Расчеты верхнего строения пути. Расчеты пути на прочность. Классификация рельсов по длине. Расчеты бесстыкового пути, страница 2

В 1931 г. А. М. Годыцкий-Цвирко издает капитальную для того времени монографию «Взаимодействие пути и подвижного состава», в которой главное внимание уделяет вопросам расчета динамических сил взаимодействия.

В 1933 г. выходит в свет на русском языке монография французского ученого Г. Марье, посвященная взаимодействию пути и подвижного состава с детальными исследованиями колебательного процесса подвижного состава.

Крупные теоретические исследования различных сторон взаимодействия пути и подвижного состава, выполненные М. М. Филоненко-Бородичем, К. Н. Мищенко, В. П. Кречковским, Н. Т. Митюшиным, В. Б. Меделея, широкие экспериментальные материалы натурных испытаний создали предпосылки для статистической обработки на вероятностной основе накопленных данных и теоретического расчета. Эта задача была успешно решена при подготовке в ЦНИИ МПС «Правил производства расчетов верхнего строения пути на прочность», официально принятых для применения на сети в 1954 г. Большой вклад в разработку новых правил расчета внесли В. Н. Данилов, Е. М. Бромберг, М. А. Фришман под руководством М. Ф. Верито, который результирующую динамическую силу представил как композицию ряда случайных переменных с эмпирическими характеристиками рассеивания и законами распределения. В 1972 г. на базе экспериментальных и теоретических исследований М. Ф. Верито разработал предложения по корректировке практического метода расчета пути на прочность.

Последние три десятилетия в СССР, Японии, Франции, США и других странах проводятся углубленные исследования взаимодействия пути и подвижного состава, при этом широко применяются ЭВМ, новейшее лабораторное оборудование и испытательная аппаратура, позволяющая исследовать сложные динамические процессы взаимодействия.

В 1986 г. издано фундаментальное исследование М. Ф. Верито и А. Я. Когане «Взаимодействие пути и подвижного состава», в котором излагаются современные взгляды на эту проблему и два метода расчета пути на прочность: практический (инженерный), широко используемый при обычных скоростях движения, и новый, более совершенный метод, позволяющий исследовать силы взаимодействия пути и подвижного состава при любых реальных скоростях движения поездов с использованием быстродействующих ЭВМ. Сходимость этих методов при скоростях до 110 км/ч удовлетворительная.

В 2000 г. МПС утверждена «Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности». Основными отличиями этой методики является новый подход к установлению уровня допускаемых напряжений в элементах верхнего строения пути и основной площадке земляного полотна.

1.3 Воздействие сил на путь

1.3.1 Устройство ходовых частей подвижного состава

Колеса подвижного состава железных дорог не похожи на колеса любого другого вида повозок. Они наглухо насажены на оси и имеют гребни с внутренней стороны. Гребни не допускают схода колес с рельсов. Глухая насадка колес на оси обеспечивает неизменность расстояния между колесами и, следовательно, не допускает их проваливания внутрь колеи или схода наружу. По ПТЭ расстояния между внутренними гранями гребней для локомотивных и вагонных колес должно быть 1440 мм с допуском ±3 мм, т.е. расстояние между колесами порожнего подвижного состава изменяется от 1437 до 1443 мм, а под нагрузкой за счет изгиба оси расстояние внизу колесной пары уменьшается на 2 мм.

Колеса железнодорожных вагонов бывают цельнокатанные и сборные (бандажные); последние состоят из центра, бандажа и заводного кольца. Основным типом вагонных колес являются цельнокатанные. Локомотивные колеса - бандажные.

Два колеса, глухо насаженные на одну ось, называют колесной парой.

При движении ж. д. экипажа по рельсам часть осей, закрепленных в общей раме вагона или тележки, остается всегда параллельной друг другу. Расстояния между крайними осями экипажа, которые сохраняют параллельность при движении в прямых и кривых участках пути, называют жесткой базой экипажа. Чем длиннее жесткая база экипажа, тем труднее он вписывается в кривую, особенно малого радиуса. Следует отличать колесную базу экипажа от его жесткой базы. В четырех-, шести- и восьмиосных вагонах жесткая база гораздо меньше колесной базы. В двухосном вагоне эти размеры совпадают. Жесткая база экипажей может включать две оси у двухосных, четырехосных и восьмиосных вагонов и три оси - у трехосных тележек шестиосных вагонов или электровозов.

Колеса железнодорожных экипажей имеют коническую форму поверхности катания, которая нужна по двум главным причинам: чтобы обеспечить плавность движения и не допустить образования седлообразного (желобчатого) износа колес. Если одно такое колесо катится по рельсу меньшим кругом, а другое колесо этой же оси - большим кругом, то последнее колесо будет опережать первое. Возникает виляющее движение колесной пары. Однако колесные пары в основном занимают среднее положение. Как только колесная пара выходит из среднего положения, она сейчас же стремится вернуться к этому положению, чего не было бы при цилиндрической обточке колес, которые при этом не обеспечивали бы плавность движения по любой неровности (в плане или профиле).

Коничность колес имеет некоторые недостатки. Она приводит к вилянию экипажей и является одной из причин проскальзывания колес, особенно в кривых. Из-за коничности колес рельс приходится ставить с подуклонкой. Необходимость подуклонки рельсов связана также с тем, что гребни колес расположены внутри колеи и, следовательно, средняя динамическая равнодействующая давления колеса на рельс не вертикальна, а наклонена наружу колеи. Подуклонка заметно усложняет конструкцию скреплений и повышает расходы на текущее содержание пути. Однако спокойное, плавное и устойчивое движение, которое обеспечивает коничность поверхности катания колес, так важно, что с указанными недостатками приходится мириться.