2. Проектирование рельсовой колеи

2.1 Рельсовая колея на прямых участках

Рельсовая колея характеризуется шириной S, положением рельсовых нитей по уровню и подуклонкой рельсов, обусловленной коничностью 1:20 колес подвижного состава. Ширина колеи тесно связана с размерными параметрами колесной пары (рис 2.1).

На прямых участках всегда имеется свободный зазор =₁+₂ между внутренними гранями головок рельсов и гребнями колес подвижного состава, благодаря чему обеспечивается свободный проход подвижного состава при минимуме сил взаимодействия колес и рельса.

Размер ширины колеи S, насадки колес Т и толщины гребня с учетом допусков и износа колес установлены Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации

Шириной колесной пары q называют расстояние между рабочими гранями гребней колес в расчетной плоскости. Последняя расположена на 13 мм ниже средних кругов катания. Здесь же измеряется и ширина колеи S.

рис.2.1; Схема колесной пары на рельсах

1 – уровень катания; 2 – расчётная плоскость

Согласно ПТЭ для локомотивов и вагонов, обращающихся со скоростью до 140 км/ч включительно, Т=1440  3 мм; толщина гребня h_max = 33 мм, h_min = 28мм.

Ширина колеи S в прямых установлена равной 1520 мм с допуском по уширению +8 мм и по сужению -4 мм, а на участках, где ограничена скорость движения 50 км/ч и менее – по уширению +10 мм, а по сужению -4 мм.

Максимально допустимая ширина колеи определяется из условия недопущения провала колёс внутрь колеи – 1548мм

Минимально допускаемая ширина колеи принимается из условия заклинивания колёсной пары – 1512мм

2.2. Особенности устройства рельсовой колеи на кривых участках

При движении экипажа по кривой появляется центробежная сила. Эта сила создаёт дополнительное давление колёс на наружную рельсовую нить, в связи с чем рельсы на ней изнашиваются быстрее, возникают отбои нитей, увеличивается напряжение в рельсах, пассажиры испытывают неприятные ощущения. Кроме того, в кривых затрудняется проследование ходовых частей экипажа.

С целью нейтрализации вредного влияния центробежной силы на путь и на пассажиров наружная рельсовая нить приподнимается (возвышается) над внутренней, а между прямыми и круговыми кривыми устраиваются переходные кривые.

Для облегчения вписывания тележек подвижного состава в кривых приходится уширять рельсовую колею.

Поскольку внутренняя рельсовая нить оказывается короче наружной, приходится с целью обеспечения расположения рельсовых стыков в одном створе («по наугольнику») укладывать по внутренней нити укороченные рельсы.

Все эти особенности устройства рельсовой колеи в кривых зависят в основном от величины радиуса кривых, а также от скорости движения поездов.

Особенности устройства рельсовой колеи в кривых:

• Уширение рельсовой колеи.

• Возвышение наружного рельса.

• Устройство переходных кривых.

• Укладка укороченных рельсов на внутренних нитях.

• Увеличение междупутного расстояния на двухпутных и многопутных линиях.

2.3. Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых

Ширина рельсовой колеи определяется из условия вписывания тележек подвижного состава (жесткой базы) в кривые соответствующего радиуса.

Длиной жесткой базы L называется расстояние между крайними осями тележки или безтележечного экипажа, остающимися при движении взаимно параллельными.

В зависимости от соотношения размеров рельсовой колеи и сил, приложенных к жесткой базе экипажа, могут быть различные схемы вписывания экипажа в кривых.

При свободном вписывании наблюдается минимальное силовое взаимодействие ходовых частей подвижного состава и колеи, а, следовательно, имеют место минимальные износы рельсов и колес.

При заклиненном вписывании колесные пары жесткой базы тележек не имеют никакой поперечной свободы, вследствие чего создаются особо неблагоприятные условия взаимодействия подвижного состава и рельсовой колеи в кривой. Заклиненное вписывание в нормальных условиях эксплуатации не допускается.

Промежуточное положение жесткой базы тележки между заклиненным и свободным вписыванием характеризует принудительное вписывание, допускаемое в основном для локомотивов.

Мы будем определять оптимальную и минимальную необходимую ширину колеи в кривой радиусом R=300м.

Для ВЛ60

На рис.2.2 представлена схема такого вписывания для двухосной тележки с учетом разбегов 1 крайних осей.

Схема вписывания для двухосной тележки

Рисунок 2.2

Оптимальная ширина колеи, S_опт мм определяется по формуле

S_опт = q _max + f _H - ₁ + 4,

где q _max – максимальная ширина колесной пары

f _H – стрела изгиба наружного рельса, мм

4 – допуск на сужение колеи

Величина стрелы f _H определяется по формуле:

r – радиус колеса по кругу катания( r = 625 мм)

L – длина жесткой базы ( L = 3000 мм)

q _max = 1509 мм

b – расстояние от оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом, определяется по формуле

t = 10 мм

tg = tg 70⁰ = 2.747

r = 625 мм

= 2900 мм

R = 300000 мм

S = 1520 мм

Получив b и f_н можем вычислить S_опт:

S = 1509 + 12,13 – 1 + 4 = 1524,13 мм > 1520 мм

S_опт>S_{нормативной}, следовательно, требуется определить минимальную ширину колеи

За исходную примем схему заклиненного вписывания.

Рисунок 2.3. Схема заклиненного вписывания двухосной тележки в кривую

Расстояние от оси первой колёсной пары до точки касания гребня колеса с рельсом на кривой

Стрела изгиба наружной нити кривой

Стрела изгиба внутренней нити кривой

Сумма разбегов

Минимально допустимая ширина колеи

то принимается нормативная ширина колеи

Для ЧС7

Схема свободного вписывания тележки в кривую

Рисунок 2.4

λ = L = 2950мм;

r = 625 мм;

t = 10 мм;

τ = 70^о;

R = 300000 мм;

S = 1520 мм.

q_max = 1509 мм.

Зная f_н и b определим оптимальную ширину колеи:

S=1509+12,55-0+4=1525.55>1520мм

В связи с тем, что требуемая ширина колеи для свободного вписывания электровоза ЧС7 получилась больше установленной ПТЭ для кривой радиусом 300 м, следует перейти к определению минимально допустимой ширины колеи.

Так как тележка ЧС7 не имеет поперечных разбегов, то в этом случае определится выражение

S_min = q_max+f_H-f_в+4+ [S]

Стрела изгиба внутренней нити кривой

Стрела изгиба наружной нити кривой определяется по формуле:

Где

Минимально допустимая ширина колеи:

Таким образом: требуемая минимально допустимая ширина рельсовой колеи в кривой радиусом R=300м, полученная расчетом для пропуская длиннобазного электровоза ЧС7, не противоречит требованиям ПТЭ:[S]=1520мм.

Принимаем: 1520 мм

Вписывание обеспечено