Вписывание тележки подвижного состава в кривую

10

11

В содержании работы должны быть отражены решения следующих вопросов:

1)исследование вертикальных перемещений неподрессоренных и подрессоренных частей подвижного состава, их скоростей и ускорений;

2)исследование вертикальных ускорений и динамических сил при двухступенчатом рессорном подвешивании;

3)расчет геометрического вписывания круговым и эллиптическим методами;

4)расчет динамического вписывания экипажа в кривую. Графическую часть расчетно-графической работы рекомендуется

выполнять на миллиметровой бумаге с соблюдением соответствующих масштабов.

Ориентировочный объем пояснительной записки расчетнографической работы составляет 25 – 30 страниц.

Общие требования к оформлению и содержанию расчетнографической работы:

–пояснительную записку пишут на стандартных листах писчей бумаги А4 (297*210) четким и разборчивым почерком с соблюдением полей: левое – не менее 30 мм, правое – не менее 10 мм, верхнее – не менее 15 мм, нижнее – не менее 20 мм. С разрешения преподавателя пояснительная записка может быть напечатана;

–текст пояснительной записки размещается на одной стороне листа со сквозной нумерацией страниц;

–иллюстрации и таблицы должны быть пронумерованы, графики чертятся на миллиметровой бумаге;

–условные обозначения приводятся в системе СИ.

15

2 Взаимодействие экипажа и пути на прямом участке

2.1 Возбудители колебаний и динамических сил подвижного состава

Взаимодействие подвижного состава и пути во многом определяет безопасность движения, прочность узлов и надёжность работы механической части и экипажа в целом. От уровня этого взаимодействия зависят конструкционная скорость, плавность хода и комфорт пассажиров и локомотивных бригад.

Силы взаимодействия подвижного состава и пути разделяются на статические, к которым относятся сила тяжести, сила тяги и торможения, и динамические силы, обусловленные массой, ускорениями, жесткостью и перемещениями, силой трения в гасителях при колебаниях экипажа.

Основной причиной колебаний неподрессоренных и подрессоренных частей подвижного состава являются неровности пути: местные выпучивания и просадки, носящие случайный характер, и закономерные, вызванные рельсовыми стыками и волнообразным износом рельсов. К закономерным причинам возникновения колебаний следует отнести также эксцентричность обода колёс по отношению к оси, неравномерный износ конфигурации профиля бандажа по кругу катания и ползуны (выбоины) на рабочей поверхности бандажа.

Случайные неровности пути вызывают собственные колебания, частоты которых определяются массой надрессорного строения и жёсткостью рессор. Под действием диссипативных сил собственные колебания затухают сравнительно быстро, поэтому они не имеют существенного значения. Закономерно меняющиеся неровности пути, как и перечисленные дефекты колёс, приводят к образованию возмущающих сил, поддерживающих вынужденные колебания, и носят устойчивый характер.

Известно, что вертикальные ускорения, обусловленные наличием рельсовых стыков, зависят от формы и параметров стыковой неровности. Полученная опытным путём вертикальная стыковая неровность имеет достаточно сложную форму [1]. Поэтому в теоретических исследованиях для описания неровности используются сравнительно простые формулы, кото-

16

рые включают в себя параметры (амплитуду и длину неровности), близкие или совпадающие с таковыми действительной неровности.

Профессор Д. К. Минов рекомендует действительную вертикальную стыковую неровность заменить синусоидой [2]

где zр – ордината неровности (синусоиды);

h

2 – амплитуда неровности;

Lp – длина неровности (волны синусоиды), равная длине рельса 25 м, при волнообразном вертикальном износе рельса равна 0,6…2,3 м;

V – скорость движения.

Обозначим амплитуду синусоидальной неровности

Профиль стыковой неровности пути может быть выражен также уравнением [3], предложенным профессором В. Б. Медель

Как показывают измерения, выполненные на большом протяжении магистральных линий, значения входящей в формулы (2.4) и (2.5) амплитуды можно принимать b = 2…5 мм. При этом меньшее значение соответствует хорошему содержанию пути, большее – удовлетворительному состоянию стыкового пути. Для бесстыкового пути характерным является лишь волнообразный износ рельсов, и значения амплитуды неровности принимают в 1,5 … 2,0 раза меньше.

17

Типичные виды закономерных неровностей, их параметры и соответствующие им эмпирические формулы рассмотрены профессором С. В. Вершинским. Наиболее близкое расположение к очертаниям реальной стыковой неровности дают формулы:

где а1, а2, b1 и b2 – соответственно, амплитуды гармоник, определяемые типом рельсов, шпал, балласта и состоянием пути.

Ось пути в прямых участках не бывает идеальной прямой. Отклонения от прямолинейного направления вызывает извилистое движение подвижного состава, соответственно в пути образуются и возрастают волнообразные неровности в горизонтальной плоскости. Опыт эксплуатации показал, что длина волны горизонтальной волнообразной неровности составляет 10…15 м, амплитуды – 1…3 мм, и их величина не зависит от длины рельса. Следовательно, справедливо считать, что эти значения применимы и для бесстыкового пути.

Ползуны (выбоины) на рабочей поверхности бандажей колесных пар, которые образуются при торможении, также относятся к закономерным причинам возникновения колебательных процессов. Следует отметить, что амплитуды колебаний, обусловленных ползунами, будут сравнительно небольшими, так как согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ) глубина их ограничивается и не должна быть более 0,7 мм. Однако необходимо учесть, что при наличии ползуна на бандаже взаимодействие колеса с рельсом будет носить ударный характер.

Установлено, что сила удара колеса с ползуном о рельс может достигать нескольких сотен килоньютонов, особенно при прохождении стыков и крестовин, что может вызвать разрушение неподрессоренных частей подвижного состава и элементов верхнего строения пути и в первую очередь рельсов.

18

2.2 Вертикальные ускорения неподрессоренной массы на неровностях жёсткого и упругого пути

При жёстком пути, когда его прогиб равен или близок к нулю, и отсутствии упругости в элементах колёсной пары траектория движения неподрессоренной массы будет совпадать с очертаниями неровности пути, т. е. выражаться уравнениями (2.4 – 2.7). Если для описания неровности выбрать уравнение (2.4), взяв первую производную этого уравнения по

времени, можно найти скорость zk вертикального перемещения неподрессоренной массы одного колеса, т. е.

Не вызовет затруднения также, если для определения скорости и ускорения вертикального перемещения будут использованы уравнения (2.6) и (2.7). При наезде же на неровность упругого пути, что несомненно соответствует реальным условиям, происходит, как уже было отмечено, просадка пути и траектория движения неподрессоренной массы будет иная по сравнению с неровностями, описываемыми уравнениями (2.4 – 2.7) для ненагруженного пути. Следовательно, будут другими скорость и ускорение вертикального перемещения колеса. Величина просадки пути, амплитуда неровности, вертикальная скорость и ускорение теперь будут зависеть от упругости пути под неровностью и массы пути, совершающей вместе с колесом вертикальное перемещение.

Рассмотрим вертикальные ускорения при движении по упругому пути, неровность которого описывается уравнением (2.4). В дальнейшем из-

19