1.3. Рельсовая колея в кривых участках пути

Железнодорожный путь в кривых участках имеет следующие особенности:

а) уширение рельсовой колеи при радиусах менее 350 м;

б) по наружной рельсовой нити кривой устраивается возвышение;

в) прямые участки с круговыми кривыми соединяются переходными кривыми. Переходные кривые устраиваются и между кривыми разных радиусов;

г) по внутренней рельсовой нити кривой для обеспечения расположения стыков напротив друг друга укладываются укороченные рельсы;

д) в кривых участках пути на двухпутных линиях уст­раиваются уширенные междупутья. Уширение осуществляет­ся в пределах переходных кривых.

1.3.1. Ширина рельсовой колеи в кривых

Ширина колеи должна обеспечивать вписывание в кривую всех массовых экипажей. Это вписывание должно быть наиболее благоприятным и близким к свободному. Согласно ПТЭ, ширина колеи в кривых в зависимости от радиуса установлена в следующих размерах:

при R ≥350 м 1520 мм;

при R = 349...300м 1530мм;

при R ≤299 м 1535 мм.

Допуски по содержанию ширины колеи в сторону уширения составляют 8мм, сужения — 4мм. При скоростях движе­ния поездов до 50 км/ч разрешается содержать ширину ко­леи с допуском по уширению до 10 мм.

Приведенные нормы установлены расчетами по вписыва­нию железнодорожных экипажей в кривые.

В путейской практике несмотря на утвержденные нормы очень часто возникает необходимость определения ширины колеи (пропуск по участку специального подвижного соста­ва, проектирование нового подвижного состава, в том числе и путевых машин.

Ширину колеи целесообразно определять из двух расчетных схем, отображающих два крайних случая (схемы свободного и заклиненного вписывания). Любое другое положение экипажа будет промежуточным.

Для кривой R = 2600 м принимаем S_ПТЭ = 1520 мм.

1.3.2. Определение оптимальной ширины колеи

За расчетную схему определения оптимальной ширины колеи принимают схему свободного вписывания, при которой железнодорожный экипаж своим наружным колесом передней оси жесткой базы прижимается к наружному рельсу кривой, а задняя ось жесткой базы занимает радиальное положение. При этом центр вращения экипажа находится на пересечении радиуса с продольной геометрической осью экипажа.

Положение экипажа (тележки) с двухосной жесткой базой без поперечных разбегов осей колесных пар показано на рис. 3.1, а при наличии поперечных разбегов - на рис. 3.2. Схема свободного вписывания в кривую экипажа с трехосной жесткой базой приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.1. Схема для определения оптимальной ширины колеи при свободном вписывании двухосной жесткой базы без поперечных разбегов осей

Рис. 3.2. Схема для определения оптимальной ширины колеи при свободном вписывании двухосной жесткой базы с поперечными разбегами осей

Рис. 3.3. Схема для определения оптимальной ширины колеи при свободном вписывании трехосной жесткой базы с поперечными разбегами осей

Из приведенных схем видно, что искомая ширина колеи

S_опт = q_max + f_н - ζ + 4, (3.1)

где q_max - максимальный размер колесной колеи, мм ,

q_max = T_max + 2h_max + 2μ; (3.2)

Т - насадка колес; согласно ПТЭ, Т = 1440  З мм, ее максимальное значение Т_max = 1443 мм;

h- толщина гребня бандажа, h_max = 33 мм;

μ - утолщение гребня бандажа в сечении, расположенном выше расчетной плоскости; для вагонных колес μ = 1 мм, для локомотивных μ = 0;

f_н - стрела изгиба наружной рельсовой нити, измеренная от хорды АВ; определяется по формуле

, (3.3)

где μ - расстояние от геометрической оси первой колесной пары до центра вращения экипажа;

R - радиус кривой по оси пути;

b - расстояние в плане от геометрической оси колесной пары до точки касания гребнем колеса головки рельса,

, (3.4)

где r - радиус колеса по кругу катания;

τ - угол наклона гребня колеса к горизонту; для вагонов τ = 60°, для локомотивов τ = 70°;

ζ - геометрическая величина (рис. 3.2, 3.3), которая возникает при вписывании как двухосных, так и трехосных экипажей с поперечными разбегами осей и которая в зависимости от величины ∑η и соотношения между ∑η и f_в может принимать различные значения.

Здесь ∑η - сумма поперечных разбегов осей экипажа, влияющих на вписывание; так, при свободном вписывании двухосной жесткой базы в эту сумму должны входить поперечные разбеги каждой оси; при свободном вписывании трехосной жесткой базы — только разбеги крайних осей. В этом случае формула 3.1 справедлива лишь при условии, что поперечный разбег средней оси не менее разбегов крайних осей, т. е. η₁≤η₂≥η₃. В современных локомотивах это условие выполняется; поперечные разбеги различных осей колеблются в пределах от 0 до 22 мм и даже более и являются паспортными характеристиками экипажей; f_в - стрела изгиба внутренней рельсовой нити, измеренная от хорды A₁B₁; определяется по формуле

. (3.5)

Это выражение отличается от формулы (3.3) лишь знаком перед величиной b.

Величина ζ может принимать следующие значения:

а) если ∑η = 0, то ζ = 0, т. е. вписывание происходит при отсутствии поперечных разбегов (рис, 3.1; рис. 3.3);

б) если ∑η < f_в, то ζ = ∑η, т.е. в формулу (3.1) вместо ζ подставляется численное значение суммы поперечных разбегов; при этом внутренний гребень колеса передней оси еще не касается внутреннего рельса. В этом случае выражение (3.1) примет вид

S_опт = q_max + f_н - ∑η +4;

в) если ∑η > f_в, то ζ = f_в, т. е. значению стрелы изгиба внутреннего рельса, при этом внутренний гребень колеса пе­редней оси будет касаться внутреннего рельса кривой:

S_опт = q_max + f_н - f_в +4;

Цифра 4 в формуле (3.1) представляет собой допуск на сужение колеи в миллиметрах.

При определении оптимальной ширины колеи возможны следующие случаи:

1. если S_опт ≤ S_ПТЭ, то вписывание в условиях оптималь­ной ширины колеи обеспечено;

2. если S_опт > S_ПТЭ, то свободное вписывание в этих условиях не обеспечено; следует перейти к определению ми­нимально допустимой ширины колеи.

По заданию расчет оптимальной и минимально допустимой колеи в кривых выполняется для локомотива ЧС2. Его технические характеристики:

Радиус колеса 625 мм

колесная формула 3-3

длина жесткой базы 4600 мм

расстояние между осями 1600-1600 мм

поперечные разбеги осей:

каждой крайней 0 мм

Оптимальная ширина колеи определяется по схеме свободного вписывания трехосной жесткой базы с поперечными разбегами (рис. 3.3).

q_max = T_max + 2h_max + 2μ = 1443 + 2∙33 +2∙1 = 1511 мм;

Для R= 2600 м

∑η = 0 мм.

1)Т.к. ∑η < f_в, то ζ = ∑η=0

S_опт = q_max + f_н - ∑η + 4 = 1511 + 4,07 – 0 + 4 = 1519,07мм.

Т.к. S_опт < S_ПТЭ, вписывание в условиях оптимальной ширины колеи обеспечено