севостьянова2
.pdf
Рис. 4.1. Схема свободного вписывания трехосной тележки в кривую
При свободном вписывании имеет место одна направляющая горизонтальная сила У1 в точке В (рис. 4.1) в результате этого на- блюдается минимальное силовое взаимодействие ходовых частей под- вижного состава и колеи, а следовательно, наименьший износ рельсов и колес, а также уменьшаются затраты энергии на движение. Поэтому
свободное вписывание должно быть обеспечено для массового вида экипажей – вагонов.
Вторая – крайняя установка экипажей – при минимальной теорети- чески возможной ширине колеи. При этом полюс вращения О находится посередине жесткой базы. Такая установка тележки экипажа возможна при заклиненном вписывании.
В этом случае колесные пары жесткой базы тележки не имеют ника- кой поперечной свободы, вследствие чего создаются особо неблагопри- ятные условия взаимодействия подвижного состава и рельсовой колеи.
При двухосных тележках поперечные горизонтальные силы У2−н, У1−н, У2−вн, У1−вн соответственно будут иметь место в точках А, В, С, Д (рис. 4.2), при трехосных У3−н, У1−н, У2−вн – соответственно в точках А, В, С (рис. 4.3). В нормальных условиях эксплуатации заклиненное вписы-
вание не допускается.
61
|
b1 |
L |
b1 |
|
|
||
A |
|
fн |
B |
|
|
||
У2-н |
S3 |
λ=L/2 |
У1-н |
|
qmax |
|
|
|
|
O |
|
|
У2-в |
fвн |
У1-в |
|
|
|
|
|
C |
|
D |
R |
b2 |
|
b2 |
|
|
|
|
|
|
L |
|
Рис. 4.2. Расчетная схема положения жесткой базы двухосной тележ- |
|||
ки в кривой для расчета ширины колеи при заклиненном вписывании |
|||
Рис. 4.3. Схема заклиненного вписывания трехосной тележки без
поперечных разбегов осей
62
Промежуточное положение жесткой базы тележки между свободным и заклиненным вписыванием характеризует принудительное вписывание.
В этом случае полюс вращения О будет находиться между осью задней колесной пары и серединой жесткой базы. Направляющие горизонтальные силы будут в точках В, С. Принудительное вписывание допускается в
основном для длиннобазовых экипажей – локомотивов.
Для облегчения вписывания трехосных тележек экипажей в кривые их колесные пары имеют, как правило, поперечные разбеги (смещения) η1 относительно жесткой рамы (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Параметры ходовых частей подвижного состава
|
Конст- |
Радиус |
|
|
Число |
Длина |
Поперечные разбеги |
|||
|
рукцион- |
колеса |
|
|
осей η, мм |
|||||
|
|
|
осей в |
жесткой |
||||||
Тип экипажа |
ная ско- |
по кругу |
|
|
|
|
||||
|
средней у |
|||||||||
|
|
жесткой |
базы |
крайних η1 |
||||||
|
рость V, |
катания |
|
|
базе |
L, см |
трехосной |
|||
|
км/ч |
r, см |
|
|
|
тележки η2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Электровозы |
переменного |
тока |
|
|
|||
ВЛ80, ВЛ80К |
110 |
|
62,5 |
|
|
2 |
|
300 |
1,0 |
— |
ВЛ82М |
ПО |
62,5 |
|
|
2 |
|
300 |
1,0 |
— |
|
Ф |
110 |
|
62,5 |
|
|
3 |
|
46Т |
0 |
0 |
Фп |
160 |
|
62,5 |
|
|
3 |
|
484 |
0 |
0 |
ЧС4т |
160 |
|
62,5 |
|
|
3 |
|
460 |
1,3 |
1,3 |
К |
100 |
|
62,5 |
|
|
3 |
|
495 |
— |
— |
ВЛ65 |
120 |
|
62,5 |
|
|
2 |
|
290 |
1 |
— |
|
Электровозы постоянного тока |
|
|
|||||||
ВЛ23 |
100 |
|
60 |
|
|
3 |
|
440 |
0 |
14 |
ВЛ8 |
80 |
|
60 |
|
|
2 |
|
320 |
2,9 |
— |
ВЛ10 |
100 |
|
62,5 |
|
|
2 |
|
300 |
1,0 |
— |
ЧС1 |
120 |
|
62,5 |
|
|
2 |
|
333 |
0 |
0 |
ЧС2М,ЧС2т |
160 |
|
62,5 |
|
|
3 |
|
460 |
0 |
0 |
ЧСЗ |
120 |
|
62,5 |
|
|
2 |
|
333 |
0 |
0 |
ЧС200 |
220 |
|
62,5 |
|
|
2 |
|
320 |
0 |
0 |
|
|
|
Тепловозы |
|
|
|
||||
ТЭ7 |
140 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
420 |
1,5 |
14 |
ТЭ3, ТЭ30 |
100 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
420 |
1,5 |
14 |
2ТЭ10Л |
100 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
420 |
1,5 |
14 |
2ТЭ10В, 2ТЭ116 |
100 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
370 |
1.5 |
14 |
2ТЭ121 |
100 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
440 |
1,5 |
14 |
ТЭП10 |
140 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
420 |
1,5 |
14 |
ТЭП60 |
160 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
460 |
0 |
19 |
ТЭП70 |
160 |
|
52,5 |
|
|
3 |
|
430 |
1,5 |
14 |
ТЭП75 |
160 |
|
61,0 |
|
|
3 |
|
430 |
1,5 |
14 |
ТГ102К |
120 |
|
61,0 |
|
|
2 |
|
250 |
1,5 |
— |
|
|
|
|
Вагоны |
|
|
|
|||
Грузовой 4-осный |
— |
|
47,5 |
|
2 |
|
185 |
6 |
— |
|
Грузовой 6-осный |
— |
|
47,5 |
|
3 |
|
350 |
2 |
6 |
|
Пассажирский |
— |
|
52,5 |
|
2 |
|
270 |
6 |
— |
|
63
4.2.2. Определение оптимальной ширины колеи
Нормы ширины и уширения рельсовой колеи охватывают понятия от минимально допустимой ширины колеи до максимально допустимой.
Ширина колеи должна отвечать следующим требованиям.
1. Обеспечивать техническую возможность вписывания в кривую са- мого неблагоприятного экипажа, т. е.
S ³ Smin |
= Sз |
æ d |
|
ö |
³ 1512 мм, |
(4.1) |
|
+ ç |
|
min ¸ dmin ÷ |
|||||
|
|
è |
2 |
ø |
|
|
|
где Sз – ширина колеи при заклиненном вписывании; δmin |
– минималь- |
||||||
ный зазор между гребнем колеса и рабочей гранью рельса (для вагонов δmin = 5 мм, для локомотивов δmin = 7 мм) [16, с. 25].
2. Ширина колеи должна быть меньше максимально допустимой во избежание провала колесных пар внутрь колеи [16, с. 28, рис. 15]
S≤ [Smax ] = 1548 мм.
3.Ширина колеи должна быть оптимальной, т. е. обеспечивать сво-
бодное вписывание тележек массового вида экипажей (вагонов), а для длиннобазовых (локомотивов) – принудительное
S = Sопт .
При определении оптимальной ширины колеи за исходную принима- ют схему свободного вписывания. На рис. 4.1 представлена схема тако- го вписывания для трехосной тележки с учетом поперечных разбегов η1
крайних осей.
Для двухосной тележки принципиальная схема сохраняется такой же (без средней оси). Точкой О обозначен полюс вращения тележки. При свободном вписывании он находится на задней оси, и внутреннее колесо этой оси своим гребнем касается внутренней нити кривой, не взаимодействуя с ней.
Оптимальная ширина колеи Sопт , мм, определяется по формуле
|
Sопт = qmax + fн − η1 + 4, |
(4.2) |
где qmax |
– максимальная ширина колесной пары [16, табл. 2]; fн |
– стрела |
изгиба, |
мм, наружного рельса при хорде АВ, АБ = 2(λ + b1) ; η1 |
– попе- |
речный разбег колесной пары; 4 – допуск на сужение колеи. Величина стрелы fн определяется по формуле
64
|
|
(l + b )2 |
|
|
|||
fн |
= |
|
|
1 |
|
, |
(4.3) |
2 |
æ |
S ö |
|||||
|
|
çR + |
2 |
÷ |
|
|
|
|
|
|
è |
ø |
|
|
|
где λ – расстояние от полюса вращения О тележки до геометрической оси первой колесной пары, равное в данном случае длине жесткой базы L, мм; R – радиус кривой, мм; S – ширина колеи, S = 1520 мм; b1 – рас-
стояние от оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом, определяемое по формуле
b1 = |
l(r + t)tgt |
, |
(4.4) |
R + S / 2 - (r + t)tgt |
где r – радиус колеса, мм; t – расстояние от поверхности катания до точ- ки прижатия гребня к боковой грани головки рельса (глубина касания), принимается равным 10 мм; τ – угол наклона рабочей поверхности гребня колеса к горизонту, равный для нового вагонного колеса τв = 60°,
для локомотивных бандажей τлок = 70°; S = 1520 мм.
Значения параметров ходовых частей подвижного состава L, r, η1
представлены в табл. 4.1.
Полученное значение оптимальной ширины колеи Sопт сравнивают с нормативным значением [S] (табл. 4.2). Если Sопт ≤ [S], то принимают нормативную ширину колеи. Если же Sопт окажется больше [S], то необ- ходимо определить минимально допустимую ширину колеи.
|
Нормативная ширина колеи |
Таблица 4.2 |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
План линии |
|
Ширина колеи [S], мм, при шпалах |
|||
|
деревянных |
|
железобетонных |
|
|
|
|
|
|
||
Прямая |
|
1520 |
|
1520 |
|
Кривая R ≥ 350 м |
|
1520 |
|
1520 |
|
R = 349 … 300 м |
|
1530 |
|
1530 |
|
R ≤ 299 м |
|
1535 |
|
– |
|
4.2.3. Определение минимально допустимой ширины колеи
Для расчета минимально допустимой ширины колеи определяется ширина колеи при заклиненном вписывании Sз с использованием рас-
четных схем, показанных на рис. 4.2, 4.3, 4.4.
65
Рис. 4.4. Схема заклиненного вписывания трехосной те- |
лежки с поперечными разбегами осей |
Учитывая, что заклиненное вписывание не допускается, полученную ширину колеи Sз увеличивают на величину, равную dmin ¸ dmin / 2, где dmin
для вагонных колес 5 мм, для локомотивных – 7 мм [16, табл. 2].
Для двухосной тележки (см. рис. 4.2) минимально допустимую шири- ну колеи Smin , мм, определяют из выражения
Smin |
= Sз |
æ |
¸ |
d |
|
ö |
= qmax |
+ fн - fв |
- åh1 |
æ d |
|
ö |
+ 4 , (4.5) |
+ ç dmin |
|
min ÷ |
+ ç |
min ¸ dmin ÷ |
|||||||||
|
|
è |
|
|
2 |
ø |
|
|
|
è |
2 |
ø |
|
где fн и fв – стрелы изгиба наружной и внутренней нитей кривой, отсчиты-
ваемые соответственно от хорд АВ и СD, проведенных через точки каса- ния колес с наружной и внутренней нитями; 4 – допуск на сужение колеи.
Величины fн и fвн определяются по формулам:
|
f = (L / 2 + b1)2 ; |
|
||||||
|
|
н |
2(R |
+ S / 2) |
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
f = |
(L / 2 - b |
2 |
)2 |
; |
|
||
|
|
в |
2(R |
- S / 2) |
|
(4.6) |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
L / 2(r + t)tgt |
|||||
b1 = |
|
|
; |
|||||
|
R + S / 2 - (r + t)tgt |
|||||||
b2 = |
|
|
L / 2(r + t)tgt |
. |
||||
|
R - S / 2 + (r + t)tgt |
|||||||
|
|
|
||||||
66
Для трехосной тележки следует рассматривать два случая.
1. Трехосная тележка не имеет поперечных разбегов осей (см. рис. 4.3). В этом случае трехосная тележка будет заклинена в точках А, В и С и
ширина колеи Smin определится выражениями
|
|
Smin |
= Sз |
+ |
æ |
|
d |
|
ö |
; |
|
|
|
|
|
ç d ¸ |
|
min ÷ |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
2 |
ø |
|
|
(4.7) |
|
|
|
|
|
|
|
æ d ¸ dmin |
ö |
|||||
S |
min |
= q |
+ f |
+ 4 + |
£ [S]. |
||||||||
|
max |
н |
|
|
|
ç |
|
|
2 |
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
ø |
|
|
2. Трехосная тележка имеет поперечные разбеги осей (рис. 4.4). Вначале определим сумму поперечных разбегов осей (табл. 4.1)
åhi = h1 + h2, |
(4.8) |
где η1 – разбег крайних осей тележки; η2 – разбег средней оси тележки. Сравним åhi c величиной fв , полученной по формуле (4.6).
Если åhi ³ fв , то тележка будет заклинена в точках А, В, С и D и ши- рина колеи Smin определится выражением
S |
min |
= q |
+ f |
- f + 4 + |
æd |
min |
¸ dmin ö £ [S]. |
(4.9) |
|||||
|
|
max |
н |
в |
|
ç |
|
|
|
÷ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
2 ø |
|
Если åhi < fв , то тележка будет заклинена в точках А, |
В и С (см. |
||||||||||||
рис. 4.3). Ширина колеи Smin в этом случае |
|
|
|
|
|||||||||
S |
min |
= q |
+ f |
+ 4 + æd |
min |
¸ dmin |
ö |
£ [S]. |
(4.10) |
||||
|
max |
н |
ç |
|
2 |
÷ |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
ø |
|
|
||
Полученное значение Smin необходимо сравнить с нормативной ши-
риной колеи [S] для принятого радиуса R кривой (табл. 4.2).
Если Smin < [S], то принимается нормативная ширина колеи. Во всех случаях минимально допустимая ширина колеи Smin не должна превы- шать максимальную ширину Smax , установленную ПТЭ и равную 1535 мм. Если же по расчетам окажется, что Smin > Smax , то необходимо увеличить радиус кривой, а при R ≤ 150 м предусмотреть установку контррельсов.
67
4.3. Нормы и допуски ширины колеи
Номинальная ширина рельсовой колеи на прямых и кривых участках измеряется на уровне 13 мм от поверхности катания колеса по рельсу.
Уширение рельсовой колеи в кривых осуществляется сдвижкой внутренней нити к центру кривой.
Переход от нормальной ширины колеи на прямой к ширине колеи на круговой кривой осуществляется в пределах переходной кривой, а при ее отсутствии – на прямой с номинальным отводом 1 мм/м (т. е.
iотвода = 1ооо ).
В настоящее время на дорогах России одновременно действуют нормы ширины и уширения рельсовой колеи на линиях с номинальным размером ширины колеи S = 1520 мм и 1524 мм. Это связано с тем, что
нормы ширины колеи в кривых для колеи с номинальным размером 1520 мм рассчитаны с учетом обеспечения свободного вписывания массового вида экипажей – грузовых четырехосных вагонов с жесткой базой L = 1850 мм и принудительного вписывания длиннобазовых эки-
пажей – локомотивов.
На участках железнодорожных линий, где комплексная замена рель- сошпальной решетки не производилась с 1970 г., допускается на прямых и кривых участках пути радиусом более 650 м оставить номинальный размер ширины колеи 1524 мм, а в кривых менее 650 м оставить уши- ренную ширину колеи. Это связано с тем, что в те годы массовый вид экипажей – двухосные вагоны – имели длину жесткой базы L = 3890 мм,
поэтому чтобы обеспечить свободную установку тележек с такой жест- кой базой, требовалось уширение колеи, начиная с кривой R ≤ 650 м.
На участках железнодорожных линий и путях, где комплексная заме- на рельсошпальной решетки не производилась, с 1970 г. допускается на прямых и кривых участках пути радиусом более 650 м номинальный размер ширины колеи 1524 мм.
Действующие нормы ширины колеи приведены в табл. 4.2.
В кривых радиусом от 650 до 450 м ширина колеи – 1530 мм; от 449
до 350 м – 1535 мм; от 349 и менее – 1540 мм.
Ширина колеи [Smax ] = 1548 мм; [Smin ] = 1512 мм, а на участках с желе- зобетонными шпалами выпуска до 1996 г. [Smin ] = 1510 мм – это пре-
дельно допускаемые размеры ширины колеи, обеспечивающие безо- пасный пропуск подвижного состава при условии исправного железно-
дорожного пути. При ширине колеи 1549 мм и более и 1511 мм и ме-
нее перегон закрывается для движения поездов.
При наличии бокового износа головки рельсов в кривых радиусом 1200 м и менее величина отклонения по уширению, не требующая уст-
68
ранения, может быть повышена на величину фактического износа внут- ренней грани головки рельса наружной нити, но не более чем на 15 мм. При этом ширина колеи не должна превышать значений, установленных для III степени отступления по ширине колеи [2, табл. 3.1].
При скорости движения 50 км/ч и более допускаются отклонения (до- пуски) по уширению +8 мм и по сужению −4 мм, на участках со скоро-
стью движения не выше 50 км/ч – соответственно до +10 и −4 мм.
На участках сопряжения прямой с кривой, имеющих разные номи- нальные размеры ширины колеи, переход от одной ширины к другой осуществляется в пределах переходных кривых, а при отсутствии их на прямой – с номинальным уклоном отвода iотвода = 1ооо (1 мм на 1 пог. м).
4.4. Примеры расчета ширины колеи
Пример 4.1. Определить необходимую ширину рельсовой колеи в кривой радиусом R = 300 м для пропуска локомотива ВЛ80, имеющего
колеса r = 625 мм, двухосные тележки с жесткой базой L = 300 см, попе- речные разбеги η1 = 1мм . Максимальная ширина колесной пары
qmax = 1509 мм.
Оптимальная ширина колеи определяется по формуле (4.2)
|
|
Sопт |
= qmax + fн − ηi + 4 мм. |
|
||||
Величина стрелы fн |
(см. рис. 4.1 без средней оси) определяется по |
|||||||
формуле (4.3): |
|
|
|
|
|
|
|
|
b1 = |
l(r + t)tgt |
|
= |
3000(625 + 10)2,747 |
= 18 мм; |
|||
R + S / 2 - (r + t)tgt |
300000 + 1520 |
/ 2 - (625 + 10)2,747 |
||||||
где t = 10 мм ; tgτ = tg70° = 2,747 ; S = 1520 |
мм. |
|
||||||
|
fн |
= |
|
|
(3000 + 18)2 |
|
= 15 мм; |
|
|
2 ×(300000 + 760) |
|
||||||
|
|
|
|
|
||||
Sопт = 1509 + 15 -1+ 4 = 1527 мм.
Таким образом, требуемая оптимальная рельсовая колея в кривой 300 м не противоречит требованиям ПТЭ: [S] = 1530 мм.
Пример 4.2. Исходные данные взяты из примера 4.1 за исключением типа электровоза, необходимо определить ширину колеи для пропуска
электровоза |
ЧС2м, имеющего трехосные тележки |
с жесткой базой |
||
L = 460 см, поперечные разбеги равны 0. |
|
|||
Расчет: |
b1 = |
4600(625 + 10)2,747 |
= 27 мм; |
|
300000 + 1520 / 2 - (625 + 10)2,747 |
||||
|
|
|
||
69
fн |
= |
|
(4600 + 27)2 |
= 36 мм; |
|
2 |
×(300000 + 760) |
||||
|
|
|
Sопт = 1509 + 36 + 4 = 1549 мм > 1530 мм.
В связи с тем что требуемая оптимальная ширина колеи для свобод- ного вписывания электровоза ЧС2м в кривую R = 300 м получилась
больше установленной ПТЭ [4], следует определить минимальную ши- рину колеи. Для этого воспользуемся расчетной схемой (см. рис. 4.3),
так как трехосная тележка заданного локомотива не имеет поперечных разбегов. По формуле (4.6) рассчитываем b1 и fн :
b1 = |
L / 2(r + t)tgt |
= |
|
4600 / 2 ×(625 + 10)2,747 |
= 13 мм; |
|
R + S / 2 - (r + t)tgt |
300000 + 1520 / 2 - (625 + 10)2,747 |
|||||
|
f |
= |
(4600 / 2 + 13)2 |
= 9 мм; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
н |
|
2(300000 + 760) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Smin = 1509 + 9 + 4 + 3,5 = 1526 мм < 1530 мм.
Таким образом, в кривой радиусом 300 м следует установить ширину колеи S = 1530 мм, при этом вписывание электровоза ВЛ80 будет сво-
бодным, а электровоза ЧС2м – принудительным.
Вывод. В кривых участках пути чрезвычайно важно установить раз- мер ширины колеи, который бы обеспечивал безопасный пропуск любо- го вида экипажа с минимальным силовым воздействием на путь. В лек- ции даны понятия о видах вписывания тележек в кривые. Приведен по- рядок определения оптимальной ширины колеи, обеспечивающей в кри- вой конкретного радиуса свободное вписывание (с одной точкой контак- та колеса с рельсом) массового вида экипажа – грузовых вагонов с же- сткой базой L = 1850 мм и принудительное – длиннобазовых экипажей
(локомотивов). Приведены примеры расчетов ширины колеи, нормы и допуски, действующие в настоящее время на дорогах России.
Контрольные вопросы
1.Что понимается под термином «вписывание (установка) подвижно- го состава»?
2.Какие виды вписывания вы знаете?
3.Какой вид вписывания используется для определения норм шири- ны колеи?
4.Начертите схему свободного вписывания трехосной тележки в кривую.
5.Назовите требования, которым должна отвечать ширина колеи.
6.Что понимается под термином «оптимальная ширина колеи»?
70