Устройство рельсовой колеи в прямых участках пути

Расчет рельсовой колеи

ХОДОВЫЕ ЧАСТИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Особенностями ходовых частей железнодорожного подвижного состава, влияющими на конструктивное оформление рельсовой колеи, являются:

1) наличие реборд (гребней) у бандажей колес;

2) глухая насадка колес;

3) параллелизм осей в пределах жесткой базы;

4) поперечные разбеги осей подвижного состава, а также наличие у некоторых экипажей поворотной оси или тележки;

5) коничность бандажей.

Реборды, или гребни, колес представляют собой выступа­ющие части колес, предназначенные для направления дви­жения экипажей и предупреждения их от схода с рельсового пути. Колесная пара железнодорожного экипажа состоит из оси и двух наглухо насаженных колес с бандажами, поверх­ность катания которых в средней части имеет коничность 1/20, в связи с чем и рельсы на прямых участках ставят с наклоном внутрь колеи (также в 1/20).

Локомотивные (рис. 1.1, а) и вагонные (рис. 1.1,6) колеса отличаются по размерам и очертанию поперечного профиля.

Рис. 1.1. Поперечные профили колес :

а - локомотивного; б - вагонного

При скоростях движения поездов более 140 км/ч предель­ный износ h, измеряемый по среднему кругу катания, не должен превышать 5 мм. При меньших скоростях движения прокат колес локомотивов и пассажирских вагонов допускается до 7 мм, а грузовых вагонов — до 9 мм.

Глухая насадка колес представляет собой неподвижное закрепление их на оси, т. е. вращение колес происходит вместе с осью. Такая конструкция вызвана теми соображениями, что при свободной насадке колес после износа их ступицы и осевой шейки оно может принять наклонное положение и провалиться внутрь колеи.

Параллелизм осей предполагает, что во время движения все оси, входящие в состав жесткой базы, движутся параллельно друг другу. В противном случае при перекосе колесной пары возможен сход ее с рельсов. Жесткой базой экипажа называется расстояние между его крайними осями, входящими в состав одной тележки. Во время движения оси одной тележки остаются параллельными между собой. Кроме жесткой базы, имеется понятие полной колесной базы L экипажа— расстояние между его крайними осями. Полная L и жесткая база L₀ экипажа показаны на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Полные L и жесткие L₀ базы различных экипажей

Характер вписывания экипажей в кривые, а следовательно, и необходимую для этого ширину колеи определяет величина жесткой базы.

Поперечные разбеги в осях подвижного состава позволяют им перемещаться вдоль геометрической оси колесной пары. Отсутствие поперечных разбегов затрудняет вписыва­ние экипажей. Для их вписывания требуется увеличивать ширину колеи.

В некоторых многоосных экипажах для облегчения впи­сывания крайние поддерживающие оси могут поворачиваться на некоторый ограниченный по величине угол.

Бандажи колесных пар имеют коничность. Поверхность катания колес принята с уклоном относительно горизонта, равным 1/20. Коничность поверхностей катания бандажей смягчает удары колес подвижного состава при их виляющем движении в результате возникновения горизонтальной составляющей давления колеса на рельс. Коничность бандажей требует устройства подуклонки рельсов. Она устраивается для центральной передачи усилий от колес на рельсы. Величина подуклонки принята равной коничности бандажей, т. е. 1/20. Подуклонка не должна быть более 1/12 и менее 1/30 по внутренней нити в кривой и 1/60 во всех остальных случаях.

УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ в ПРЯМЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ

Ширина колеи в РФ принята равной 1520 мм с допусками по уширению 8мм, по сужению - 4 мм. При скоростях движения до 50 км/ч допускается уширение до 10мм. Ширина колеи измеряется на уровне, расположенном на 13мм ниже поверхности катания головки рельса. Объясняется это тем, что расчетная плоскость располагается на 10 мм ниже поверхности катания головки рельса для новых бандажей. С увеличением износа поверхность катания бандажа колеса, а следовательно, и расчетная плоскость понижаются.

Верх головок рельсов по обеим рельсовым нитям в прямых участках пути должен располагаться в одном уровне с допусками ±5 мм. Допускается одну рельсовую нить содержать на 5 мм выше другой. На двухпутных участках возвышение устраивается на бровочной нити пути, а на однопутных, как правило, на правой рельсовой нити по ходу километров. На стрелочных переводах возвышение не устраивается.

Между рельсовой колеей и шириной колесной пары существует определенное соотношение. Ширина колесной пары (колесная колея) уже ширины колеи на величину зазора.

Рис. 2.1. Схема для определения зазора δ между рельсовой колеей S и вагонной колеей q

На рис. 2.1 представлена схема для определения величины зазора между гребнем колеса и головкой рельса. На схеме обозначено:

S -ширина рельсовой колеи, S = мм;

q - ширина колесной пары (колесная колея);

Т - насадка колес, Т = 1440±3мм при скорости движения более 140 км/ч с допусками +3 -1;

d - толщина гребня колеса, d_max= 33 мм, d_min= 25 мм; при скорости движения более 140 км/ч d_min= 28 мм;

μ - утолщение гребня колеса в сечении выше расчетной плоскости; для вагонных колес μ =1мм; для локомотивных μ=0;

δ - зазор между гребнем колеса и рабочей гранью рельса.

Из приведенной на рис. 2.1 схемы видно, что рельсовая колея отличается от колесной на величину зазора δ:

δ = S - q,

где q = T +2d + 2μ.

Поскольку размеры, входящие в эти выражения, имеют допуски, то существуют минимальные, нормальные и максимальные значения δ:

δ_min = S_min - q_max;

δ₀ = S₀ - q ₀;

δ_max = S_max - q_min.

Если в данные выражения подставить числовые значе­ния, то получим результаты, показанные в табл. 1.

Таблица 1

Наименование колес	Скорость движения, км/ч	S, мм	q, мм	δ, мм
max	норм	min	max	норм	min	max	норм	min
Локомотивные	До 140
Свыше 140
Вагонные	До 140
Свыше 140

Таким образом, на прямых участках пути зазор между гребнем колеса и рабочей гранью рельса колеблется в пределах от 5 до 39 мм. При движении груженых вагонов происходит изгиб оси колесной пары выпуклостью вверх, так как нагрузка от вагона на колесную пару передается через буксовый узел, расположенный снаружи рельсовой колеи. В результате этого колесная колея может уменьшаться на 2 - 4 мм и более. Под воздействием колес подвижного соста­ва происходят упругие отжатия рельсовых нитей, т. е. упругое уширение колеи на 2 мм в прямых участках, а в кривых - на 4 мм и более.

Положительная роль зазора заключается в устранении заклинивания колес подвижного состава между рельсовыми нитями, а значит в уменьшении сопротивления движения и в снижении бокового износа рельсов и гребней колес.

Однако излишняя величина зазора увеличивает углы набегания гребней колес на рельс в прямых и при входе в кривые, что увеличивает горизонтальные силы и ведет к расстройству пути в плане. В этом случае уменьшается срок службы рельсов и колес подвижного состава, ухудшается плавность движения поездов, особенно при высоких скоростях, увеличиваются расходы на текущее содержание.

Опасный предел в сторону сужения колеи определяется из условия заклинивания колесной пары с максимальной насадкой, т. е.

S_пред (min) = q_max = T_max + 2d_max + 2μ = 1443 + 2·33 + 2·1 = 1511 мм.

Рис. 2.2. Схема определения предельно допустимой (максимальной) рельсовой колеи S_пред (max)

Опасный предел в сторону уширения колеи определяется из условия предупреждения провала колеса внутрь колеи. Расчетная схема показана на рис. 2.2. Из рисунка видим, что

S_пред (max) = T_min + d_min + μ + 130 - 30 - r₁,

где d_min - минимальное значение толщины гребня, d_min = 25 мм;

μ - утолщение гребня в сечении, расположенном выше расчетной плоскости, μ = 1 мм;

T_min - минимальное значение насадки колес, T_min = 1437 мм;

S_пред (max) = 1437 + 25 + 1 + 130 - 30 - 15 = 1548 мм.

Принимая во внимание упругие отжатия рельсов под нагрузкой, а также изгиб осей груженых вагонов, предельное значение ширины колеи в сторону уширения устанавливается 1546мм. Наличие колеи, превышающей опасные пределы как в сторону сужения, так и уширения, не допускается и отно­сится к неисправностям самой высокой степени.