Влияние прочности автосцепки.
Детали вагонов выдерживают продольные нагрузки величиной 300— 400 тс, а автосцепки несколько меньше — 250 тс. Поэтому разрыв поезда в подавляющем количестве случаев проходит по автосцепке, причем наиболее ослабленной какими-либо дефектами. К ним относятся трещины, раковины, поры, спаи и другие дефекты, которые уменьшают поперечное сечение автосцепки более чем на 10 % и являются концентраторами напряжений.
С уменьшением температуры окружающей среды увеличивается хрупкость, снижается прочность металлов на разрыв, повышается склонность к образованию трещин в автосцепках. Как показали исследования ВНИИЖТа, при температуре минус 40... 50 °С прочность металла автосцепки на разрыв снижается почти в два раза. Поэтому продольно-динамические реакции, остающиеся без последствий при плюсовых температурах, превосходят предельные при минусовых температурах.
Кроме того, в зимний период нередко происходит замерзание каналов воздухораспределителей и образование ледяных пробок в тормозной магистрали, что существенно замедляет отпуск тормозов. А это, в свою очередь, увеличивает риск разрыва поезда при переходе от режима торможения к режиму тяги.
В связи с этим более 90 % обрывов автосцепок происходит в зимний период на полигонах железных дорог с продолжительной и суровой зимой. На Октябрьской дороге, например, это Мурманское и Петрозаводское отделения. Распределение разрывов поездов по температурам представлено на рис. 1.
Влияние массы поезда.
Более 90 % случаев разрывов происходит в грузовых груженых поездах. Это связано с тем, что в порожних поездах величины тяговых и тормозных сил, а также усилий от изменения профиля пути меньше, чем в груженых. Данные причины объясняют, почему отсутствуют разрывы пассажирских и коротких грузовых поездов длиной до 200 осей.
Чтобы снизить количество обрывов автосцепок в зимних условиях, весовые нормы грузовых поездов рекомендуется снижать при температуре минус 30... 35 °С на 5 %, минус 36... 40 °С — на 10 % и ниже минус 40 °С — на 15 %.
Влияние профиля пути.
Реакция растяжения поезда, возникающая при проходе перелома продольного профиля пути, является практически статической (Кдин = 1) вследствие относительно низких скоростей движения. Причем максимальное значение реакции приходится на среднюю часть поезда и приближенно определяется по формуле: Rmах = 0,25-(iн — iК)•G, где iн, iК —уклоны, соответственно, начального и конечного участков перелома профиля; G — вес поезда.
В качестве примера определим наибольшее усилие, возникающее в грузовом поезде весом 8 тыс. тс при прохождении перевала с уклоном на подъеме 10 %о и на спуске -10 %о: Rmах = 0,25•8000•[0,01 - (-0,01)] = 40 тс. Из приведенного примера следует, что сам по себе профиль пути не может служить причиной разрыва поезда, но, безусловно, является весомым сопутствующим фактором.
Влияние динамических факторов.
Динамический фактор в значительной степени зависит от величины зазоров в автосцепках. Чем больше зазоры, тем сильнее динамический фактор. В частности, это проявляется в том, что величины продольно-динамических реакций, возникающих при торможении предварительно сжатого поезда, в 2 — 2,5 раза меньше, чем в растянутом.
Кроме того, динамический фактор определяется режимом ведения поезда. Чтобы определить наиболее опасные для разрыва грузового состава режимы ведения, задумаемся над тем, как бы поступил человек, если бы ему надо было разорвать пружину, связывающую два груза, держа рукой один из них (рис. 37).
Рис. 37 Простейшая динамическая модель поезда – два груза соединенные пружиной
Рассмотрим варианты:
1. попытается резким движением оторвать один груз от другого. Такое движение будет соответствовать режиму трогания или движения поезда с быстрым набором тяги. Этот процесс усугубляется не выдержкой времени на отпуск тормозов, особенно если состав был частично сжат в голове. При этом происходит отрыв уже приведенной в движение части состава от растянутой, но еще неподвижной его части, в худшем случае, придерживаемой не отпустившими тормозами.
Аналогичные процессы возникают при проходе перелома профиля пути типа «перевал», не затормаживании локомотива при отпуске тормозов поезда, а также при недостаточном времени выдержки ручки крана машиниста в положении I. При этом, соответственно, будет недостаточно завышено давление в тормозной магистрали, что увеличивает неравномерность отпуска по длине поезда (скорость отпускной волны при положении II ручки крана машиниста в два раза меньше, чем при положении I);
2. можно резко приблизить один груз к другому, после чего произойдет отдача второго груза с растяжкой пружины. Такое действие будет соответствовать режиму торможения, сбросу нагрузки или просадке напряжения в контактной сети. При этом вследствие не одновременности срабатывания тормозов по составу происходят набегание и последующая оттяжка хвостовой части. Однако на практике обрывы в этих режимах не встречаются, так как растяжение следует за сжатием и значительно ослаблено за счет рассеивания энергии в поглощающих аппаратах автосцепок;
3. еще вариант — резко приблизить один груз к другому и в тот момент, когда произойдет отскок второго груза, рвануть первый груз в противоположную сторону. Это движение соответствует циклу торможение-отпуск или боксованию с первоначальным сбросом нагрузки и последующим ее восстановлением. Аналогичные процессы имеют место при прерывании экстренного, автостопного торможения или не постановке ручки крана машиниста в положение VI после срыва ЭПК.
Анализ безопасности движения на Октябрьской дороге показал, что 9 % разрывов поездов происходят в режиме трогания, 23 % — тяги или выбега при резких изменениях силы тяги и 68 % — в режиме отпуска тормозов после непродолжительного торможения ступенью 0,7 — 0,9 кгс/см2. Причем, как правило, разрыв происходит при прохождении перелома профиля типа «перевал», когда реакция от торможения-отпуска складывается с реакцией от перелома профиля. Нередко разрывы происходили при отпуске после зимней проверки действия тормозов. Такая статистика заставляет уделять наибольшее внимание при обеспечении без обрывного ведения поезда обслуживанию автотормозов и управлению ими.