Одно из технологических решений в вагоноремонтном хозяйстве по обеспечению безопасности движения

УДК629.4.027.27

МЕЛАНИН В.М.                                                                    МИИТ

ОДНО ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ВАГОНОРЕМОНТНОМ ХОЗЯЙСТВЕ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ

Для обеспечения безопасности движения грузовых вагонов не последнее значение имеет безотказная работа рессорного комплекта тележек модели 18-100. Например, при замене стальных клиньев на чугунные и проводимый в последние годы анализ изломов пружин показывает, что необходимо провести исследования рессорного комплекта [1].

В целях улучшения динамических характеристик грузового подвижного состава необходимо подбирать не  только по высоте и статистическому прогибу пружины, а также исследовать износы трущихся поверхностей фрикционных гасителей колебаний.

Возвышение фрикционного клина Грузового вагона над нижней поверхностью надрессорной балки тележки происходит вследствие износов его трущихся поверхностей. Эти износы уменьшают геометрический объем клина и подклиновая двухрядная пружина поднимает клин вверх, заполняя тем самым пустоту, образовавшуюся вследствие износа трущихся поверхностей.

При этом подклиновая пружина разжимается и тем самым уменьшает нормальные и касательные силы на трущихся поверхностях клина, т.е. изменяются демпфирующие свойства клинового гасителя. Это должно  оказывать влияние на показатели безопасности движения грузового вагона .

В этой связи следует отметить, что на  данном этапе исследования в качестве показателей безопасности рассматривались два показателя, это:

-  величина вертикального подъема колеса относительно головки рельса при его вкатывании на гребень;

-  величина коэффициента запаса устойчивости колеса против схода, которая вычисляется по формуле   ,          (1)

где

     - коэффициент   запаса  устойчивости  от схода,  по Нормам он

             должен быть не меньше, чем 1,2;

     - угол наклона гребня колеса к горизонтали;

      - коэффициент  трения  между  колесом  и   рельсом  в  зоне  их

            контакта;

    и  - соответственно вертикальная сила,  действующая на колесо, и боковая  (рамная) сила, действующая на колесную пару.

С этой целью для выяснения влияния величины возвышения фрикционного клина на отмеченные выше показатели безопасности были проведены многовариантные расчеты, результаты которых представлены на графиках рис.1-4.

На рис.1 показаны зависимости величин максимального вертикального подъема колеса на рельс в диапазоне скоростей 50-90 км/час при различных возвышениях фрикционного клина, принятых 0, 2, 4, 6, 8 и 10 мм.

Максимальный вертикальный подъем колеса на рельсе (мм)

Рис.1

Из приведенных графиков следует, что при нулевом возвышении клина (сплошная линия на рис.1) максимальный подъем колеса имеет место на скорости 80 км/час и составляет 22 мм. Это является опасным по сходу.

 При возвышении клина на 2 мм максимум этой зависимости также находится на скорости 80 км/час, но составляет 16-17 мм., а на 4 мм - имеет место самый благоприятный случай. При этом максимальная величина вертикального подъема колеса на рельсе находится в пределах 6-12 мм в диапазоне скоростей 50-90 км/час.

Однако, при возвышениях фрикционного клина грузового вагона на 6-10 мм имеет место опасность сходов во всем диапазоне скоростей.

Такие же данные, построенные как зависимости вертикального подъема колеса на рельсе от величины возвышения фрикционных клиньев для различных скоростей движения (50-90 км/час), приведены на графиках рис.2.

Максимальный вертикальный подъем колеса на рельсе (мм)

Рис.2

Их результаты подтверждают данные рис.1.

Таким образом, получено, что для порожнего полувагона лучшей с позиций безопасности является величина возвышения фрикционного клина, равная 4 мм. Естественно, что для столь сложной модели не всегда можно объяснить полученные результаты, в данном случае напрашивается следующее объяснение. При колебаниях порожнего полувагона возвышения клина менее 4 мм дают завышенное демпфирование, а при возвышениях клиньев более 4 мм – заниженное. То есть, по величине завышения клина в данном случае определено оптимальное демпфирование для порожнего полувагона.

Анализ устойчивости колеса грузового вагона против схода проводился во всех вариантах расчетов по традиционной методике [2] с использованием коэффициента запаса по формуле (1).

Графики этих процессов показаны на рис.3 и 4. Эти графики хорошо корреспондируются с графиками 1 и 2.

Коэффициент запаса устойчивости колеса против схода

Рис.3

Коэффициент запаса устойчивости колеса против схода

Рис.4

Следует отметить, что при возвышении клина 4 мм коэффициент запаса устойчивости против схода удовлетворяет нормам безопасности во всем диапазоне скоростей (рис 3).

Из приведенных графиков на рис.4 следует, что на скоростях движения порожних полувагонов 50-70 км/час коэффициент запаса устойчивости имеет  безопасные  значения  (более 1,4)  при возвышении фрикционного клина от 0 до 5 мм.

При проведении расчетов в качестве выходных динамических показателей анализировались:

-  коэффициенты вертикальной динамики по шкворню кузова;

-  коэффициенты вертикальной динамики по боковым рамам тележек;

-  коэффициенты горизонтальной динамики по боковым рамам тележек;

-  боковые реакции между колесом и рельсом;

-  рамные силы, действующие от боковых рам на колесные пары;

-  мощности сил трения на ободе и гребне, характеризующие износы колес.

Перечисленные величины даны в виде функций скорости движения при различных возвышениях фрикционных клиньев и в виде функций возвышения клиньев при различных скоростях движения.

Приведенные графики зависимостей динамических показателей порожнего полувагона полученные теоретическим путем при различных величинах возвышений фрикционных клиньев показывают, что возвышение свыше 5 мм является опасным по сходу колеса с рельса и ухудшает перечисленные динамические показатели. Следует отметить, что исследуемый порожний полувагон имел расчетный статический прогиб рессор 7 мм.

Список использованных источников:

1.  Муртазин В.Н., Трошков В.В., Меланин В.М. Исследование рессорных комплектов двухосных тележек модели 18-100 (ЦНИИ-Х3-О)- М., Труды конференции МИИТ, 2001.

2.  2. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона. М., «Транспорт», 1991, 360 с.