Управление отказами бесстыкового пути из-за избыточного возвышения наружного рельса в кривых

Петербургский

Государственный Университет

Путей Сообщения

Лабораторная работа № 2:

«Управление отказами бесстыкового пути из-за избыточного возвышения наружного рельса в кривых»

Выполнил  студент

гр. С-502

Н         

г. Санкт-Петербург

2008 г.

Исходные данные

Таблица 2.1.

Практическое задание

1. Определить длину продольного скольжения при:

2. Выбрать необходимый радиус кривой для предупреждения продольного скольжения при:

3. Определить величину дополнительного сопротивления движению в кривых при:

- а) избыточном возвышении рельса:

- б) недостаточном возвышении:

4. Выполнить перерасчёт возвышения наружного рельса по соответствующим формулам (доля пассажирских поездов превышает 10%).

Расчёт параметров скольжения гребня по боковой грани головки наружного рельса из-за избыточного возвышения

В кривых участках пути наружная рельсовая нить длиннее внутренней. Если бы колёса были цилиндрическими, то из-за жёсткой насадки на оси неизбежное продольное скольжение их по рельсам соответствовало бы разнице длин наружной и внутренней нитей.

Гребень первой колёсной пары по ходу тележки прижат к головке наружного рельса.

Поскольку колёса конические, с наклоном обода 1:n, то у первой по ходу оси тележки продольное скольжение одного из колёс меньше, чем разница длин обеих рельсовых нитей. Когда диаметры колёс равны, длина пути такого скольжения  на протяжении кривой L определяется по формуле

  (1)

где R – радиус кривой;

S – расстояние между местами контакта обода с наружным и внутренним рельсами;

 - зазор между гребнем и боковой гранью головки рельса при сцентрированном положении колёсной пары в колее (суммарный зазор );

 - средний радиус среднего круга катания правого и левого колёс колёсной пары;

n – коничность (наклон) образующей обода колеса;

L – длина кривой.

Первый член правой части уравнения (1) – это разница длин наружной и внутренней рельсовых нитей, второй член – разница развёрнутых длин кругов катания наружного рельса на том же протяжении L кривой.

Результаты расчёта по формуле (1) показаны на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Поле размеров продольного скольжения :

1 – при новых колёсах (1/n=1/20); 2 – при изношенных колёсах (1/n=1/∞)

Если в кривой возвышение недостаточное, то все колёса будут скользить по внутреннему рельсу. Поскольку гребни к нему не прижаты, от продольного скольжения изнашивается только верхняя часть головки рельсовой внутренней нити. Если же в кривой возвышение избыточное, то неизбежно продольное скольжение колёс по наружной нити. В связи с тем, что к этой нити гребни более 50 % колёс прижаты, происходит продольное скольжение гребней боковой грани одновременно с круговым скольжением.

Для предупреждения продольного скольжения необходимо, чтобы соблюдалось равенство:

       (2)

0,001=0,001 – равенство соблюдается.

Расчёт дополнительного сопротивления в кривых

Формула (2) определяет единственное соотношение R,  , S, когда колёсная пара может пройти через всю кривую без схода, т.е. без продольного скольжения. 

В остальных случаях почти на всех кривых радиусом меньше 1000 м колёсная пара после вкатывания с центрированной силой  в кривую перекашивается и проваливается внутрь колеи по схеме, показанной на рис. 2.2, положение 3. Чтобы этого не произошло, силу  необходимо переместить на расстояние  в сторону наружного рельса (см. рис. 2.2, положение 4). При этом сопротивление движению колёсной пары повысится на величину, обусловленную сопротивлением продольному скольжению

      (3)

где  - коэффициенты трения обода по верху головки рельса и гребня по боковой его грани соответственно;

Р, Н – вертикальная нагрузка колеса на рельс и горизонтальная (поперечная) сила прижатия гребня к боковой грани головки соответственно.

При избыточном возвышении, т.е. если сопротивление скольжению по наружному рельсу меньше, чем по внутреннему, начинается продольное скольжение колеса по наружному рельсу в направлении движения. Если же сопротивление скольжению меньше по внутреннему рельсу (недостаточное возвышение), то наступает скольжение в виде проворачивания (буксования) внутреннего колеса по этому рельсу.

Применительно к тележкам вагонов дополнительное сопротивление движению в кривых, обусловлено продольным скольжением одного из колёс каждой колёсной пары, определяется по формулам:

- при избыточном возвышении рельса

     (4)

где  коэффициент трения скольжения обода по верху головки наружного рельса;

 вертикальная нагрузка первого и второго колёс колёсной пары при избыточном возвышении соответственно;

 горизонтальные  поперечные силы в контактах колёс колёсной пары и поверхностей катания рельсов;

- при недостаточном возвышении

     (5)

где  коэффициент трения скольжения обода по верху головки внутреннего рельса;

 вертикальные нагрузки колёс колёсной пары на рельсы.

Рис. 2.2. Схема колёсной пары с центрированной (1,2,3)

 и смещённой (4) силой

 дополнительное сопротивление из-за скольжения

Перерасчёт возвышения рельса и принятия решения по ликвидации его избытка

При подготовке пути к ремонту – капитальному, среднему и подъёмочному – целесообразно пересчитать возвышение  и ликвидировать его избыток. Там, где доля пассажирских поездов превышает 10 %, расчёт надо вести с учётом фактических скоростей только грузовых поездов по известной формуле

     (6)

где - возвышение наружного рельса, мм;

- средняя фактическая скорость, км/ч;

- радиус кривой, м;

- безразмерный коэффициент управления отказами в кривых.

Рекомендуется  в кривых с  В кривых с   В кривых с  рекомендуется

Проверять, удовлетворяет ли принятое возвышение рельса комфорту пассажиров, следует по формуле:

     (7)

где  фактическая максимальная скорость движения пассажирских поездов в кривой.

 условие (7) выполняется.