Республика Казахстан,Мангистауская область,г.Актау
Актауский транспортный колледж КазАТК им.М.Тынышпаева
Жуманбаева А.Х., Кусаинова А.Ж.
В настоящее время, проблема обеспечения устойчивости колеса против схода с рельсов остается одной из актуальных задач в транспортной науке.
Во время движения рельсового экипажа по кривой или при интенсивных извилистых колебаниях, гребень колеса может прижаться к головке рельса и вкатиться на поверхность катания колеса. Такое выкатывание возможно либо для наружного колеса при движении по кривой, либо для набегающего колеса по прямой.
На рисунке 1 изображены силы, действующие на колесную пару. В точке соприкосновения наружного колеса с рельсом к нему приложена сила Рн, являющаяся реакцией рельса. Эта сила раскладывается на нормальную N (рис.2) и касательную Рн составляющие.
Рисунок 1 - Силы, действующие на колесную пару
Рисунок 2 - Схема разложения сил на составляющие
Вертикальная Р1 реакция также раскладывался на эти составляющие. Колесо не может вкатываться на рельс, если выполняется условие
; (1)
где Ғн – сила трения между гребнем колеса и головкой рельса:
– угол между касательной к любой точке гребня и горизонтальной осью.
Если условие (1) не выполняется в течение [to-tвх] , то в этот промежуток времени будет происходить вкатывание колеса на рельс. Если до момента tвх- полное вкатывание колеса на рельс не произошло, то в момент t > tвх происходит соскальзывание поднявшегося колеса обратно вниз относительно кромки рельса. Составим уравнение сил относительно осей Υ и Н (рис. 1и 2).
∑Υ=O; ; (2)
∑Н=O; ;
где μ- коэффициент трения, а Ғр-рамная сила.
Из рис. 2 следует, что ;
Преобразовывая эти выражения, находим:
;
;
Подставляя эти выражения в (1) , получим:
;
или
;
Выполнение условие (2) означит отсутствие опасности вползания колеса на рельс /1/.
Одним из факторов, определяющих взаимодействие пути и подвижного состава, является размер ширины рельсовой колеи железнодорожного пути.
Ширина колеи в сочетании с размерам и колесных пар, определяет сумму зазоров между гребнями бандажей колесных пар и боковыми гранями головок рельса. Эти зазоры необходимы во избежание заклинивание колесных пар, влекущего за собой увеличение сопротивления движению подвижного составы, усиленный износ рельсов и колес и расстройство пути в плане.
В то же время большие зазоры могут привести к ударам гребней колес при вилянии подвижного состава и при входе его в кривые участки пути, поэтому размеры зазоров выбираются оптимальными. Допуски на содержание ширины по ПТЭ колеи +6 и -4 мм. Уменьшение возможной величины зазора между гребнем колеса и рельсом желательно по условиям снижения амплитуды виляния колес. В целях повышения устойчивости подвижного состава при движении поездов на прямых участках пути, особенно при повышении скоростей, и уменьшения износа рельсов и колесных пар был изменен, в свое время, один из важнейших нормативов железнодорожного транспорта — ширина рельсовой колеи /2/.
Эта мера позволит уменьшить колебания в горизонтальной плоскости и боковые воздействие колес на рельсы при движении поезда, что имеет особое значение при высоких скоростях.
При повышении скорости наиболее острой становится проблема динамики экипажа, особенно в горизонтальной плоскости. Источниками горизонтальных колебаний являются боковые удары при в вписывании подвижного состава в кривые, наличие неровностей пути в плане и извилистое движение колесных пар, вызываемое конусностью бандажей и зазорами между гребнями колес и внутренними гранями головок рельсов.
Современный магистральный локомотив, наряду с эластичным рессорным подвешиванием, должен обладать гибкими поперечными связами кузова с тележками.
Характеристика упругой поперечной связи кузова с тележками должна удовлетворять противоречивым требованиям: минимальному горизонтальному динамическому воздействию локомотива на путь и в то же время достаточно малым поперечным перемещением кузова относительно тележки под действием горизонтальных сил.
В частности, на электровозе ВЛ-60, характеристику упругой связи проще всего изменять величиной предварительной затяжки пружин возвращающих аппаратов. Выбор оптимальной величины этого параметра следует производить с учетом изложенных выше требований.
Одной из основных причин склонности к вилянию электровоза ВЛ-60 является конструктивный недостаток опорно — возвращающих устройств кузова. Поэтому этот локомотив взят в качестве объекта исследования.
В конструкции опор кузова на тележки электровоза ВЛ-60 нет устройств для демпфирования колебаний виляния и относа. Для данного электровоза характерно увеличение амплитуд перемещений и ускорений при скоростях движения, превышающих 65-70 км/ч. Одна из причин этого — отсутствие достаточного демпфирования горизонтальных колебаний кузова электровоза.
Колебания виляния и относа вызывают появление боковых ударов колесных пар о рельс и воздействие упругих сил со стороны рельсового пути, стремящегося восстановить свое первоначальное положение.
На снижение удара большое влияние оказывает поперечная упругость рельсового пути, а также снижение массы, участвующей в ударе. С этой целью необходима упругая связь как колесной пары с рамой тележки, так и тележки с кузовной локомотива, тем самым исключить влияние инерционного воздействия кузова через тележку на путь. Это воздействие будет зависеть только от характера и параметров поперечной связи кузова с тележками.
Исследование работы наиболее распространенных современных отечественных и зарубежных тележек показывает, что одним из путей улучшения ходовых качеств подвижного состава при высоких скоростях движения является использование в системе подвешивания пневматических упругих элементов с нелинейной силовой характеристикой.
В настоящее время во многих странах проводятся широкие конструкторско — экспериментальные работы по созданию и совершенствованию систем пневматического подвешивания для железнодорожного транспорта.
В работе /3/ приведено описание опытной конструкции горизонтального подрессоривания кузова локомотива. С каждой стороны тележки напротив возвращающих устройств размещено по два пневмоэлемента модели НИ -14, которые препятствуют колебаниям влияния и относа (рис.3).
Рисунок 3 - Опытная конструкция горизонтального подрессоривания кузова локомотива
Пневмоэлементы каждой стороны тележки локомотива соединены трубопроводами с дополнительным объемом, величины которого, давление в нём и диаметр дроссельного отверстие были выбраны по результатам стендовых испытаний и теоретических расчетов.
Демперирование колебаний виляния и относа локомотива осуществляется за счет рассеяния энергии при перетекании воздуха из пневмоэлемента в дополнительный объем через дроссель, что положительно сказалось на динамике локомотива. Состояние пневмоэлементов каждой стороны позволило обеспечить продольную балансировку системы пневмо подвешивания, что положительно сказалось на плавности хода и обеспечении поперечной устойчивости при движении в прямых участках железнодорожного пути.
ЛИТЕРАТУРА
1. Черкашин Ю.М. Динамика наливного поезда. М., «Транспорт», 1975 — с. 25-30 (Труды ЦНИИ МПС. Вып. 543).
2. Правила технической эксплуатации железных дорог Республики Казахстан. Утверждены МТ и К РК 17.02.2000. №1021 ЦРБ — 756 /1.
3. Пахомов М.П., Каспакпаев К.С. и др. Опытная система горизонтального надрессированы электровоза ВЛ-60.
4. Межвузовский тематический сборных научных трудов: «Взаимодействие подвижного состава и пути, динамика локомотивов и вагонов». — Омск, Омский институт инженеров ж. транспорта. 1979, - с. 16-20.
