Пояснительная записка (1219992), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

2.3 Технические характеристики тележек тепловозов ТГ16 и ТГ16М

Технические характеристики тележек тепловозов ТГ16 и ТГ16М приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Технические характеристики тележек тепловозов ТГ16 и ТГ16М

3 СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ТОЧКЕ КОНТАКТА КОЛЕСА И РЕЛЬСА

Взаимодействие колеса и рельса является физической основой движения подвижного состава по железным дорогам. От параметров этого взаимодействия во многом зависят безопасность движения и основные технико-экономические показатели хозяйств пути и подвижного состава. Так, в частности, потери энергии, обусловленные изнашиванием в системе колесо-рельс, составляют 10–30 % расходуемых на тягу поездов топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, расходы на реновацию рельсов и колесных пар составляют немалую часть общих расходов дистанций пути и локомотивных и вагонных депо соответственно. Особенно большие издержки в связи с этими расходами терпят локомотивные депо, поскольку за последние полвека средний срок службы локомотивной колесной пары существенно сократился.

Показатели безопасности движения определяют условия нормального направления колес рельсовой колеёй, отсутствие поперечных остаточных деформаций (сдвижки) пути, запасы прочности рельсов и деталей ходовых частей [1].

Рассмотрим основные показатели.

3.1 Устойчивость колеса против схода с рельсов

Передние колеса тележек при движении по прямым или кривым участкам пути набегают своими гребнями на боковые грани головок рельс рисунок 3.1, а. Угол набегания в крутых кривых может достигать 0,01 рад и более. Место контакта гребня с головкой рельса находится впереди вертикали, проходящей через центр оси, величина предварения касания определяется по формуле

, (3.1)

где – радиус колеса, соответствующий точке контакта колеса и рельса;

– угол наклона образующей гребня бандажа, рисунок 3.1, а.

В точке контакта колеса и рельса возникает нормальная сила реакции рельса на давление гребня (сила давления гребня) рисунок 3.1, б. Ее вертикальная составляющая стремится вынудить вращающееся колесо перемещаться вверх по боковой поверхности рельса, а горизонтальная составляющая (направляющая сила) направляет экипаж в рельсовой колее.

Под действием силы левое колесо стремится соскользнуть вниз, однако этому препятствует сила трения, которая определяется по формуле

, (3.2)

где – коэффициент трения.

Кроме направляющей силы , приложенной к гребню бандажа, на колесную пару действует еще реакция рамы – рамная сила. Горизонтальную реакцию колеса на рельс называют боковой силой (сила, приложенная к боковой грани головки рельса).

Очевидно, что колесо не будет подниматься вверх по рельсу, если сумма сил меньше П. В связи с этим вводят коэффициент запаса устойчивости колеса против схода с рельсов, который рассчитывается по формуле

. (3.3)

Допустимое значение коэффициента принимается .

Вкатывание гребня колеса на рельс может произойти только при положительном угле набегания α колесной пары. Этот процесс заключается в следующем. При качении колеса по рельсу мгновенный центр скоростей располагается в точке контакта колеса и рельса. Гребень колеса, набегая на рельс точкой рисунок 3.1, скользит по нему, воспринимая нормальную реакцию со стороны рельса и силу трения Т, противоположную скорости скольжения. Вертикальные составляющие этих сил и разгружают поверхности катания колеса и рельса и уменьшают сцепление между ними. При некоторой боковой силе поверхности катания колеса и рельса разгружаются, и сцепление переходит в точку , которая становится мгновенным центром скоростей. В результате колесо начинает катиться поверхностью гребня по кромке рельса, не соскальзывая вниз, и если угол набегания остается положительным, а изменение сил, действующих на колесо, не вызовет нарушение сцепления в новой точке контакта, то такое качение приведет к вкатыванию гребня колеса на поверхность рельса и последующему сходу колесной пары [2].

а

б

вид А

П_Л

П_П

П_Л + П_П

Т_Л = μN_Л

Н

Н

Т_П = μN_П

N_П

β

β

N_г

Y_H

T

T_V

N_г

Y_H

Н

П

V

κ

κ

V

ω_r

ε

κ

α

Н

Н

A

Y_H

V

Рисунок 3.1 – Устойчивость колеса против схода с рельсов

3.2 Устойчивость пути против сдвига в плане

Возникающие при движении локомотива рамные силы являются внешними по отношению к пути силами, стремящимися сдвинуть путь (рельсы и шпалы), что может также приводить к сходу подвижного состава с рельсов.

Сопротивление пути сдвигу в плане, рисунок 3.2, а, определяется двумя факторами: сопротивлением балласта , передаваемым на торец шпалы, и трением подошвы шпалы о балласт .

П_П

П_Л

Y_P

R_б

2Пμ₁

0

R_б

R_П

2П

α

tgα = μ₁

а

б

Рисунок 3.2 – К определению запаса устойчивости пути против сдвига в плане: а – схема для определения сопротивления сдвигу пути; б – зависимость сопротивления пути сдвигу от нагрузки на ось

Поскольку сила трения зависит от нагрузки на ось, сопротивление также зависит от нагрузки на ось рисунок 3.2, б, и определяется по формуле

. (3.4)

Коэффициент запаса устойчивости пути против сдвига в плане представляет собой отношение удерживающих сил (силы трения подошвы шпал о балласт и силы сопротивления балласта ) и сдвигающих (рамные силы ) [3].

Эксперименты показывают, что сдвиг пути может наступить, если рамная сила превышает 40 % осевой нагрузки . В отечественной практике принято оценивать устойчивость пути против сдвига в плане по формуле

. (3.5)

Допустимое значение коэффициента принимается .

3.3 Устойчивость пути по ширине колеи

Этот показатель характеризует качество крепления рельса к шпале. Невыполнение этого условия вызывает отрыв рельса от шпалы и, как следствие, уширение (расшивку) рельсовой колеи. Условие устойчивости записывается в виде отношения

, (3.4)

где – допустимое боковое давление рельса на шпалы, равное 40–45 кН.

3.4 Упругое проскальзывание (псевдоскольжение или крип)

При передаче вертикальной силы от колеса на рельс возникает малая зона контакта с большими удельными давлениями – контактное пятно. В этом контактном пятне происходят упругие деформации. Если к колесу не приложены вращающий момент или горизонтальная сила рисунок 3.3, то пятно (зона контакта) симметрично относительно вертикальной оси . Зону контакта определяют на основе теории упругости (задача Герца). Площадь контакта представляет собой эллипс. Полуоси эллипса (размер эллипса) зависят от радиусов кривизны контактирующих тел; нормального давления в зоне контакта; упругих постоянных этих тел (модуля упругости и коэффициентов Пуассона). При приложении вертикальной нагрузки П к колесу объемная эпюра нормального давления на рельс представляет полуэллипсоид, причем наибольшее давление находится в геометричес­ком центре контактного пятна, рисунок 3.3, в [8].

а

б

в

П

x

x

z

y

z

z

Рисунок 3.3 – Деформация колеса в зоне контакта при действии
вертикальной силы на колесо: а – в плоскости xz; б – в плоскости yz;
в – объемная эпюра нормальных давлений

3.5 Силы крипа

Касательные силы по площадке контакта, действующие на колесо, имеют проекцию на горизонтальную ось пути, направленную в сторону движения. Равнодействующую этих внешних сил называют силой крипа (в теории тяги поездов – силой сцепления) [8].

Cилы крипа имеют большой разброс. Причиной этого являются вибрации, загрязнения поверхностей катания, температура, влажность и т. д. Поэтому значения коэффициента крипа могут изменяться в широких пределах. На основе лабораторных опытов установлено, что для верхней оценки можно использовать следующую формулу

. (3.5)

Нижний предел коэффициента крипа можно определять по формуле:

. (3.6)

4 МОДЕЛЬ ВПИСЫВАНИЯ ТЕЛЕЖКИ ЛОКОМОТИВА ТГ16 И ТГ16М В КРИВОЙ УЧАСТОК ПУТИ

Движение подвижного состава в кривом участке пути связано с изменением направления его скорости. Даже при постоянной скорости, движение отдельных частей подвижного состава происходит с ускорением, направленным по нормали к кривой. Это ускорение возникает под действием внешних сил – поперечных реакций рельсов на колесные пары, называемые направляющие силы. Такие силы, особенно в кривых малого радиуса, могут в несколько раз превосходить силы, возникающие при боковых колебаниях подвижного состава на прямых участках пути. К тому же на прямых участках пути эти силы достигают больших значений лишь на коротких отрезках пути, где гребни колес набегают на рельсы. В кривых с радиусом менее 600 м гребни колес при их движении могут быть прижаты на всем протяжении кривой, поэтому основными зонами выхода из строя рельсов и колесных пар являются кривые участки пути, особенно малого радиуса.

4.1 Особенности рельсовой колеи в кривых участках пути

При прохождении подвижного состава по кривым участкам путь испытывает значительные дополнительные воздействия от колес. Чтобы избежать резких ударов гребней колес о рельсы при входе поезда в кривые, значительных перегрузок наружных рельсовых нитей из-за появления центробежных сил, облегчить вписывание подвижного состава в кривые и прохождение по ним: увеличивают ширину колеи в круговой кривой; наружные рельсовые нити располагают выше внутренних (согласно ПТЭ максимальное возвышение рельса в кривой: для колеи 1067 мм составляет 105 мм; для колеи 1520 мм составляет 150 мм); в местах сопряжений прямых участков пути с кривыми устраивают переходные кривые (переходная кривая представляет собой кривую с изменяющейся кривизной оси, т.е. радиус изменяется от бесконечности до радиуса круговой кривой, в пределах этой кривой происходит плавное уширение колеи и плавное возвышение наружного рельса); уменьшают расстояния между шпалами [10].

Характеристики

Список файлов ВКР