5 Примеры практического применения быстродействующей микропроцессорной тензометрической системы «динамика - 1» при прочностных испытаниях объектов железнодорожного транспорта

5.1 Взаимодействие колесной пары и пути

Железнодорожный подвижной состав составляет подмножество наземных транспортных средств, ходовая часть которых поддерживается и направля- ется в поперечном направлении посредством железнодорожного пути.

Связанная с железнодорожным путем ходовая часть подвижного состава реагирует на топографию пути и следует заранее установленному направле- нию, определенному рельсами. Поверхность качения рельсов обеспечивает не только вертикальную поддержку, но и поперечное направление колес. Правильно организованное взаимодействие колеса и рельса допускает очень высокие осевые нагрузки. С другой стороны, неправильно сконструирован-ное и не обеспеченное в достаточной мере техническим обслуживанием и ремонтом взаимодействие колеса и рельса может привести к быстрой дегра- дации элементов системы и поставить под угрозу экономические показатели эксплуатационной деятельности железных дорог.

Традиционно ходовая часть железнодорожного подвижного состава осна- щается колесными парами с колесами, жестко установленными на общей оси (рисунок 5.1). Колесные пары с независимо вращающимися колесами в ограниченной мере используются в пассажирских вагонах некоторых типов, но не применяются для тяжеловесного движения. Поверхность катания колеса обрабатывается так, что создается конус с углом γ к оси колесной пары. В настоящее время для описания профилей поверхности катания используются термины «вогнутый (корытообразный)», «изношенный», «профилированный».

Рисунок 5.1 – Колесная пара

Железнодорожный путь состоит из двух рельсов, уложенных на шпалы

с обеспечением заданной ширины колеи. Рельсы наклонены внутрь колеи под углом β к поверхности шпал так, чтобы их положение соответствовало углу γ профиля поверхности колеса. Такое устройство пути способствует предотвращению вкатывания колеса на рельс, так как формирует нормальную реакцию контакта колеса с рельсом, проходящую через подошву рельса. Когда используются железобетонные шпалы, соединение рельса со

шпалой осуществляется с помощью рельсовой подкладки и упругой прокладки, которая размещается между подкладкой и шпалой для того, чтобы погасить высокочастотные вибрации и защитить шпалу. Для прикрепления рельсов к шпале используются пружинные скрепления. Следует отметить, что деревянные шпалы дают возможность дополнительного гашения колебаний. Шпалы поддерживаются слоем балласта. Балласт обеспечивает правильную установку пути в плане, а также

его стабилизацию в вертикальном, поперечном и продольном направлениях. Он также способствует гашению вертикальных колебаний при движении поездов и защищает земляное полотно за счет распределения нагрузки и рассеяния энергии колебаний. Пустоты в балласте обеспечивают дренирование и в определенной степени поглощение мелкодисперсных материалов без существенного влияния на положение и упругие характеристики пути.

Путь в кривых обычно укладывают с возвышением наружного рельса,

чтобы обеспечить восприятие центробежных сил при движении с высокой

скоростью без заметного перераспределения нагрузки между наружным и

внутренним рельсами при вписывании подвижного состава в кривую. В кри- тических ситуациях возвышение наружного рельса помогает предотвратить опрокидывание подвижного состава при движении в кривой. Однако несоответствие возвышения пути скорости движения отрицательно ска- зывается на качестве вписывания подвижного состава в кривую, что, в свою очередь, приводит к интенсификации изнашивания и повышению напря- жений в колесах и рельсах.

Участок между прямой и кривой называется переходной кривой, и ходо- вая часть подвижного состава воспринимает ее как поворот пути относи- тельно продольной оси. Это приводит к тому, что площадки контакта разных колес могут находиться не в одной плоскости, что, в свою очередь, обусловливает разгрузку некоторых колес при неправильно сконструирован- ном или отрегулированном рессорном подвешивании. Кроме того, поверхность катания прерывается в зоне стыков, на стрелочных переводах и

пересечениях некоторых типов. В результате возникают ударные нагрузки

на колесо и рельс и смещается зона контакта на профиле колеса. Это, в свою очередь, может оказать влияние на направление колесной пары.

При контакте стального колеса со стальным рельсом обеспечивается

чрезвычайно низкое сопротивление качению подвижного состава.