учебное пособие

-121-

7. ПРОВЕРКА ВАГОНА НА СООТВЕТСТВИЕ УСЛОВИЯМ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ В СОСТАВЕ ПОЕЗДА

7.1. Расчёт устойчивости вагона от вкатывания гребня колеса на рельс под действием продольных сил

После того, как определены основные размерные параметры вагонов, характеристики ходовых частей и ударно-тяговых приборов необходимо произвести некоторые расчёты, выполнение которых связано с оценкой условий безопасного движения конструкции. При действии продольной сжимающей силы N на автосцепки вагона возможно его «выжимание».

Суть выжимания в том, что при определённых условиях и названном виде нагружения может возникнуть такая обезгрузка колёсных пар, при которой произойдёт вкатывание колеса на головку рельса. Этот процесс главным образом зависит от размерных параметров кузова вагона: базы 2l, длины по упорным плитам автосцепок 2Lп, длины по осям сцепления 2Lсц. Кроме того, на устойчивость от выжимания влияют длина а корпуса автосцепки от оси сцепления до конца хвостовика (для СА-3 a=1 м), высота

-122-

hп = 0,8 м от верха головки рельса до плоскости пятника, ha=1,06 м – до оси автосцепки, hц=y0+hхр – до центра тяжести кузова, возвышение hр наружного рельса в кривой, радиус кривой R (принимается R = 250 м), расстояние между кругами катания колес 2S (2S=1,58 м), суммарный поперечный разбег рамы кузова вагона относительно оси пути в шкворневом сечении 2δ0 за счет зазоров и износов (для грузовых вагонов 2δ0=0,05 м).

Помимо геометрических характеристик, на устойчивость влияют величины вертикальных нагрузок от тележки на путь с учетом обезгрузки от сил инерции РТ, вертикальная статическая нагрузка от тележки на путь РТСТ, расчетные продольные усилия, действующие на автосцепки вагона N (для порожнего 4-хосного вагона N=0,5 МН, 8-миосного – N=1,0 МН). В формулу для оценки устойчивости входят и характеристики жесткости рессорного подвешивания одной тележки (вертикальная CВ и горизонтальная СГ). От этих жесткостей зависят Nка и Nкб – продольные критические силы, приводящие к относительному перекосу вагонов и осей автосцепок в плане:

-124-

Коэффициенты перекоса γ и α можно определить по формулам:

Следует иметь в виду, что верхние знаки при нахождении коэффициентов А и В (формула 7.3) относятся к случаю, когда набегающее колесо вкатывается на наружный рельс, а нижнее – к случаю, когда набегающее колесо вкатывается на внутренний рельс. Расчет производится только для порожнего состояния вагона с учетом, что hр=0,15 м и hр = 0, т.е. для двух вариантов.

Исходные данные для определения величины Kус:

1.Геометрические размеры исследуемого вагона: 2l=7,8 м; 2Lсц=12,02 м.

2.Геометрические характеристики, требующие расчета:

а) найдем высоту центра тяжести кузова порожнего вагона относительно головок рельсов, воспользовавшись резуль-

татами расчета п. 2.1, получим hц=1,643+0,907=2,55 м.

б) отыщем половину расстояния между упорными плитами автосцепок по формуле 7.5: Lп=6,01-1=5,01 м.

-126-

8. Найдем значения коэффициентов А и В для случаев проверки вкатывания гребня колеса на наружный и внутренний рельсы, обозначим эти случаи коэффициентами 1 и 2 соответственно. Для сокращения объема расчетов рассмотрим только ситуацию, когда наружный рельс имеет возвышение hр=0,15 м, тогда

-127-

В 0,25 379,4 2 1,155 500 0,025 25,01 1 5,01 0,929 6,01 1 0,25 1,06 2 3,9 1 250 1,58

9. Теперь осталось определить лишь коэффициент запаса от выжимания продольными силами.

– при вкатывании набегающего колеса на наружный рельс:

– при вкатывании набегающего колеса на внутренний рельс:

Вывод:

При прохождении рассматриваемой цистерной кривых участков пути с возвышением наружного рельса над внутренним hр=0,15 м конструкция имеет достаточный запас коэффициента устойчивости. Дополнительные исследования показали, что в случае отсутствия возвышения наружного рельса hр=0, коэффициенты устойчивости принимают значения Kус1=2,731, Kус2=3,279. Это доказывает, что первоначально было рассмотрено наиболее опасное сочетание нагрузок, вызывающих выжимание порожнего вагона в составе поезда.

-128-

7.2. Расчет устойчивости вагона от опрокидывания наружу и внутрь кривой

Опишем определение устойчивости от опрокидывания. При проходе кривых участков пути центробежная сила и, возможно, совпадающее с ней по направлению давление ветра могут опрокинуть вагон наружу кривой, обезгрузив колесо на внутреннем рельсе. Опрокидыванию препятствует противоположно направленная составляющая силы тяжести, обусловленная наличием возвышения наружного рельса.

При малых скоростях движения возвышение наружного рельса и давление ветра, направленное к центру кривой, способствуют обезгрузке колеса на внешнем рельсе, что может вызвать опрокидывание внутрь кривой. И в том, и в другом случае на перечисленные сочетания силовых воздействий может наложиться ряд других факторов силового и конструктивного происхождения, усугубляющий условия работы вагона.

Оценка производится по соотношению:

где РСТ – статическая вертикальная сила давления колеса на рельс, в котором учитывается обезгрузка при действии

-129-

вертикальных составляющих продольных сил приходящихся на автосцепки;

РДИН – динамическая вертикальная сила давления колеса на рельс, в которой учитывается обезгрузка при действии выше перечисленных сил;

[Kус] – допускаемый запас устойчивости от опрокидывания, ([Kус]=1,3 при проверке опрокидывания наружу кривой; [Kус]=1,2 при проверке опрокидывания внутрь кривой).

Определение сил РСТ и РДИН осуществляется по формулам:

где GВ – сила тяжести вагона GВ=(Т+Р)·g, кН; GК, GТ – силы тяжести кузова и тележки, кН;

PNВ вертикальная составляющая продольной силы, действующей на кузов вагона через автосцепку

nт – количество тележек вагона (для мод.15-1443 nт = 2).

-130-

N – продольная квазистатическая сила, действующая на кузов через автосцепку (для четырехосных груженых вагонов и восьмиосных в груженом и порожнем состоянии сила сжатия Nсж = 1 МН, растяжения Nраст = 1,4 МН, для четырехосных порожних и пассажирских вагонов Nсж = 0,5

МН, Nраст = 0,7 МН);

2Lсц – длина вагона по осям сцепления автосцепок, м;

R – радиус расчетной кривой (при оценке опрокидывания наружу кривой R = 650 м, а во внутрь – R = 300 м);

h – разность уровней осей автосцепок вагонов (одинаковая с обоих концов), для этого случая h =0,08 м;

2а – длина оси жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками (2 м – при сжатии и 1,8 м – при растяжении);

2S – расстояние между кругами катания колес, м;

n – число осей вагона, для цистерны мод. 15-1443 n =4;

hц и hЦТ – расстояние от уровня головок рельсов до центров тяжести кузова и тележек вагона, соответственно, hЦТ=0,8 м; hВК и hВТ – расстояние от линии действия равнодействующей давления ветра, соответственно, на кузов и тележку до уровня головок рельсов, м; hВТ = 0,5 м;

Hв, Hк– высота всего вагона и его кузова, соответственно.