Расчет динамических боковых и рамных сил при вписывании вагона в кривых участках пути

1. Расчет динамических боковых и рамных сил при вписывании вагона в кривых участках пути

Наибольшие боковые силы возникают тогда, когда при движении вагона наибольшее допустимое непогашенное ускорение на вагон достигает 0,7 м/с². Это возможно при минимально допустимом для этой кривой возвышении наружного рельса. Его можно определить используя формулу:

Величина действующей на одну тележку поперечной горизонтальной силы:

где m – масса вагона;

а_нет – непогашенное поперечное ускорение;

H_в – сила ветра, действующая на вагон и направленная поперек пути

Принимая a_нет = 0,8 м/с², получим

При действии на вагон продольных сил S, которые могут возникнуть, например при рекуперативном напряжении на шкворень тележки действуют дополнительная сила H_торм которая приближенно равна:

Наибольший угол y можно определить по формуле:

Общее усилие на шкворень в этом случае

где S – продольное усилие в поезде;

2k – расстояние между клиновыми отверстиями автосцепок.

Поскольку, в своем движении по кривой тележка непрерывно вращается вокруг полюса поворота, то образующийся от силы H⁰_брт момент относительно точки О уравновешивается направляющим усилием Y (давление гребня набегающего колеса первой оси тележки на боковую поверхность) поперечными силами трения колес по рельсам.

где P – вертикальная нагрузка, передаваемая колесом рельсу;

m - коэффициент трения колесом по рельсу (принимаем m = 0,25).

Уравнение проекций этих сил имеет вид:

 

Положение центра поворота в общем случае находим методом попыток. Для двухосной тележки по графику [2] определяем расстояние от шкворня до точки О в зависимости от отношения . Из рисунка 4 видно, что

где s₁ = 1,6 м – расстояние между осями рельсов;

l_Т – база тележки (180 см).

Определим направляющее усилие Y

Боковая сила определяется из уравнения

а рамная сила

где

2. Расчет наибольших боковых и рамных сил возникающих при извилистом движении вагона в прямых участках пути и при выходе его в кривую

Наибольшую величину боковой силы Y при извилистом движении в прямом участке определяют по формуле:

где nD=40 мм – зазор между рабочими гребнями колес и рельсами;

J₀ = 0,595*10⁴ – полярный момент инерции тележки относительно вертикальной оси проходящей через центр;

n = 1/20 – наклон образующей конуса и оси;

С_n = 19,1*10⁶ кгс/м – боковая жесткость пути;

j = 0,25 – коэффициент трения поверхности обода по рельсу.

Рамная сила:

Определим боковую силу при входе вагона в кривые участки пути

где

Параметр переходной кривой C_пер следует рассчитывать по заданному радиусу R круговой кривой и l₀ – длине переходной кривой и до ближайшего числа кратного 5000 м²

Рамная сила

3. Расчет наибольших сил инерции необрессореных масс вагона при проходе колесом стыка и движении колеса с ползунами на поверхности катания

Наибольшая величина силы инерции необрессореных масс вагона рассчитывается по формуле:

 

где v_k – cкорость удара колеса о рельс;

C_к = 5*10⁵ кгс/см – контактная жесткость;

m_n = 100 кгс/g – масса пути.

Необходимо предварительно определить скорость удара колес по рельсу. Она равна при движении колес с ползуном

При прохождении стыка, в котором рельсы при прогибе образуют угол g

Часть III

 

Расчеты запасов устойчивости вагона и устойчивости сдвигу рельсошпальной решетки и от схода колес вагона с рельса при действии продольных сил в поезде

Для расчета устойчивости движения колес по рельсу следует определить величины нагрузок, передаваемых на шейки колесной пары P₁ и Р₂.

Кроме статической нагрузки на шейке колесной пары передаются усилия вызванные колебаниями надрессорного строения. Наиболее выгодным положением с точки зрения устойчивости колеса на рельс будет случай, когда в целом колесная пара разгружается колебаниями галопирования и подпрыгивания, а в колебаниях боковой качки обезгружено колесо, набегающее на наружный рельс кривой.

Если общий динамический коэффициент колебаний надрессорного строения равен K_ДО = 0,277, в боковой качки К_бк = 0,09

 

где q = 975 кгс – необрессоренный вес, приходящийся на одно колесо;

P_СТ – нагрузка от колеса на рельс.

Кроме того, за счет действия непогашенного ускорения и ветровой нагрузки произойдет перегрузка шейки колеса идущего по наружной грани нити и разгрузка шейки колеса, идущего по внутренней нитке. Если центр тяжести кузова находится на hц от головки рельса, а центр ветровой поверхности на высоте hв от головки рельса, то момент опрокидывающих сил будет равен:

Момент удерживающих сил

где b – расстояние между серединами шеек колесной пары (203,6 см)

DP₁ – величина нагрузки колеса, идущего по наружному рельсу, или величина разгрузки колеса, идущего по внутреннему рельсу

 

При разности высот автосцепок у соседних вагонов Dh_a=75 мм и при действии на вагон продольных сил S происходит разгрузка тележки, которая равна

Если разница в высоте автосцепок соседних вагонов равна Dh_а, то

где L_в – длинна вагона

k – 6,365 м – половина расстояния между клиновыми отверстиями автосцепок

Так как разгрузки DР₁ и DР₂ распределяются на четыре колеса тележки, то

Зная Р₁, Р₂ и Y_р можно определить коэффициент запаса устойчивости колесной пары по вползанию гребня колеса на рельс

С учетом размеров колесной пары b₁ = 0,228 м; b₂ = 1,808 м; R = 0,475 м; r = 0,075 м

Определение устойчивости пути поперечному сдвигу.

Для определения устойчивости рельсовой решетки поперечному сдвигу при заданных расчетных данных следует применять условие , где

Условие 52279 т £ 210000т соблюдается. Рельсовая решетка устойчива поперечному сдвигу.