Краткие сведения из теории. Габарит подвижного состава – поперечное перпендикулярное оси пути очертание

Габарит подвижного состава – поперечное перпендикулярное оси пути очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути (при наиболее неблагоприятном положении в колее и отсутствии боковых наклонений на рессорах и динамических колебаний) как в порожнем, так и в нагруженном состоянии железнодорожный подвижной состав, в том числе имеющий максимально нормируемые износы.

Габарит железнодорожного подвижного состава является исходным очертанием, по которому рассчитываются допускаемые строительные размеры железнодорожного подвижного состава. В зависимости от метода указанного расчета габариты подвижного состава подразделяются на статические и кинематические.

Статический габарит подвижного состава – габарит, для которого устанавливают метод расчета строительных размеров проектируемого железнодорожного подвижного состава с учетом возможных поперечных горизонтальных смещений данной части железнодорожного подвижного состава относительно оси пути вследствие наибольших допускаемых зазоров и износов деталей ходовых частей.

Кинематический габарит – габарит, для которого устанавливают метод расчета строительных размеров проектируемого железнодорожного подвижного состава с учетом всех возможных поперечных горизонтальных смещений данной части железнодорожного подвижного состава, установленных для статического габарита и, кроме того, возникающих вследствие наклона кузова на рессорах под воздействием центробежной силы и горизонтальной составляющей силы тяжести в кривых с возвышением наружного рельса. Обозначения габаритов подвижного согласно ГОСТ 9238-2013 представлены на рисунке 3.

Рис. 3 – Обозначения габаритов подвижного состава

Сфера применения габаритов подвижного состава:

1) Т– статический габарит для подвижного состава, допускаемого в обращение по железнодорожным путям общего и необщего пользования шириной колеи 1520 мм на электрифицированных железных дорогах;

2) Т_ц– статический габарит для цистерн, вагонов-самосвалов и другого подвижного состава, допускаемого к обращению по железнодорожным путям общего и необщего пользования.

3) Т_пр – статический габарит для цистерн, вагонов-самосвалов и другого подвижного состава, допускаемого к обращению на главных путях перегонов и станций;

4) 1-Т– статический габарит для железнодорожного подвижного состава, допускаемого в обращении по всем железнодорожным путям общего и необщего пользования, внешним и внутренним путям промышленных и транспортных предприятий железных дорог государств-участников Содружества Независимых Государств, а также Грузии и Латвии, Литвы, Эстонии;

5) 1-ВМ – статический габарит для железнодорожного подвижного состава, допускаемого в обращении как по железнодорожным путям шириной колеи 1520 (1524) мм, так и шириной 1435, используемых для международных сообщений;

6) 0-ВМ – статический габарит для железнодорожного подвижного состава, допускаемого в обращении как по железным дорогам колеи 1520 (1524) мм, так и по линиям железных дорог-членов Организации сотрудничества железных дорог (ОСЖД) и Международного Союза железных дорог колеи 1435 мм;

7) 02-ВМ – статический габарит для железнодорожного подвижного состава, допускаемого в обращении как по всей сети железных дорог колеи 1520 (1524) мм, так по железным дорогам - членам ОСЖД колеи 1435;

8) 03-ВМ_st – статический габарит для железнодорожного подвижного состава, допускаемого к обращению как по всей сети железных дорог колеи 1520 (1524) мм, так и по всем железным дорогам колеи 1435 мм европейских и азиатских стран;

9) ТЦ – кинематический габарит для железнодорожного подвижного состава, установленный в качестве исходного для достижения совместимости габаритов в рамках трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной системы;

10) ТЦ_ru – кинематический габарит для железнодорожного подвижного состава для высокоскоростного движения на железных дорогах колеи 1520 мм, гармонизированный с габаритом ТС трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной системы;

11) 03-ВМ_k – кинематический габарит для железнодорожного подвижного состава, допускаемого к обращению по всей сети железных дорог колеи 1520 (1524) мм и по железным дорогам колеи 1435 мм европейских и азиатских стран.

Все габариты подвижного состава состоят из верхнего очертания (верхней зоны) и нижнего очертания (нижней зоны). По верхнему очертанию определяются строительные очертания кузова вагона, нижнее очертание габарита определяет допускаемые размеры ходовых частей.

В связи с совершенствованием технологий обработки металлов и спроса железнодорожников, возросла актуальность модернизаций кузовов полувагонов с применением новых материалов. Поэтому в рамках практической работы будет рассмотрена методика вписывания вагона для статического габарита на примере полувагона с новыми геометрическими размерами кузова. Так как это кузов, то вписывание вагона в габарит будет, проверяться по верхнему очертанию.

Статические габариты для верхнего очертания вагонов приведены на рисунке 4.

	Рис. 4 – Статические габариты подвижного состава (верхнее очертание): а – габарит Т; б – габарит Тц; в – габарит Тпр; г – габарит 1-Т; д – габарит 0-ВМ; е – габарит 1-ВМ; ж – габарит 02-ВМ; з – габарит 03-ВМst

При проектировании вагона производится проверка его габаритности, называемая вписыванием вагона в габарит. Сущность вписывания заключается в том, что на основании заданного габарита подвижного состава 1 определяют строительное 2, а затем и проектное 3 очертание вагона. Схема проверки вписывания вагона в габарит представлена на рисунке 5.

Строительное очертание железнодорожного подвижного состава – поперечное перпендикулярное оси пути очертание, получаемое уменьшением габарита железнодорожного подвижного состава по установленному для данного габарита методу, и которым определяются допускаемые строительные размеры, соответствие которым должно проверяться при испытаниях габаритов железнодорожного подвижного состава.

Проектное очертание железнодорожного состава – поперечное, перпендикулярное оси пути, очертание, имеющее размеры, уменьшенные по сравнению с размерами строительного очертания на величину допусков, внутри которого должны находиться все расположенные в рассматриваемом сечении элементы конструкций проектируемого и модернизируемого железнодорожного подвижного состава, имеющие номинальные размеры.

Все элементы конструкции подвижного проектируемого вагона, не должны выходить за пределы контура проектного очертания. При постройке вагона допускается плюсовой допуск ( ) в горизонтальной плоскости вагона в одну сторону не более 23 мм.

Рис. 5 – Схема проверки вписывания вагона в габарит: 1 – габарит подвижного состава; 2 – строительное очертание вагона; 3 – проектное очертание вагона

Строительное очертание вагона получают путём уменьшения поперечных размеров (В_г) заданного габарита подвижного состава на величину зазоров и износов ходовых частей (Е), исчисляемых в горизонтальном поперечном направлении, и выносов частей вагонов в кривых, превышающие нормативные.

Проверку вписывания в габарит подвижного состава вагон проходит в том случае если ни одна деталь, расположенная в расчётных точках сечения кузова не выйдет за пределы проектного очертания с учётом плюсового допуска или за пределы нормативных значений (Е) в процессе эксплуатации вагона.

Ширина проектного очертания вагона может быть определена по формуле:

, (8)

Проектирование новых вагонов всегда должно сопровождаться проверкой вписывания вагона в габарит подвижного состава. Исходным этапом вписывания вагона в габарит является определение ограничения (Е) полуширины полувагона, возможное смещение вагона из центрального положения в одну сторону на кривых участках пути.

Величину (Е) определяют для различных поперечныхсечений по длине вагона: основных (сечение по пятникам); внутреннего(сечение по поперечной оси вагона); наружных (концевых сечений). Это связано с тем, что в кривых участках пути точки вагона на указанных сечениях получают различные смещения относительно оси пути.

Ограничение полуширины вагона (Е) можно определить по следующим формулам:

для внутреннего сечения кузова

, (9)

для наружных сечений кузова

, (10)

для основного сечений

, (11)

Если алгебраическая сумма величин, заключенная в квадратные скобки формулы (9)-(11), окажется отрицательной то её не учитывают, т.е. принимают равной нулю. Отрицательная сумма свидетельствует о недоиспользовании имеющегося в кривой уширения габарита приближения строений. В этом случае расположение вписываемого вагона в кривой может не приводить к максимальному ограничению его ширины, поэтому необходимо в формулы (9)-(11) подставлять наибольшую ширину колеи не кривого, а прямого участка пути.

Поясним физический смысл величин входящих в формулы (9)- (11) и алгоритм их нахождения.

максимальная ширина колеи в кривых участках пути, (s = 1541 мм);

минимальное расстояние между наружными гранями предельно изношенных

гребней колес. Расстояние между внутренними гранями колёс 1440 мм,

минимальная толщина гребня грузовых колёс не менее 25 мм;

q – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении из

центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной

пары вследствие зазоров при максимальных износах в буксовом узле, (q=3 мм);

w – наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении из

центрального положения в одну из сторону кузова относительно рамы тележки

вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле

сочленения кузова и рамы тележки, мм. Для тележек модели 18-100 (w=28 мм),

18-115 (w=30 мм), 18-755 (w=31 мм).

база вагона (расстояние между пятниками вагона), мм;

множитель, учитывающий наиболее неблагоприятное расположение для консольных

частей вагона, т.е. положение наибольшего его перекоса. При расчетах принять:

=(2n+2l)/2l, (12)

дополнительное поперечноесмещение в кривой расчетного радиуса

кривой тележечного подвижного состава, мм;

коэффициент, зависящий от величины расчетного радиуса кривой, мм/м²;

половина нормативного уширения габарита приближения строений или увеличения

расстояний между осями путей в кривых участках пути, м.

расстояние от рассматриваемого поперечного сечения кузова до ближайшего шкворневого, м.

Расстояние от рассматриваемого поперечного внутреннего сечения (Е_в) кузова до ближайшего шкворневого можно определить по формуле:

n=2l/2, (13)

Для наружного сечения, n принимается равной длине консоли. Длина консоли (l_к) определяется по формуле:

l_к=(2l_р-2l)/2 (14)

где 2l_р – длина рамы вагона, м.

После определения ограничений полуширины вагоны для разных сечений, необходимо выбрать наибольшее численное значение смещения кузова E_maх и проверить условие на вписывание вагона в габарит подвижного состава:

(15)

где B_г – полуширина габарита подвижного состава на рассматриваемой высоте, мм;

b/2 – максимальная полуширина кузова вагона, мм;

E_m –плюсовой допуск в горизонтальной плоскости вагона в одну сторону, ( = 23 мм.)

По результатам расчёта строятся вертикальные (см. рисунок 5) и горизонтальные рамки проектного очертаний вагона на рассматриваемой высоте. Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания вагона приведена на рисунке 6.

Риc. 6 – Горизонтальная габаритная рамка проектного очертания вагона

Вагон прошёл проверку вписывания в габарит подвижного состава, если выполняется условие формулы (15). В случае не прохождения вагона в габарит подвижного состава, добиться его вписывания путём уменьшения горизонтальных ограничений, для чего следует, заменить модель тележки, (и или) изменить размеры длины рамы кузова, базы вагона и пересчитать ограничения вагона по формулам (9)-(11). Если после выполненного расчёта условие (15) по-прежнему будет не выполняться, необходимо изменить ширину кузова вагона.