Определение усилий, действующих на колесную пару в кривой пути и проверка запаса устойчивости колесной пары
Передние колеса тележек вагонов при движении по кривым, а часто и на прямых участках пути набегают гребнями на боковые грани головок рельсов. Угол набегания может доходить до 0,01 рад и даже несколько больше (в крутых кривых). Место контакта гребня с головкой рельса находится впереди от вертикального радиуса колеса, что вызывает предварительное касание (рисунок 14).
Рисунок 14 – Положение колесной пары при набегании на рельс
Устойчивость колесной пары против схода с рельс проверяется для наиболее опасных случаев сочетания боковой поперечной силы взаимодействия набегающего колеса с рельсом и малой вертикальной нагрузки на это колесо. При одновременном, в течение некоторого времени, действии такого сочетания указанных сил, возможно вкатывание («вползание») гребня набегающего колеса на головку рельса и последующий сход вагона с рельсов.
Критическое сочетание действующих на колесную пару сил может возникать в следующих двух случаях:
– при ударном входе вагона в кривую, при проходе стрелок на боковой путь, при интенсивном вилянии тележки при движении с максимальной скоростью по прямому участку пути, при интенсивных боковых колебаниях кузова.
– при экстренном торможении тяжеловесного поезда на малой скорости с головного локомотива, при прохождении составом кривого участка пути, когда возникающие значительные квазистатические усилия сжатия состава могут привести к перекосу (сдвигу) вагона в колее и появлению больших поперечных сил взаимодействия колес с рельсами, а в экстренных условиях и к «выжиманию» легковесного (например, порожнего) вагона.
Коэффициент устойчивости колесной пары против схода с рельса (по условию вкатывания) определяется по формуле (8.1):
|
где b – угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью (600);
m – коэффициент трения поверхностей колес и рельсов (0,25);
РВ – вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс;
РБ – боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса (рисунок 15);
– допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости.
Допускаемое значение коэффициента запаса устойчивости для грузовых вагонов принимается равным: =1,4.
Рисунок 15 – Схема сил действующих в точке контакта
Вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс вычисляется по формуле (8.2):
|
где – сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующая на шейку оси колесной пары (8.3):
|
где Т и Р – тара и грузоподъемность вагона;
q – сила тяжести необрессоренных частей, приходящихся на колесную пару;
тс;
n – число осей в тележке;
m – число шеек осей в тележке.
По расчету:
.
kДВ1 – расчетное значение коэффициента вертикальной динамики экипажа, приближенно принимается kДВ1 = 0,75 kДВ.
|
где а – коэффициент, равный для элементов кузова а = 0,05, для обрессоренных частей тележки а = 0,10, для необрессоренных частей тележки а = 0,15;
–коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке или группе тележек под одним концом вагона;
v – расчетная скорость движения;
fСТ – статический прогиб рессорного подвешивания.
По расчету:
.
kДБК – расчетное значение коэффициента динамики боковой качки приближенно принимается kДБК1 = 0,25 kДВ =0,25×0,279=0,07;
НР – расчетное среднее значение рамной силы (8.5):
|
где р0 – расчетная статическая осевая нагрузка;
d – коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона. Для грузовых вагонов на безлюлечных тележках с большой горизонтальной жесткостью подвешивания d = 0,003;
2b – расстояние между серединами шеек осей, для стандартных колесных пар 2b = 2,036 м;
По расчету:
.
l – среднее расстояние между точками контакта колес с рельсами, принимается l =1,58 м;
а1 = 0,250 м и а2 = 0,220 м – расчетные расстояния от точек контакта до середины шеек;
r = 0,45 м – радиус средневзвешенного колеса.
По расчету:
Приведенные параметры показаны на рисунке 16.
Рисунок 16 – Схема расчета устойчивости колес против схода с рельсов
Боковоеусилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса вычисляется по формуле (8.6):
|
где Р2 – вертикальная нагрузка от второго колеса на рельс (8.7):
|
По расчету:
;
.
Расчетный коэффициент запаса устойчивости больше нормативного =1,4, что удовлетворяет условию вкатывания. На основании этого можно сделать вывод, что устойчивость колеса при движении по рельсам достаточна.