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 Н_ц и ветровой Н_в нагрузок, приходящихся на одну тележку: Н = Н_Ц+Н_В.

Центробежная сила может быть принята исходя из нормативной величины коэффициента η: Н_ц=ηР_бр, где Р_бр - 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 Н_в в соответствии с теми же нормами принимается: где р_в - удельное давление ветра, р_В = 0,5 кН/м² для движущегося и р_В = = 1 кН/м² для стоящего вагонов; F_B - площадь боковой проекции вагона.

При опирании кузова на скользуны повороту тележки вокруг шкворня препятствует момент сил трения между скользунами кузова вагона и тележки: M_c=(P_6p-P_Т)μ_cB_c, где, Р_т - вес тележки;μ_c-коэффициент трения между скользунами кузова вагона и тележ­ки, для данного расчёта принимаем μ_c = 0,2; 2B_С - 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.