вписывание в кривые подвижного состава и составление паспортов горизонтальных сил, имеющих очень важное значение при определении устойчивости и безопасности движения поездов. К этому следует добавить, что большую путаницу в методы проектирования вносит как периодическая, так и учебная, иногда крайне противоречивая, литература, а также различное преподавание во втузах основ проектирования подвижного состава.

Особенно заметно это отражается на одном из существенных элементов проектирования, а именно на расчете по вписыванию в кривые локомотивов и вагонов и вообще железнодорожных повозок.

Правильное разрешение этой проблемы позволит значительно лучше осуществлять конструктивные особенности экипажной части подвижного состава, правильно определять радиус кривой, при котором повозка может двигаться без заклинивания, и рассчитывать размеры контура повозок в плане.

Задачами вписывания локомотивов, а то существу железнодорожных повозок, у нас в СССР подробно занимались проф. И. И. Николаев 114¹, проф. К. П. Королев Г161, проф. Д. Э. Карминский [20], доц. В. М. Панский [13], проф. П. Л. Слитиков [l5], Исследование всех способов графического и аналитического методов с указанием достоинств и недостатков каждого из них приведено в последней работе [15].

В настоящей статье, ввиду краткости ее, приводятся самые необходимые термины вписывания, краткая характеристика способов вписывания и наиболее подробно освещается модернизация автора способа Руа.

2. Терминология вписывания

Существующая случайно установившаяся по мере развития локомотивов терминология вписывания является крайне несовершенной и до настоящего времени уточнением ее никто не занимался.

Термин 1. Вписывание железнодорожных повозок в кривые. Определение. Геометрическое определение свободного размещения

железнодорожных повозок в кривых участках рельсового

пути. Пояснения, а) При вписывании в кривые следует различать:

1) вписывание ходовых частей в колею кривой;

2) вписывание кузовов в габарит подвижного состава в кривых.

б) Весьма распространенные технически неправильные термины:

геометрическое вписывание, кинематическое вписывание, статическое вписывание, динамическое вписывание не должны применяться по следующим соображениям:

1. Термин «вписывание» в кривые означает только геометрическую задачу по размещению объемлемого тела (гребней колес) внутри объемлющего (рельсовая колея). Поэтому не имеет смысла называть вписывание «геометрическим», так как термин «вписывание» ничего не может содержать, кроме геометрического понятия.

2. Термин «кинематическое вписывание» является бессмысленным, так как при вписывании в кривые рассматривается только геометрическая задача без учета времени, скорости и ускорения, необходимых в кинематике, поэтому никак нельзя согласиться с добавлением к геометрическому термину «вписывание» неоднородного понятия «кинематическое».

3. Термин «статическое вписывание» является бессмысленным, так как при вписывании в кривые не определяются условия равновесия сил при равномерном прямолинейном движении тел или нахождения их в покое, являющихся предметом статики. Поэтому нельзя согласиться с добавлением к геометрическому термину «вписывание» неоднородного понятия «статическое».

4. Термин «динамическое вписывание» является бессмысленным, так как при вписывании в кривые не определяются силы между колесами и рельсами в зависимости от скорости и ускорения, что является предметом динамики. Поэтому нельзя согласиться с добавлением к геометрическому термину «вписывание» неоднородного понятия «динамическое».

Термин 2. Вписывание ходовых частей в колею кривой.

Определение. Геометрическое определение свободного размещения колесных пар в рельсовой колее.

Пояснение. Задачей вписывания ходовых частей является определение элементов вписывания: утонение гребней бандажей, ширины безгребневых бандажей, зазоров между гребнями бандажей и рельсами, величины поперечных перемещений колесных нар, перемещений тележек, полюсных расстояний, углов поворота тележек, углов набегания колес на рельсы, плеч набегания, углов поворота сочлененных и сцепленных между собой повозок и радиуса заклинивания повозок в кривых.

Термин 3. Вписывание кузова в габарит кривой.

Определение. Геометрическое определение свободного размещения очертания кузова в плане в габарит подвижного состава на кривых участках пути.

Пояснение. При вписывании кузовов проектируемых повозок определяются размеры контура их в плане.

Термин 4. Локомотив с жесткой рамой.

Определение. Локомотив с одной движущей тележкой.

Термин 5. Движущая (главная) тележка локомотива.

Определение. Тележка, при помощи которой создается сила тяги локомотива.

Термин 6. Вспомогательная тележка локомотива.

Определение. Тележка, не принимающая участия в создании силы тяги локомотива.

Термин 7. Длина железнодорожной повозки.

Определение. Расстояние между вертикальными наружными плоскостями буферных тарелок повозки или между осями голов автосцепок.

Термин 8. База локомотива.

Определение. Расстояние между осями крайних колесных пар локомотива.

Термин 9. База движущей тележки локомотива.

Определение. Расстояние между осями крайних колесных пар движущей тележки.

Термин 10. База вспомогательной тележки локомотива.

Определение. Расстояние между осями колесных пар вспомогательной тележки.

Термин 11. Набегающая база тележки.

Определение. Расстояние между осями передней и задней колесных пар тележки, набегающих на рельсы.

Термин 12. Перемещение вспомогательной тележки.

Определение. Поперечное перемещение продольной оси вспомогательной тележки от продольной оси движущей тележки, измеряемое в характерных местах (колесная пара, возвращающий аппарат, шкворень двухосной тележки, ограничитель).

Термин 13. Среднее положение вспомогательной тележки.

Определение. Положение тележки, при котором продольная ось ее совпадает с продольной осью движущей тележки.

Термин 14. Угол поворота вспомогательной тележки.

Определение. Угол, образуемый между продольными осями движущей и вспомогательной тележек.

Термин 15. Гребневая колея.

Определение. Расстояние между наружными гранями гребней бандажей, измеряемое на высоте 10 мм от касательной плоскости к окружностям катания колес.

Термин 16. Уклон бандажа.

Определение. Наклон рабочей поверхности бандажа к горизонтали.

Пояснение. Распространенный термин коничность (правильнее конусность) бандажа не соответствует действительному пониманию: так, например, если уклон равен 1:20, то конусность равна 1:10.

Термин 17. Круг катания колеса.

Определение. Вертикальное сечение колеса, соприкасающееся с серединой головки рельса при среднем положении колесной пары в прямом участке пути.

Пояснение. Принято считать, что круг катания колеса находится на расстоянии 70 мм от внутренней плоскости бандажа. В действительности же для каждого типа рельсов он находится на своем вполне определенном месте. Если принять номинальными ширину рельсовой колеи 1 524 мм и расстояние между бандажами 1 440 мм, то круг катания будет находиться от внутренней плоскости бандажа на расстоянии:

При рельсах типа IV-a. .......... 69,5 мм

» » » III-a .......... 72 »

» » » II-a"(P38) ....... 76 »

» » » I-a (P43 и Р50) .... 77 »

Эти расстояния определяются по 'следующему выражению (рис. I):

Ширина головки В равна 55 (округленно), 60, 68 и 70 мм соответственно для рельсов IV-a, III-a, II-а (Р38) и I-a (P43 и Р50).

Термин 18. Толщина гребня бандажа.

Определение. Толщина, измеряемая параллельно оси колесной пары на расстоянии 10 мм от касательной плоскости к окружностям катания колеса.

Термин 19. Угол наклона гребня бандажа.

Определение. Угол, образуемый между горизонталью и прямым участком рабочей поверхности гребня бандажа.

Термин 20. Нормальная ширина бандажа.

Определение. Ширина вагонного и тендерного бандажа, равная 130 мм, локомотивного ребордного — 140 мм и безгребневого — 150 мм.

Термин 21. Уширенный бандаж.

Определение. Безгребневой бандаж, имеющий ширину более нормальной.

Термин 22. Меридиональная плоскость колесной пары.

Определение. Вертикальная плоскость, проходящая через ось вращения колесной пары. Термин 23. Жесткая колесная пара. Определение. Колесная пара с нормальной толщиной гребня, не имеющая, кроме строительных зазоров, поперечного перемещения относительно рамы тележки.

Термин 24. Строительные зазоры колесной пары.

Определение. Зазоры до 1,4-2 мм между буксовыми подшипниками и буртами шейки оси, а также между буксой и продольными плоскостями буксовых направляющих.

Термин 25. Поперечное перемещение колесной пары.

Определение. Поперечное перемещение колесной пары на одну сторону относительно буксы или вместе с нею относительно рамы, предназначенное для облегченного прохождения локомотивов по кривым.

Термин 26. Рельсовая колея.

Определение. Расстояние между внутренними боковыми гранями рельсовых головок.

Термин 27. Радиус кривой.

Определение. Радиус, которым описывается ось пути.

Термин 28. Наружный радиус кривой.

Определение. Радиус, которым описывается внутренняя грань головки наружного рельса, равный радиусу кривой плюс половина ширины колеи па прямой.

Термин 29. Внутренний радиус кривой.

Определение. Радиус, которым описывается внутренняя грань головки внутреннего рельса, равный радиусу кривой минус половина ширины пути на прямой с уширением его на кривой.

Термин 30. Заклинивание локомотива в кривой.

Определение. Положение локомотива в кривой, при котором одна из передних и одна из задних колесных пар прижаты гребнями бандажей к наружному рельсу, а средние (одна или две) к внутреннему.

Термин 31. Радиус заклинивания повозки.

Определение. Радиус кривой, при котором происходит заклинивание повозки.

Термин 32. Наружный зазор гребня и рельса.

Определение. Расстояние между внутренней боковой гранью головки наружного рельса и рабочей гранью гребня наружного бандажа, измеряемое параллельно оси колесной пары на глубине 10 мм от круга катания.

Термин 33. Внутренний зазор гребня и рельса.

Определение. Расстояние между внутренней боковой гранью головки внутреннего рельса и рабочей гранью гребня внутреннего бандажа, измеряемое параллельно оси колесной пары на глубине 10 мм от круга катания.

Термин 34. Колея зазоров.

Определение. Колея, ширина которой равна разности между рельсовой и гребневой колеями. Пояснение. Колея зазоров равна сумме наружного и внутреннего зазоров гребня и рельса.

Термин 35. Угол набегания колеса на рельс.

Определение. Угол, образуемый продольной осью тележки (повозки) и касательной, проведенной к рельсу через точку соприкосновения его с гребнем бандажа, в кривом участке пути.

Термин 36. Плечо набегания колеса на рельс.

Определение. Расстояние от меридиональной плоскости колеса до точки касания гребня и рельса в кривом участке пути.

Термин 37. Полюс трения тележки.

Определение. Точка, вокруг которой происходит скольжение колес тележки по рельсам, находящаяся на пересечении перпендикуляра, опущенного из центра кривой на продольную ось тележки.

Пояснение. До настоящего времени вместо термина «полюс трения» распространен термин «центр поворота», что принципиально неверно, так как он отражает совершенно другое понятие.

Термин 38. Центр поворота тележки.

Определение. Центр окружности пути, вокруг которого происходит поворот тележки в кривой в результате двух движений: вращения вокруг полюса трения и поступательного движения по продольной оси тележки.

Термин 39. Полюсное расстояние колесной пары.

Определение. Расстояние от оси колесной пары до полюса трения.

Термин 40. Наибольший перекос движущей тележки. Определение. Установка движущей тележки в кривой, при которой одна из передних (по ходу) колесных пар прижата к наружному рельсу, а одна из задних — к внутреннему, при использовании возможных поперечных перемещений этих колесных пар.

Термин 41. Наибольший сдвиг движущей тележки наружу

Определение. Установка движущей тележки в кривой, при которой одна из передних и одна из задних колесных пар прижаты к наружному рельсу, при использовании возможных поперечных перемещений этих колесных пар.

Термин 42. Наибольший сдвиг движущей тележки внутрь.

Определение. Установка движущей тележки в кривой, при которой две колесные пары, ближайшие к середине тележки, прижаты к внутреннему рельсу, при использовании возможных поперечных перемещений этих колесных пар.

Термин 43. Промежуточное положение движущей тележки.

Определение. Установка движущей тележки в кривой, при которой одна из передних (по ходу) колесных пар прижата к наружному рельсу при использовании возможного поперечного перемещения, а задние колесные пары занимают промежуточные положения относительно рельсов.

Термин 44. Наибольший перекос локомотива.

Определение. Установка локомотива в кривой, при которой движущие тележки занимают положение наибольшего перекоса, передняя (по ходу) вспомогательная тележка занимает положение наибольшего сдвига наружу, а задняя — любое положение.

Термин 45. Наибольший сдвиг локомотива наружу.

Определение. Установка локомотива в кривой, при которой движущие и вспомогательные тележки занимают положения наибольших сдвигов наружу.

Термин 46. Наибольший сдвиг локомотива внутрь.

Определение. Установка локомотива в кривой, при которой движущие и вспомогательные тележки занимают положения наибольших сдвигов внутрь.