Динамическое вписывание тележки вагона в кривую малого радиуса. Схемы установок тележки в колее. Порядок расчета
Наиболее опасным стационарным режимом движения вагона с точки зрения возможности схода его колёсных пар с рельсов является прохождение вагоном кривых участков пути малого радиуса, при котором направление движения тележки обеспечивается гребнем колеса, набегающего на наружный рельс. Из анализа этого режима обычно устанавливаются расчётные значения нагрузок, действующих на наиболее загруженную колёсную пару, и определяется коэффициент запаса её устойчивости против схода с рельсов.
При выполнении таких расчётов обычно принимается ряд допущений и приближений, идущих в запас надёжности расчёта. В частности, не учитывается перераспределение вертикальных реакций между колёсами одной колёсной пары, происходящее вследствие эксцентричности приложения боковых сил; предполагается, что характер силового взаимодействия колёс и рельсов в точках контакта определяется законами сухого трения; не учитывается коничность поверхностей катания колёсных пар; взаиморасположение колёсных пар одной тележки в горизонтальной плоскости считается неизменным. Используя эти допущения, можно определить нагрузки, действующие на набегающую колёсную пару двухосной тележки при прохождении вагоном кривой.
Передняя колёсная пара тележки во всех случаях одним из своих гребней набегает на наружный рельс, а задняя в зависимости от сил, действующих на тележку со стороны кузова вагона и рельсов, может либо прижиматься гребнем к наружному рельсу, либо сохранять горизонтальные зазоры между гребнями колёс и обоими рельсами, либо набегать одним из гребней на внутренний рельс.
Первая из перечисленных установок тележки в колее называется хордовой, вторая - промежуточной, третья - наибольшего перекоса.
Движение тележки в плоскости криволинейного участка пути в каждый момент времени можно считать состоящим из поступательного движения некоторой точки О, связанной с тележкой, и вращательного движения тележки вокруг этой точки:
S02=S0+S020,
Где, S02 и S0 - перемещения точек 02 (геометрический центр тележки) и О относительно неподвижной точки О1 характеризуемые величиной и направлением в плоскости пути;
S020 - направленное перемещение точки тележки 02 вокруг точки О в плоскости пути. Точку О в плоскости пути в принципе можно выбрать совершенно произвольно, однако в рассматриваемом случае её целесообразно расположить так, чтобы движение центра тележки S02, осуществляющееся как за счёт перекатывания колёсных пар, так и за счёт проскальзывания колёс по рельсам, можно было расчленить на два вида движений, одно из которых происходит только за счёт качения колёсных пар, второе - только за счёт скольжения колёс по рельсам. Указанным требованиям отвечает точка пересечения продольной оси тележки с перпендикуляром, восстановленным на эту ось из центра кривой. Эта точка называется полюсом, а расстояние между ней и центром тележки (002 = а) - полюсным расстоянием. Таким образом, движение тележки в кривой можно считать состоящим из поступательного перемещения полюса, которое происходит без скольжения колёс по рельсам, и вращения тележки вокруг этого полюса, которое осуществляется за счёт проскальзывания колёс. Схема сил, действующих на тележку при различных вариантах её установки в колее, показана на рисунке 4.1. К центру тележки (её шкворню) приложена боковая сила Н, равная сумме центробежной Нц и ветровой Нв нагрузок, приходящихся на одну тележку: Н = НЦ+НВ.
Центробежная сила может быть принята исходя из нормативной величины коэффициента η: Нц=ηРбр, где Рбр - вес вагона брутто, приходящийся на одну тележку; η- коэффициент, принимаемый равным 0,1 для пассажирских и 0,075 для грузовых вагонов.
Рисунок 4.1 - Схема сил, действующих на тележку в кривой: а - при хордовой установке тележки; б - при промежуточной установке; в - в положении наибольшего перекоса. Ветровая нагрузка Нв в соответствии с теми же нормами принимается: где рв - удельное давление ветра, рВ = 0,5 кН/м2 для движущегося и рВ = = 1 кН/м2 для стоящего вагонов; FB - площадь боковой проекции вагона.
При опирании кузова на скользуны повороту тележки вокруг шкворня препятствует момент сил трения между скользунами кузова вагона и тележки: Mc=(P6p-PТ)μcBc, где, Рт - вес тележки;μc-коэффициент трения между скользунами кузова вагона и тележки, для данного расчёта принимаем μc = 0,2; 2BС - расстояние между центрами скользунов. Со стороны рельсов на гребни набегающих колёс передней и задней колёсных пар действуют неизвестные горизонтальные реакции Y1 и Y2. При скольжении колёс по рельсам за счёт поворота тележки вокруг полюса О возникают силы трения, направленные перпендикулярно радиусам, соединяющим полюс с точками контакта: где |μ - коэффициент трения между колесом и рельсом; для данного расчёта μ≈0,3.