Расчеты сил соударения вагонов в процессе маневровой работы

Железнодорожный поезд, состоящий из локомотивов и большого числа вагонов, представляет собой сложную механическую систему, в которой возникают динамические процессы, обусловленные изменением тяговых усилий локомотивов, профиля пути и процессами торможения.

Во время движения поезда и его формирования (при маневровой работе) в ударно-тяговых приборах возникают растягивающие или сжимающие продольные силы, величина и знак которых зависят от особенностей взаимодействия вагонов при различных режимах движения.

Различают два основных режима движения поезда: установившийся, или стационарный, и неустановившийся, или переходный.

К первому режиму относят равномерное и равноускоренное (или замедленное) движение поезда, на который действуют внешние постоянные или медленно изменяющиеся силы. В этом случае усилия в ударно-тяговых приборах определяются в основном указанными внешними силами (касательными силами установившегося процесса тяги и торможения, силами сопротивления движению, составляющими веса частей поезда на уклонах пути и др.) и силами инерции поезда, возникающими вследствие ускорений его как единого жесткого тела. Относительные перемещения масс вагонов в таком поезде весьма малы и практически не влияют на силовые процессы.

Ко второму режиму движения поезда относят трогание с места, переходный процесс торможения, резкое изменение режима тяги, а также маневровые операции, сопровождающиеся соударениями вагонов. В указанных случаях силы между вагонами определяются не только внешними силами, приложенными к поезду, но и относительными скоростями движения отдельных вагонов, ударами между ними, деформациями упругих связей. Действующие при этом продольные силы существенно зависят от упруго-фрикционных свойств поглощающих аппаратов сцепных устройств и масс взаимодействующих вагонов.

Правилами технической эксплуатации железных дорог скорость соударений вагонов при маневрах ограничена величиной 1,4 м/с (5 км/ч). Это ограничение вызвано несовершенством поглощающих аппаратов на вагонах. Стремление ускорить сортировочную работу, на станциях нередко приводит к превышению указанного уровня скоростей, и в будущем по мере улучшения характеристик поглощающих аппаратов может быть пересмотрена величина допускаемой скорости соударения.

В соответствии с требованиями норм расчета максимально допустимое продольное усилие по условиям прочности конструкции вагона составляет 2,5 МН (250 тс). Этими же нормами предписывается, что при расчетной скорости соударения грузовых вагонов различных типов 2,1 м/с (7,5 км/ч) продольное усилие не должно превышать 2 МН (200 тс). Таким образом, при проектировании энергоемкость и силовая характеристика поглощающего аппарата должны определяться с "учетом возможного увеличения в перспективе максимально допускаемой скорости соударения вагонов и не превышения наибольшей расчетной величины воспринимаемой аппаратом продольной силы, установленной нормами.

В соответствии с теоремой о сохранении количества движения, скорость двух вагонов после их соударения и сцепления будет

В соответствии с теоремой о сохранении количества движения, скорость двух вагонов после их соударения и сцепления будет

[м/c], (9.5)

где - масса первого вагона, кг,

- скорость первого до соударения, м/с;

- масса второго вагона, кг;

- скорость второго вагона до соударения, м/с.

При линейной характеристике поглощающих аппаратов силу соударения двух вагона можно определить по формуле

[H], (9.6)

где , м/c,

c- жесткость поглощающего аппарата, Н/м.

Задача 9.3. Грузовой вагон массой брутто m1 =100 т накатывается со скоростью V на свободно стоящий вагон массой брутто m2 = 120 т. Жесткость двух поглощающих аппаратов с = 1500 т/м. Определить максимально допустимую скорость соударения вагонов, при которой сила удара в автосцепку Р не будет превышать 250 т. Ход аппаратов предположить неограниченным.

Задача 9.4. Определить силу соударения двух вагонов весом брутто 82 т каждый, если один вагон стоял неподвижно, а второй в момент удара имел скорость 7 км/ч. Характеристику поглощающего аппарата условно принять линейкой, его средняя жесткость с = 1 200 т/м.

Вопросы на защиту:

1. Устойчивость движения вагона на прямых и кривых участках пути.

2. коэффициент запаса устойчивости, устойчивость состояния равновесия, устойчивость движения.

3. Поперечная устойчивость вагона на рессорах.

4. Расчет допускаемых скоростей движения вагона по стрелочным переводам.

5. Устойчивость вагона против опрокидывания при движении по кривым.

6. Устойчивость вагонов в поезде при действии продольных сил. Действие продольных растягивающих сил. Действие продольных сжимающих сил.

7. Основные режимы движения поезда. Кинематические особенности ударно-тяговых приборов.

8. Силовые характеристики поглощающих аппаратов на вагонах с автосцепкой.

Список литературы

1. Яковенко Г.Н. Краткий курс аналитической динамики (электронно-библиотечный ресурс BOOK.ru)

2. В.В. Лукин, П.С. Анисимов, В.Н. Котуранов. Конструирование и расчет вагонов. ФГОУ «Учебно-мет одический центр по образованию на ж/д транспорте», 2011

3. Вершинский С.В. Данилов В.Н. Динамика вагонов: Учебник для вузов ж.-д. трансп. Транспорт, 1991

4. Колесников В.И., Воробьев В.Б., Шуб М.Б., Шаповалов В.В. Улучшение взаимодействия пути и подвижного состава. Маршрут- г.Москва, 2006 г.

5. Шадур Л.А., Челноков И.И., Никольский Л.Н. Вагоны: учебник для вузов железнодорожного транспорта. Транспорт, 1980.

6. Колесников В.И., Воробьев В.Б., Шуб М.Б., Шаповалов В.В. Колесников, В.И. Улучшение взаимодействия пути и подвижного состава. [Электронный ресурс] / В.И. Колесников, В.Б. Воробьев, В.В. Шаповалов, М.Б. Шуб. — Электрон. дан. — М. : УМЦ ЖДТ, 2006. — 365 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/59159