Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения
Императора Александра I»
Кафедра «Железнодорожный путь»
Лабораторная работа №1
«Определение устойчивости колеса на рельс»
Лабораторная работа №2
«Определение горизонтальной силы при движении экипажа в кривой»
выполнила студентка Е.Б. Рудина
подпись, дата
факультет «Транспортное строительство» группа СЖУ-002
руководитель доцент В.Б. Захаров
подпись, дата
Санкт-Петербург 2014
ОПРДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КОЛЕСА НА РЕЛЬС
При набегании колеса на рельс оно не должно накатываться своим гребнем на него, т.е., необходимо предотвратить всползание колеса на головку рельса. А если колесо окажется по некоторым причинам приподнятым, то необходимо, чтобы оно опустилось вниз по плоскости С-С, наклоненной пол углом к горизонту (рис 1).
Коэффициент устойчивости назовем отношением всех сил, препятствующих подъему колеса, к силам, вызывающим этот подъем. Силы сопротивления действуют в плоскости С-С и направлены вниз, в сторону соскальзывания гребня по рабочей грани головки. Силы подъема колеса действуют в этой же плоскости, но направленный вверх, в сторону, обратную соскальзыванию гребня.
Рассмотрим условие предельного равновесия колесной пары, когда левое колесо на рельсе А несколько приподнялось и опирается на рабочую грань головки рельса своим гребнем в точки О. Внешними, действующими на рельсовой нити, будут следующие силы и моменты (рис 1).
Полная
динамическая вертикальная нагрузка
передаваемая
от левого колеса на рельс А
в точки О.
Полная
динамическая вертикальная нагрузка
передаваемая от правого колеса на рельс
В по кругу катания колеса.
Моменты
действующие на шейки оси. Как известно,
нагрузка от вагона приложена через
буксы на шейки оси колесной пары, а ее
воздействие на рельсы может быть
эквивалентно представлено вертикальными
силами
,
и моментами
Рисунок 1 - Расчетная схема определения устойчивости колеса на рельсе.
нагрузка
от кузова на шейки оси колесной пары;
нагрузка от колес на рельсы;
моменты, действующие на шейки оси;
расчетные консоли шеек а оси;
рамная
сила;
расстояние от головки рельса до места
приложения рамной силы;
центробежная сила;
расстояние от головки рельса до места
приложения центробежной силы;
силы трения гребня и поверхности катания
колес по рельсам;
реакция
рельсов;
расстояние между точками контакта колес
с рельсами;
расстояние между точками приложения
сил к шейкам оси.
Силы
трения
,
действуют в стороны, обратные направлениям
скольжения соответствующих колес.
Коничнностью колес пренебрегаем.
Коэффициенту
соответствует предельному состоянию
устойчивости, гарантированная устойчивость
обеспечивается при:
-
для
локомотивов;
-
для
грузовых вагонов; -
для
пассажирских вагонов; -
для
изометрических вагонов.
При
расчетах можно применять угол
между горизонталью и касательной к
рабочей грани головки рельса в точки О
касания гребня колеса с рельсом упорной
нити для вагонов равным
и локомотивов
.
У четырехосного грузового вагона
Анализ приведенного выражения k показывает, что предотвращению всползания гребня колеса на головку рельса способствует:
-
увеличение нагрузки на рельс
-
уменьшение величин рамных сил (уменьшение величин горизонтальных неровностей пути и непревышение допускаемых сил величин поперечных ускорений
у грузовых поездов); -
уменьшения сил трения (лубрикация рельсов);
-
уменьшение угла наклона рабочей грани головки рельса (репрофилированние изношенных рельсов).
Различают три вида поперечных сил, которые в первую очередь влияют на расстройство рельсовой колеи и безопасности движения поездов. Направляющие силы связаны, прежде всего, с боковым износом рельсов. Боковые силы вызывают горизонтальный изгиб и отжатие рельсов, что приводит к уширению колеи. Рамные силы, определяют поперечную устойчивость пути, а так же приводят к всползанию колеи на рельс.
Величины поперечных сил зависят от непогашенного ускорения. Их можно определить аналитически или экспериментально.
На величины поперечных сил существенно влияет режим ведения поезда, больше всего в кривых участках пути. Особенно неблагоприятными для пути является режим торможения тяжеловесного поезда, когда продольные сжимающие силы, приложены к шкворням тележки, действуют наружу кривой. Это приводит к увеличению направляющих сил по наружной рельсовой нити в 1,4-1,5 раза, а так же боковых и рамных сил по первой тележки. Возрастают поперечные силы и по второй тележки, особенно при ее перекосной схеме вписывания.
Известны случаи, когда порожний грузовой вагон, находящийся в средней части тяжеловесного поезда, в результате резкого торможения был выдавлен наружу кривой. На основе анализа причин таких сходов в ПТЭ указано, что «при формировании тяжеловесных и длинносоставных поездов порожние вагоны, должны ставиться в последнюю треть состава».
Дополнительные
поперечные составляющие
,
возникающие от сил торможения
можно определить по приближенной
зависимости (рис.2)
Рисунок 2 - Расчетная схема определения дополнительных поперечных сил, возникающих при торможении поезда