2 Проектирование рельсовой колеи

2.1 Определение ширины колеи в кривой и характера вписывания в неё заданного локомотива

2.1.1 Определение оптимальной ширины колеи

Рисунок 1.2 Схема свободного вписывания экипажа с трёхосной жёсткой базой с поперечными разбегами осей.

Для экипажей с трехосной жесткой базой, имеющих поперечные разбеги осей оптимальная ширина колеи

S_опт =q_max+f_н+4 мм–∑η≤S_max, (1.2)

Где q_max – максимальная ширина колесной пары;

S_max – максимальная ширина рельсовой колеи в кривых, 1535 мм;

∑η – сумма поперечных разбегов осей, мм; ∑η=1,5 мм;

f_н – наружная стрела изгиба рельсовой нити, отсчитываемая от хорды, проведенной от точки касания набегающего колеса по линии рабочих граней гребней колес, мм;

4 мм – допуск на сужение рельсовой колеи.

Максимальная ширина колесной пары определяется по формуле:

q_max= T_max+2*μ+2*h_max, (2.2)

где T – насадка колес, мм; согласно ПТЭ для локомотивов и вагонов, обращающихся со скоростью до 120км/ч, T=(1400±3) мм, а для поездов со

скоростью от 121 до 140км/ч Т=1440_-2⁺³мм;

h – толщина гребня, мм; согласно ПТЭ h_max=33 мм;

μ – утолщение гребня выше расчетной плоскости, равное для локомотивных колес нулю.

q_max=1443+2*0+2*33=1509мм

Стрела изгиба наружной рельсовой нити

f_н = (λ+b_н)²/2R, (3.2)

где R – радиус кривой, мм;

λ – расстояние от центра вращения экипажа до геометрической оси первого колеса, мм; λ=L₀=1850+1850=3700мм;

L₀ – длина жесткой базы, мм;

b_н – расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с наружным рельсом, мм.

Находим расстояние от геометрической оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом по формуле:

b_н=λ*(r+t)*tg τ/R+(S₀/2)–(r+t)*tg τ, (4.2)

где r–радиус катания колеса, мм;

t – расстояние от поверхности среднего круга катания головки рельса до точки прижатия гребня к рельсу, принимаемое равным 10мм;

τ – угол наклона внутренней образующей гребня к горизонту, принимаемое равным для локомотива 70˚, tg 70˚=2,747.

Величины b_н и f_н определяем по выражениям (3.2) и (4.2):

b_н=3700*(525+10)*2,747/780000+(1520/2)–(525+10)*2,747=7 мм

f_н=(3700+7)²/2*780000=9 мм

Найдем требуемую оптимальную ширину колеи по выражению (1.2):

S_опт=(1443+2*0+2*33)+9+4-1,5=1520,5мм< S_max=1535 мм

Таким образом, требуемая ширина колеи в кривой R=780м, полученная расчетом для пропуска данного экипажа, примерно такая же, какая должна применятся по ПТЭ.

2 .1.2 Определение заклиненного вписывания

Рисунок 2.2 Схема заклиненного вписывания экипажа с трёхосной жёсткой базой с поперечными разбегами осей.

Ширина рельсовой колеи, необходимая для обеспечения заклиненного вписывания трехосной тележки, имеющей поперечные разбеги, в кривую

S_з =q_max+f_н+f_в+4мм-∑η≤S_max, (5.2)

где ∑η – сумма поперечных разбегов осей, мм; ∑η=1,5+10=11,5 мм;

f_в – внутренняя стрела изгиба рельсовой нити, отсчитываемая от хорды, проведенной через точки касания колес с внутренней нитью кривой, мм.

Наружная и внутренняя стрелы изгиба рельсовой нити определяются по формулам:

f_н = (λ+b_н)²/2R; (6.2)

f_в = (i–b_в)²/2R, (7.2)

где b_в – расстояние от геометрической оси второй колесной пары до точки касания гребня колеса с внутренним рельсом, мм.

λ – расстояние от центра вращения экипажа до геометрической оси первого колеса, мм; λ=L₀=(1850+1850)/2=1850 мм;

Величины b_н и b_в определим по формулам:

b_н=λ*(r+t)*tg τ /R+(S₀/2)–(r+t)*tg τ; (8.2)

b_в=i*(r+t)*tg τ /R–(S_max/2)–(r+t)*tg τ, (9.2)

где i – расстояние от точки С до оси второй колесной пары, мм; i=2100мм.

По выражениям (7.2), (8.2), (9.2) и (10.2) определим

b_н=3700*(525+10)*2,747/780000+(1520/2)–(525+10)*2,747=7 мм;

b_в=2100*(525+10)*2,747/780000–(1535/2)+(525+10)*2,747=4 мм;

f_н =(3700+7)²/2*780000=9 мм;

f_в=(2100–4)²/2*780000=3 мм;

По выражению (5.2) минимально допустимая ширина рельсовой колеи

S_з =1509+9–3+4–11,5=1509 мм

Так как требуемая минимально допустимая ширина рельсовой колеи получилась меньше нормальной S₀=1520мм, в таком случае ширина колеи должна приниматься по ПТЭ в зависимости от R.