36. Нагрузки в раме тележки при выкатке колесных пар.

Нагрузки в раме тележки при выкатке колесных пар

Рис. 9.12. Расчетная схема рамы тележки при выкатке колесных пар

Рамы тележек рассчитывают на усилия, действующие при выкатке колесных пар в условиях ремонта. Для двухосных тележек рассматривается наиболее тяжелый случай, когда выкатываются обе колесные пары и рама устанавливается на четырех домкратах. Такая система в отношении опорных нагрузок оказывается статически неопределимой, поэтому считается, что всю нагрузку воспринимают две опоры расположенные по диагонали. Расчетная схема рамы тележки приведена на рис. 9.12.

На расчетной схеме (рис. 9.12) сплошными линиями показаны нагрузки, действующими при опорно-осевом подвешивании тяговых двигателей, а пунктирными дополнительные нагрузки при опорно-рамном подвешивании тяговых двигателей.

Из сравнения расчетных схем, показанных на рис. 9.12 и 9.1, видно, что на рис. 9.12 вместо реакций опор , передаваемых через систему буксового подвешивания, показаны реакций домкратов . Если из схемы (рис. 9.12) вычесть статическую вертикальную нагрузку, то есть схему на рис. 9.1, то получается более простая схема, показанная на рис. 9.13.

Так как полная нагрузка рамы при статическом нагружении по схеме (рис.8.1) равна , то для схемы (рис. 9.13) будем иметь

. (9.58)

где – рассчитывается по формулам (9.4) или (9.6) в зависимости от способа подвешивания тяговых двигателей.

Рис. 9.13. Упрощенная расчетная схема рамы при выкатке колесных пар

Таким образом, при дальнейшем расчете изгибающих и крутящих моментов от рассматриваемой нагрузки можно использовать более простую схему (рис. 9.13), сложив полученные результаты с результатами расчета рамы по схеме (рис. 9.1).

37. Нагрузки в раме тележки при движении в кривой.

Нагрузки в раме тележки при движении в кривой

При расчете рам тележек на данный вид нагрузки удобно отдельно рассматривать сначала схемы изменения вертикальных нагрузок на опорах кузова и в рессорном подвешивании, а затем схемы горизонтальных сил, обусловленных центробежными силами, реакциями рельсов и силами в точках контакта колес с рельсами. Эти нагрузки передаются через буксы на раму тележки.

Расчетная схема нагрузки рамы тележки при движении со скоростью в кривой заданного радиуса имеет вид, показанный на рис. 9.7.

Рис. 9.7. Расчетная схема рамы тележки при движении в кривой

Рассмотрим изменение вертикальных нагрузок первой по ходу движения тележки в левой кривой. Для описания явлений, возникающих при движении в кривой, удобно пользоваться понятием центробежной силы, действующей на все элементы подвижного состава. Эта сила определяется

, (9.35)

где - масса элемента (кузова, тележки или колесной пары).

Рис. 9.8. Изменение вертикальных нагрузок на раму тележки при движении в кривой с возвышением

Для компенсации этой силы наружный рельс в кривой укладывают выше внутреннего на величину , которую называют возвышением (рис. 9.8.). Возвышение целесообразно выбирать так, чтобы горизонтальные проекции центробежной силы - и веса - , направленные параллельно плоскости пути, были одинаковы. Для кузова электровоза это условие имеет вид

. (9.36)

Центробежная сила определится

, (9.37)

где - угол возвышения; - расстояние между опорными точками колес.

С учетом формулы (9.35) выражение (9.37) примет вид

. (8.38)

Суммарная центробежная сила кузова в расчете на одну тележку определяется

. (9.39)

Аналогичным образом определяется центробежная сила, действующая на тележки электровоза или колесные пары.

Центробежная сила кузова на плече вызывает опрокидывающий момент (см. рис. 9.8.)

. (9.40)

Этот момент вызывает изменение нагрузок на опоры кузова

, (9.41)

где - расстояние между опорами кузова.

Момент сил от в совокупности с моментом от центробежной силы тележки вызывает изменение нагрузок на каждую буксу колесных пар тележки, равное

, (9.42)

где - высота середины буксы относительно уровня головок рельсов;

- расстояние между серединами букс одной колесной пары.

Изменение нагрузок букс, в свою очередь, приводит к изменению реакций систему рессорного подвешивания

. (9.43)

В этом случае колеса, движущиеся по наружному рельсу кривой, будут испытывать догрузку, а по внутреннему разгрузку. Это возможно при условии большой скорости движения, при которой первый член в скобках в формуле (9.39) - будет больше . В противном случае (при малых скоростях) центробежная сила поменяет знак и догрузку будут испытывать колеса на внутреннем рельсе (вертикальные силы и реакции на рис. 9.7. изменят направление на противоположное).

Рис. 9.9. Силы, действующие на колесные пары в горизонтальной плоскости

Рассмотрим силы, действующие на колесные пары в горизонтальной плоскости (рис. 9.9).

При движении в кривой продольная ось тележки отклоняется от касательной к оси пути на угол , называемым углом перекоса тележки в рельсовой колее. В этом случае происходит набегание гребня первой по ходу движения колесной пары на боковую поверхность наружного рельса и появляется сила давления гребня на рельс . Сила действует на расстоянии от продольной оси колесной пары, которое называется величиной забегания гребня. В точках контакта поверхностей катания колес (точки 1, 2, 3 и 4) действуют продольные и поперечные составляющие касательных сил. Причем как показывают расчеты продольные силы на внутреннем рельсе ( и ) больше продольных сил на наружном рельсе ( и ) [8]. В этом случае появляются моменты и вращающие колесные пары по часовой стрелке. Продольные составляющие касательных сил уравновешиваются силой сопротивления движению, которая на рис. 9.9 не показана.

Центробежная сила тележки через буксовые узлы передается колесным парам. Причем каждая колесная пара может принять на себя такую долю этой силы, какую она получает со стороны рельса в виде давления на гребень при набегании на рельс или в виде поперечных составляющих касательных сил в контактных точках колес у не набегающих колес.

На раму тележки от передней колесной пары передается поперечная сила , от задней - . Величина силы определяется суммой проекций сил на ось первой колесной пары

. (9.44)

Величина силы определяется

. (9.45)

Силы и передаются на раму тележки через кронштейны крепления буксовых поводков в виде нагрузок и (см. рис. 9.7).

Моменты и определяются

(9.46)

Действие этих моментов вызывает появление дополнительных продольных сил и , которые определяются

(9.47)

В каждом поводке первой колесной пары будет действовать сила , второй колесной пары - . На наружной стороне тележки эти силы направлены против направления движения, а на внутренней стороне по направлению движения (см. рис. 9.7).