Вписывание тележки подвижного состава в кривую

Таблица 2.3 – Ускорения и динамические силы при опорно-рамном подвешивании двигателей

Из данных, приведенных в таблицах 2.2 и 2.3, видно, что наибольшее воздействие на путь оказывает неподрессоренная масса. Несмотря на некоторое увеличение ускорения при переходе с опорно-осевого на опорнорамное подвешивание тяговых двигателей, динамическая нагрузка неподрессоренных частей уменьшается значительно. Вертикальные ускорения неподрессоренной массы, что видно из формулы (2.44), уменьшаются почти в три раза при движении по бесстыковому пути, следовательно, втрое уменьшаются и динамические силы.

Возрастание динамической нагрузки от подрессоренных частей тележки обусловлено увеличением массы тележки. Увеличение массы тележки приводит к некоторому увеличению статического прогиба первой ступени рессорного подвешивания, следовательно, к уменьшению вертикального ускорения и динамической силы, формула (2.45). Однако это уменьшение незначительно. Поэтому в формуле (2.48) величиной, в основном определяющей динамическую силу Pдт, является масса mт.

Некоторое уменьшение динамической нагрузки от массы кузова при переходе к опорно-рамному подвешиванию двигателей происходит из-за увеличения статического прогиба первой ступени рессорного подвешивания.

30

3 Движение экипажа в кривой

3.1 Расчет геометрического вписывания круговым методом

Геометрическое или статическое вписывание рассматривает процессы, происходящие при движении на тракционных и деповских путях, где по условиям территориального размещения объектов радиусы кривых достаточно малы. Скорость движения на этих путях весьма ограничена, центробежные силы незначительны, поэтому их влиянием на процессы вписывания можно пренебречь.

Однако при движении кривых малого радиуса может произойти заклинивание (защемление) гребней колесных пар внутри рельсовой колеи. Тележка также может быть защемлена между боковинами рамы кузова охватывающего типа. К особенностям подвижного состава с трехосными тележками следует отнести то, что при малых радиусах возможно боковое выдавливание рельсов гребнями колесных пар. Кроме того, при движении в кривых малого радиуса происходит вынос отдельных частей кузова (середины и концов) от оси пути.

Для расчета геометрического вписывания применение обычного графического построения с выбором соответствующего масштабного коэффициента невозможно, так как величины, определяющие вписывание (радиус кривой, жесткая база тележки и свободные зазоры между рельсами и гребнями колес) отличаются друг от друга на несколько порядков. Поэтому на практике прибегают к специальному приему, называемому круговой диаграммой. В дальнейшем этот прием будем называть круговым методом расчета геометрического вписывания.

Суть метода заключается в следующем: для заданного радиуса кри-

вой выбирается масштабный коэффициент n12 , n =10,20,30 и т. д., для же-

сткой базы тележки – коэффициент 1n . Тогда свободные зазоры между

гребнями и рельсами, измеряемые в миллиметрах, будут изображаться в натуральную величину.

31

RСТ

Отбрасывая последние члены уравнения, напишем

Графические построения при расчете геометрического вписывания в кривую трехосной тележки видны на рисунке 3.2 – I, II и III точки, которые соответствуют совмещенным граням гребней, находящимся со стороны рельса. Таким образом, расстояние (2σ+ ) представляет собой колею свободных зазоров. Из них 2σ – зазоры между рельсами и гребнями на прямом участке пути, – дополнительное уширение колеи, зависящее от радиуса кривой.

Из рисунка 3.2 видно, что при движении тележки с длиной жесткой базы 2a совмещенные грани гребней всех трех колесных пар находятся в колее зазоров, поэтому исключается опасность выдавливания рельсов гребнями колес.

На рисунке 3.2 также изображено положение трехосной тележки с длиной жесткой базы 2a′ (штриховые линии и окружности). Построения показывают, что совмещенные грани гребней средней колесной пары – точка II – выходят за пределы колеи зазоров, при этом величина этого выхода изображается, как уже отмечалось, в натуральную величину и составляет m миллиметров. Если не предпринять соответствующих мер, произойдет боковое выдавливание рельсов гребнями колесных пар. С целью исключения выдавливания рельсов в зависимости от величины m уменьшают толщину гребней бандажей, либо придают колесным парам поперечные относительно рамы тележки разбеги. При этом для ограничения коле-

33

баний виляния тележек поперечные разбеги средних колесных пар должны быть максимальными, крайних колесных пар – минимальными.

2a′

n

2a

n

Рисунок 3.2 – Вписывание трехосной тележки в кривую:

1 – ось пути; 2 – внутренняя грань наружного рельса; 3 – внутренняя грань внутреннего рельса; 4 – ось тележки

Углы поворота тележек относительно кузова могут быть найдены из рисунка 3.3. Окружности оси пути, внутренних граней наружного и внутреннего рельсов, размеры экипажа по горизонтальной оси (база кузова Lк , жесткая база тележек 2a ) вычерчены аналогично рисунку 3.3.

34

α2′

Рисунок 3.3 – Углы поворота тележек

К особенностям приведенной схемы следует отнести то, что отсутствует сочленение между тележками. Направляющие колесные пары I и III каждой тележки прижаты к наружному рельсу. При выборе положения задних колесных пар II и IV тележек надо исходить из того, чтобы углы поворота тележек относительно кузова были максимальными. Поэтому задняя колесная пара первой тележки показана прижатой к наружному рельсу, а второй тележки – к внутреннему рельсу. То есть первая по ходу движения тележка будет находиться в так называемом хордовом положении, а вторая – в положении наибольшего переноса. Прямая o1o2 , соединяющая опорные точки кузова на тележке, является осью кузова.

Получившиеся в результате построения углы α1 и α2 отличаются от действительных углов поворота тележек, что связано с неодинаково-

кузова и тележек. Таким образом, действительные углы поворота будут в n раз меньше углов, полученных на чертеже (рисунке 3.3). Чтобы рассчи-

35

тать углы поворота, необходимо выполнить дополнительные построения, позволяющие получить на чертеже прямоугольные треугольники, одними из вершин которых будут опорные точки o1 и o2 . Тогда действительный

Из приведенных на рисунке 3.3 построений видно, что α′2 =α1′, следовательно, будут равны и соответствующие действительные углы

α′2д =α1′д.

Действительный угол α′2′д найдем из прямоугольного треугольника с катетами j и l

Тогда действительный угол поворота второй тележки относительно кузова

Зная углы α1д и α2д, нетрудно рассчитать действительный угол по-

36

3.2 Расчет геометрического вписывания эллиптическим методом

Эллиптический метод расчета геометрического вписывания экипажа в кривые основан на преобразовании дуги окружности в дугу эллипса (рисунок 3.4), что приблизительно представляется в виде параболы, в связи с чем этот способ вписывания иногда называют параболической диаграммой.

Рассмотрим расчетные уравнения, позволяющие преобразовать дугу окружности в дугу эллипса.

y

2RСТ

h

Рисунок 3.4 – Преобразование окружности в эллипс

На рисунке 3.4 приведена окружность с диаметром 2 Rсти хордой АВ. Если эту окружность, отведя от плоскости чертежа, повернуть относительно вертикальной оси y на некоторый угол, то ее проекция на плоско-

что величины по вертикальной оси сохраняют свое прежнее значение, в то

37

где Rст – радиус кривой по оси пути;

1520 – ширина колеи на прямом участке пути, мм.

Ординаты параболы, соответствующей внутренней грани внутреннего рельса,

Таким образом, используя формулы (3.16) и (3.18) и задаваясь различными значениями x , можно рассчитать и построить параболы, соответствующие внутренним граням рельсов, т. е. получим колею свободных зазоров, которая определяет вписываемость данного экипажа в кривую.

Так же как и при круговом способе расчета, здесь величины по вертикальной оси y изображаются в натуральную величину. Параметры экипажа по горизонтальной оси x уменьшаются в h раз.

По сравнению с круговым эллиптический способ расчета может дать более точные результаты, особенно при увеличении жесткой базы тележек и кузова.

Определение отсутствия выдавливания рельсов при движении в кривой или расчет необходимых поперечных разбегов колесных пар эллиптическим способом выполняются аналогично круговому способу (рисунок 3.2). Отличие заключается в том, что вместо дуг окружностей строятся параболы. Кроме того, для жесткой базы тележки вместо мас-

Сказанное справедливо также для процессов расчета углов поворота

1

тележек относительно кузова. В формулах (3.6, 3.7 и 3.9) коэффициент n

1

необходимо заменить на h .

39