Вписывание тележки подвижного состава в кривую

3.3 Динамическое вписывание экипажа в кривую

Динамическое вписывание предполагает движение в кривой на магистральных участках пути. Радиусы кривых при этом достаточно большие по сравнению с радиусами кривых на тракционных и деповских путях. Развиваемые в кривых большие скорости движения обусловливают появление больших центробежных сил, которые могут вызвать нарушение поперечной устойчивости, всползание гребня направляющего колеса на рельс, поперечный сдвиг рельсо-шпальной решетки, отрыв подошвы наружного рельса от шпалы. Причиной нарушения комфортных условий для пассажиров и локомотивных бригад могут быть большие ускорения, причиной которых также являются центробежные силы. Поэтому конечной целью исследований динамического вписывания является определение максимальной скорости движения, при которой еще обеспечивается безопасность и соответствующий комфорт пассажиров.

Для расчета максимально допустимой скорости движения в кривой прежде всего необходимо найти зависимость бокового давления гребня направляющего колеса на рельс (или рельса на гребень колеса) от скорости движения. Задача эта достаточно сложная и требует громоздких вычислений, поэтому для упрощения расчетов принимаются следующие допущения:

–подвижной состав работает в режиме выбега;

–отсутствует сочленение между тележками;

–пренебрегают влиянием конусности бандажей;

–вертикальные давления колес на рельсы при движении остаются постоянными и равными давлениям в статическом состоянии;

–коэффициент трения между колесом и рельсом не зависит от скорости движения и равен 0,25;

–все силы, действующие на экипаж, находятся в горизонтальной плоскости на уровне головок рельсов;

–отсутствует поперечное отжатие наружного рельса, т. е. путь абсолютно жесткий;

–между кузовом и тележками отсутствуют силы, препятствующие повороту их друг относительно друга;

40

– не учитывается влияние упругих связей колесных пар с рамой тележки.

С учетом перечисленных допущений на рисунке 3.5 приведена расчетная схема вписывания трехосной тележки.

Пf

xс

x3 x2

x1

2a

Рисунок 3.5 – Вписывание трехосной тележки

На этой схеме:

Y1 – направляющее усилие, действующее на первую колесную пару;

Y3 – боковое усилие от рельса на третью колесную пару; П – вертикальное давление колеса на рельс;

Пf – сила трения между колесом и рельсом;

C– центробежная сила от массы экипажа, приходящейся на одну тележку;

Ω– полюс поворота тележки;

2s – расстояние между кругами катания бандажей, принимаемое в расчетах равным 1,6 м;

xс – расстояние от центра тяжести экипажа до полюса поворота;

x1 , x2 , x3 – расстояние от полюса поворота до первой, второй и третьей колесной пары соответственно.

Величина центробежной силы, приложенной к центру тяжести эки-

пажа

41

где P – масса экипажа, приходящаяся на одну тележку; Rд – радиус кривой;

V – скорость движения;

h – возвышение наружного рельса над внутренним;

g– ускорение свободного падения.

Из уравнения (3.20) скорость движения равна

Как известно, для нахождения полюса поворота из центра кривой опускают перпендикуляр на продольную ось тележки. При достаточно большой скорости движения передние и задние колесные пары тележки будут касаться наружного рельса и точка Ω пересечения перпендикуляра с продольной осью совпадает с центром тяжести экипажа, и тележка займет

так называемое хордовое положение, для которого xc = 0 . В другом крайнем положении тележки, называемом наибольшим перекосом, передняя колесная пара касается наружного рельса, а задняя – внутреннего рельса. Расстояние от центра тяжести или середины экипажа до полюса поворота в этом случае равно

Движение экипажа в кривой будем рассматривать в виде двух составляющих движения, одна из которых направлена вдоль касательной к средней окружности пути в кривой. Вторая составляющая представляет собой поворот тележки относительно полюса Ω или мгновенного центра, который происходит под действием усилий Y1 , Y3 и центробежной силы C . В точках контакта колес с рельсами появляются при этом силы трения Пf , препятствующие повороту тележки вокруг мгновенного центра.

Зависимость боковых давлений от скорости движения может быть найдена на основе решения уравнений, составленных применительно к расчетной схеме на рисунке 3.5.

42

Тележка находится в равновесии, если сумма проекций сил на вертикальную ось равна нулю, т. е.

ния двух «лишних» неизвестных, а именно Y3 и xc могут быть найдены до решения системы уравнений. Действительно, в двух крайних положениях тележки, хордовом и положении наибольшего перекоса, значения xc , как уже отмечалось, определяются достаточно просто. Если предположить, что в этих положениях тележки гребень бандажа задней колесной пары лишь касается рельса, не оказывая при этом бокового давления, можно принять Y3 = 0 . Таким образом, в исходных уравнениях останутся неизвестными

равен нулю, значение же xc будут находиться в пределах от нуля до

xснп (уравнение 3.22). Принимая, например, xc = 0,25xснп, xc =0,5xснп и т. д. и решая совместно уравнения (3.23) и (3.24), можно найти Y1 и C для промежуточных положений тележки в кривой. Зная величину центробежной силы по формуле (3.21), находим скорость движения экипажа в кривой с учетом и без учета возвышения наружного рельса над внутренним. Расчет динамического вписывания удобно выполнять в форме таблицы 3.1.

43

44

Y1max

V , кмч

V1max V2 max

Рисунок 3.6 – Зависимости боковых давлений рельса от скорости движения экипажа

Критерием устойчивости против схода с рельсов вследствие всползания гребня на рельс является отношение

Отложив по вертикальной оси Y1max (рисунок 3.6), графически на-

ходим Y1max без учета возвышения наружного рельса над внутренним и

V2 max – с учетом возвышения. Найденные значения скоростей должны быть выше конструкционной скорости движения. В противном случае необходимо принять меры, исключающие всползание гребней направляющих колесных пар на рельс.

К таким мерам можно отнести применение:

–оптимального возвышения наружного рельса над внутренним;

–упругих межтележечных сочленений;

–упругих связей колесных пар с рамами тележек (поводковые буксы

ибуксы с цилиндрическими направляющими);

–принудительного наклона кузова на подвижном составе, оборудованном пневматическими рессорами.

45

Контрольные вопросы

1.Как отличаются ощущения пассажиров при движении с одной и той же скоростью в кривой с возвышением наружного рельса и без него?

2.Какова специфика износа бандажей локомотивов с одним преимущественным направлением кривых малого радиуса?

3.Как изменится полюсное расстояние, если тележка при неизменной скорости въедет на участок с замасленными рельсами?

4.Почему после смены балласта ограничивают скорость движения подвижного состава?

5.Для чего поводки на буксах располагают на разных уровнях?

46

Список использованных источников

1.Механическая часть тягового подвижного состава : учеб. для вузов ж.-д. трансп. / И. В. Бирюков и др.; под ред. И. В. Бирюкова. – М. : Транс-

порт, 1992. – 440 с.

2.Минов Д. К. Механическая часть электрического подвижного состава. – М.-Л. : Госэнергоиздат, 1959. – 383 с.

3.Медель В. Б. Проектирование механической части электроподвижного состава. – М. : Транспорт, 1963. – 423 с.

4.Магистральные электровозы. Механическая часть электровозов / П. И. Аброскин и др. – М. : Машиностроение, 1967. – 435 с.

47

Учебное издание

Цихалевский Игорь Станиславович Нафиков Габдул-Ахат Маннанович Стаценко Константин Алексеевич

ВПИСЫВАНИЕ ТЕЛЕЖКИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА В КРИВУЮ

Методические рекомендации к выполнению расчетно-графической работы

по дисциплине «Основы механики подвижного состава» для студентов специальности 23.05.03 –

«Подвижной состав железных дорог» всех форм обучения

Редактор Н. А. Попова

Подписано в печать 09.10.2017. Формат 60х84 1/16. Усл. п. л. 2,8. Электронная версия. Заказ 255.

УрГУПС 620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66

48