Сторінка 2 з 9
ПРИСТРІЙ РЕЄЛЬНОЇ КОЛІЇ В КРИВИХ ДІЛЯНКАХ ШЛЯХУ
Залізнична колія в кривих ділянках має такі особливості:
- розширення рейкової колії при радіусах менше ніж 350 м;
- по зовнішній рейковій нитці кривої влаштовується піднесення;
- Прямі ділянки з круговими кривими з'єднуються перехідними кривими. Перехідні криві влаштовуються між кривими різних радіусів;
- по внутрішній рейковій нитці кривою для забезпечення розташування стиків навпроти один одного укладаються укорочені рейки;
- у кривих ділянках шляху на двоколійних лініях влаштовуються розширені міжколії. Поширення здійснюється у межах перехідних кривих.
Ширина колії має забезпечувати вписування в криву всіх масових екіпажів. Це вписування має бути найбільш сприятливим та близьким до вільного. Згідно з ПТЕ, ширина колії в кривих в залежності від радіусу встановлена в наступних розмірах:
- при R = 350 м та більше 1520 мм;
- за R = 349...300м 1530мм;
- при R = 299 м та менше 1535 мм.
За завданням радіус кривої R=400 м, відповідно, ширина колії 1520 мм.
Наведені норми встановлені розрахунками щодо вписування залізничних екіпажів у криві. У шляховій практиці незважаючи на затверджені норми часто виникає необхідність визначення ширини колії (перепустка по ділянці спеціального рухомого складу, проектування нового рухомого складу, в тому числі і колійних машин). Ширину колії доцільно визначати з двох розрахункових схем, що відображають два крайні випадки (схеми вільного та заклиненого вписування). Будь-яке інше положення екіпажу буде проміжним.
ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ШИРИНИ Рейкової колії
За розрахункову схему визначення оптимальної ширини колії приймають схему вільного вписування, при якій залізничний екіпаж своїм зовнішнім колесом передньої осі жорсткої бази притискається до зовнішньої кривої рейки, а задня вісь жорсткої бази займає радіальне положення. При цьому центр обертання екіпажу знаходиться на перетині радіусу з поздовжньою геометричною віссю екіпажу.
Відповідно до завдання, по таблиці визначаємо колісну формулу для тепловоза ПЛ 60. Його технічні характеристики:
- діаметр колеса 1250 мм
- колісна формула 3-3
- довжина твердої бази 4600 мм
- відстань між осями 2300-2300 мм
- поперечні розбіги осей:
- +- 1 мм
- +- 15.5 мм
- +- 1 мм
Спираючись на вищезгадані відомості, вибираємо схему вписування рис. 2
Рис. 2 Схема визначення оптимальної ширини колії при вільному вписуванні тривісної жорсткої бази з поперечними розбігами осей.
З наведеної схеми видно, що ширина колії, що шукається.
Sопт = qmax + fн - ζ + 4, (1.1)
де qmax - максимальний розмірколісної колії,
qmax = Tmax + 2dmax + 2μ; (1.2)
Т – насадка коліс; згідно з ПТЕ, Т = 1440 6 З мм, її максимальне значення Тmax = 1443 мм;
d – товщина гребеня бандажу, dmax = 33 мм;
μ - потовщення гребеня бандажа в перерізі, розташованому вище за розрахункову площину; для вагонних коліс μ = 1 мм; для локомотивних μ = 0;
fн - стріла вигину зовнішньої рейкової нитки, виміряна від хорди АВ; визначається за формулою
де - відстань від геометричної осі першої колісної пари до центру обертання екіпажу;
R - радіус кривої осі шляху;
b - відстань у плані від геометричної осі колісної пари до точки торкання гребенем колеса головки рейки,
де r – радіус колеса по колу катання;
τ - кут нахилу гребеня колеса до горизонту; для вагонів = 60°, для локомотивів = 70°;
ζ - геометрична величина, яка виникає при вписуванні як двовісних, так і тривісних екіпажів з поперечними розбігами осей і яка в залежності від величини ∑η і співвідношення між ∑η і fв може набувати різних значень
Тут ∑η - сума поперечних розбігів осей екіпажу, які впливають вписування; так, при вільному вписуванні тривісної жорсткої бази - лише розбіг крайніх осей. У цьому випадку формула 3.1 справедлива лише за умови, що поперечний розбіг середньої осі не менший за розбіги крайніх осей, тобто η1≤η2≥η3. У сучасних локомотивах ця умова виконується; поперечні розбіги різних осей коливаються не більше від 0 до 22 мм і навіть більше є паспортними характеристиками екіпажів; fв - стріла вигину внутрішньої рейкової нитки, виміряна від хорди A1B1; визначається за формулою
Цей вираз відрізняється від формули (1.3) лише знаком перед величиною b.
Величина ζ може приймати такі значення:
а) якщо ∑η = 0, то ζ = 0, тобто вписування відбувається за відсутності поперечних розбігів (рис. 3.1);
б) якщо ∑η< fв, то ζ = ∑η, т.е. в формулу (1.1) вместо ζ подставляется численное значение суммы поперечных разбегов; при этом внутренний гребень колеса передней оси еще не касается внутреннего рельса. В этом случае выражение (1.1) примет вид
Sопт = qmax + fн - ∑η +4;, як видно 2<26.2, значит ζ=2.
Sопт = 1509 +26.6-2 +4 = 1537.6 мм
За підсумками цього розрахунку 1537,6мм >1520 мм, отже вільне вписування у умовах не забезпечено, слід перейти до визначення мінімально допустимої ширини колії.
У кривих ділянках колії рухомий склад відхиляється від вертикальної осі колії (див. рис. 5.1). Чим крутіший (менший) радіус кривої, тим більше піднесення зовнішньої рейки над внутрішньою h, а, отже, більший кут відхилення s від осі шляху. У зв'язку з цим задля забезпечення безпеки руху на кривих ділянках шляху розміри габариту наближення будівель збільшуються. Величини збільшення габаритних відстаней Dзалежать від радіусу кривої, місця розташування пристрою по відношенню до кривої з внутрішньої або зовнішньої сторони, відстані від осі шляху і визначається за таблицею 5.1.Рис. 5.1 Положення екіпажу в кривій з підвищенням зовнішньої рейки:
I- відцентрова сила;
a -відстань від центру ваги екіпажу рівня голівки рейок;
G- вага екіпажу;
h- Підвищення зовнішньої рейки;
s- Кут нахилу розрахункової площини до горизонту.
Норми збільшення горизонтальних розмірів габариту наближення будов дано:
Із зовнішнього боку кривої – за будь-якого піднесення зовнішньої рейки;
З внутрішньої сторони кривої – при розрахункових піднесеннях зовнішньої рейки, що змінюються від D=60 мм до D=100 мм при радіусах кривих 4000 – 1800 м, і навіть 160 мм при радіусах кривих 1500 м і менше.
Таблиця 5.1
Норми збільшення горизонтальних розмірів (D) габариту наближення будов (мм)
| Місце розташування пристрою | Радіус кривий, м | |||||||||||||
| Із зовнішнього боку кривої | ||||||||||||||
| З внутрішньої сторони кривої при розташуванні пристрою на прямій ділянці колії на відстані від осі колії: | ||||||||||||||
| 2450 мм | ||||||||||||||
| 2750 – 3100 мм | ||||||||||||||
| 5700 мм |
Номінальний розмір ширини колії між внутрішніми гранями головок рейок на прямих ділянках колії та на кривих радіусом 350 м і більше – 1520 мм. Ширина колії на більш крутих (малих) кривих має бути:
При радіусі від 349 до 300 м 1530 мм;
При радіусі від 299 м-коду і менше 1535 мм.
Приклад побудови контуру габариту наближення
Будівництв та вписування до нього габариту рухомого складу з розміщенням інженерних споруд та пристроїв
Завдання передбачається вивчення, креслення та зіставлення розмірів та контуру різних габаритів, а також умов взаємного розміщення залізничних пристроїв. Викреслення габаритів та пристроїв рекомендується виконувати в електронному виглядіабо на креслярському папері формату А4 у масштабі М 1:50.
Під час виконання завдання необхідно враховувати:
1) Де і за яких умов (на станції, на перегоні, на прямій чи кривій ділянці колії) потрібно викреслити габарит наближення будов;
2) Виконання завдання починається з нанесення ліній, що позначають УГР та осі залізничної колії. Габарити наближення будов, рухомого складу та навантаження доцільно викреслювати окремо. Розміри проставляються згідно з існуючими вимогами ГОСТів у місцях, зручних для читання;
3) Якщо завданням передбачено розміщення пристроїв на кривій ділянці колії, то розраховуються та проставляються фактичні розміри габариту після їхнього відповідного збільшення на величину Dзалежно від радіусу кривої та місця розташування пристроїв.
Наприклад:
1. Потрібно розмістити високу пасажирську платформу із зовнішнього боку кривої ділянки колії. Радіус кривої R=3000 м. На прямій ділянці колії відстань від осі колії до внутрішнього краю високої пасажирської платформи дорівнює 1920 мм. За таблицею 5.1 збільшення габаритної відстані D= 10 мм. Таким чином, мінімальне допустима відстаньвід осі колії до внутрішнього краю високої пасажирської платформи із зовнішнього боку кривої ділянки колії дорівнює 1930 мм.
2. Рухомий склад знаходиться на кривій ділянці колії при R=200 м. У відповідність до ПТЕ п.3.9 проводимо розширення рейкової колії до 1535 мм.
Приклади побудови суміщених габаритів С та Т на станції та перегоні на прямій ділянці колії з розміщенням щоглового карликового світлофорів наведено на малюнку 6.1.
Рис. 6.1 Поєднане розташування габаритів С та Т на станції та перегоні
Список літератури
1. Інструкція із застосування габаритів наближення будов ГОСТ 9238-83 № ЦП/4425. М: Транспорт, 1988 - 143 с.
2. Інструкція із застосування габаритів рухомого складу ГОСТ 9238-83 № ЦВ/4422. М: Транспорт, 1988 – 133 с.
3. Залізниці. Загальний курс: Підручник для вузів / За ред. М.М.Уздіна. 5-те вид. перероб. та дод. - СПб.: Інформаційний центр"Вибір", 2002.-368 с.
4. Сюй Ю.А., Телятинська М.Ю., Ульяненкова Н.В. Споруди та влаштування залізниць. Навчальний посібник. М.: МІІТ, 2003 - 19 с, 3-тє вид. перероб. та дод., 2008 - 78 с.
5. ГОСТ 9238-73. Габарити наближення будівель та рухомого складу залізниць колії 1520 (1524) мм (для ліній зі швидкістю руху поїздів не понад 160 км/год). Натомість ГОСТ 9238-59. Введ. 1973-39 с.
Св.план 2010, поз.257
Вакуленко Сергій Петрович
Сомов Олексій Миколайович,
Баранова Марина Вікторівна
Загальний курс транспорту
(Габарити на транспорті: залізничний транспорт)
Навчальний посібник
Підписано до друку Формат Тираж 100 прим.
Ум.печ.л. - Замовлення -
127994 Москва, А – 55 вул. Образцова, 9 стор.
Друкарня МІІТу
* Членами ОСЗ є транспортні міністерства та центральні державні органи, що відають залізничним транспортом, 27 країн: Азербайджанська Республіка, Республіка Албанія, Республіка Білорусь, Республіка Болгарія, Угорська Республіка, Соціалістична Республіка В'єтнам, Грузія, Ісламська Республіка Іран, Республіка Казахстан, Китайська Народна Республіка, Корейська Народно-Демократична Республіка, Латвійська Республіка, Литовська Республіка, Республіка Молдова, Монголія, Республіка Польща, російська Федерація, Румунія, Словацька Республіка, Республіка Таджикистан, Республіка Туркменістан, Республіка Узбекистан, Україна, Чеська Республіка та Естонська Республіка. Крім того, як спостерігачі в ОСЗ беруть участь Німецькі (ДБ АГ), Французькі (СНЦФ), Грецькі (ЦХ), Фінські (ВР), Югославські (ПЗ) залізниці та АТ "Залізниця Дьєр-Шопрон - Ебенфурт" (АТ ДьШЕВ ).
Рейкова колія- ця відстань між внутрішніми бічними гранями головок рейок, що вимірюється на рівні 13 мм нижче поверхні катання, в нашій країні ще на початку будівництва залізниць була прийнята рівною 5 футам, тобто 1524 мм. У більшості країн нормальна ширина колії 1435 мм. В Індії, Пакистані, Цейлоні, Іспанії, Португалії, Аргентині та Чилі прийнята ширина колії 1676 мм, у Бразилії, Північній Ірландії – 1600 мм, у Японії та ряді африканських країн – 1067 мм.
У багатьох країнах є вузькоколійні дороги із шириною колії 750, 600, 500 мм та інших розмірів.
Для покращення взаємодії колії з рухомим складом Правилами технічної експлуатації залізниць, затвердженими МПС у 1970 р., ширина колії зменшена з 1524 до 1520 мм.
Нормальна ширина коліївідноситься до прямих ділянок і до кривих радіусом 350 м і більше. Для кривих радіусом від 349 до 300 м вона дорівнює 1530 мм, а при радіусах кривих менше 300 м – 1535 мм. Поширення колії в кривих малих радіусів влаштовують для полегшення проходження ними рухомого складу. У кривих радіусом від 650 до 300 м ширина колії може мати додаткове розширення на величину фактичного бічного зносу головки рейок, але не більше ніж до 1530 мм у кривих радіусом 650-450 м, 1535 мм - у кривих радіусом 449-350 м і 15 - у кривих радіусом 349 м і менше.
Через неможливість забезпечити абсолютно точну величину ширини колії при складанні рейкошпальної решітки та незмінність її в експлуатації встановлені допуски у утриманні колії, рівні +8 та -4 мм. Це означає, що за нормі 1520 мм ширина колії може коливатися не більше від 1528 до 1516 мм. Для кривих ділянок застосовують ті ж допуски, але з одним обмеженням - ширина колії більше 1548 мм в жодному разі не допускається, тому що таке збільшення створює небезпеку можливого розпору її частиною колеса зі збільшеною конічність поверхні.
Якщо на ділянці встановлено швидкості руху поїздів 50 км/год і менше, допускається розширення колії до 10 мм, а звуження 4 мм.
На існуючих лініях до їх перекладу на колію 1520 мм допускається ширина колії: на прямих ділянках і в кривих радіусом 350 м і більше - 1524 мм; у кривих радіусом від 349 до 300 м – 1530 мм, а радіусом 299 м і менше – 1540 мм.
Є окремі ділянки з колією 1524 мм, де ще криві з наступними величинами ширини колії: при радіусах від 650 до 450 м - 1530 мм; при радіусах 449 до 350 м – 1535 мм; при радіусах 349 м і менше – 1540 мм.
До переходу на колію 1520 мм можна містити шлях за цими нормами.
У важких умовах (гірські лінії, внутрішньозаводські шляхи і т. д.), коли застосовують дуже круті криві та ширина колії 1548 мм виявляється недостатньою, може бути допущене додаткове розширення, але за умови укладання контррейок та інших пристроїв, що виключають можливість провалу коліс усередину колії .
Найбільш сприятливим є вільне вписуванняу криву жорсткої бази локомотива або вагона (рис. 1), коли передня вісь притиснута гребенем одного колеса до зовнішньої рейкової нитки, а задня стосується гребеня внутрішньої рейкової нитки; при цьому задня вісь виявляється розташованою за напрямом радіуса кривою. І тут жорстка база одиниці рухомого складу встановлюється всередині колії цілком вільно.
Найнесприятливішим видом вписування є заклинене вписування(рис. 2), при якому обидва крайні колеса в жорсткій базі виявляються притиснутими гребенями до рейки. Таке вписування викликає дуже великий опір руху поїзда та небезпечний тиск коліс на рейки. Вписування, яке за своїм характером займає проміжне положення між вільним і заклиненим, називають примусовим.
На наших залізницяхВ даний час майже всюди знаходяться в обігу тележкові локомотиви (електровози та тепловози) і телевізійні вантажні та пасажирські вагони, що мають жорстку базу від 1,8 м у чотиривісного піввагону до 4,4 м у електровоза.
Перехід на короткобазний рухомий склад дозволив уніфікувати ширину колії на прямих і кривих ділянках (радіусом 350 м і більше), за винятком відносно невеликого протягу колій у гірських районах, під'їзних, сполучних, внутрішньозаводських та станційних, що мають радіуси кривих менше 350 м.
При проходженні поїздів по кривим ділянкамшлях зазнає значних додаткових впливів від коліс рухомого складу. Щоб уникнути різких ударів гребенів коліс об рейки при вході поїзда в криві, значних перевантажень зовнішніх рейкових ниток через появу відцентрових сил, полегшити вписування рухомого складу в криві та проходження ними:
- збільшують ширину колії;
- запобігають спотворенню проектної кривизни шляху;
- зовнішні рейкові нитки мають вище внутрішніх;
- у місцях сполучення прямих ділянок колії з кривими влаштовують перехідні криві;
- зменшують відстані між шпалами;
- змащують бічні поверхні дотику гребенів коліс із рейками.
Велике значення для взаємодії рухомого складу та шляхи у кривих має розмір жорсткої бази локомотивів та вагонів. На дорогах РФ знаходяться в обігу в основному візкові локомотиви (електровози та тепловози) та вантажні та пасажирські вагони з жорсткою базою від 1,8 м у чотиривісного піввагону до 4,4 м у електровоза. У короткобазного рухомого складу значно кращі умовипроходження кривими, і це дозволило уніфікувати ширину колії на прямих і кривих ділянках (радіусом 350 м і більше). Тільки на відносно невеликій протязі колій у гірських районах, на під'їзних, сполучних, внутрішньозаводських та станційних коліях, де радіуси кривих залишилися менше 350 м, проводиться розширення колії.
Схеми вписування екіпажу в кривих.Рух візка екіпажу з постійною швидкістю кругової кривої викликає поворот її (обертання) щодо центру цієї кривої, тобто. такий рух можна розглядати що складається з поступального, що здійснюється за напрямом поздовжньої осі жорсткої бази екіпажу, і повороту її відносно деякої точки 0, званої центром (полюсом) повороту, за який приймають крапку на перетині поздовжньої осі жорсткої бази візка з радіусом, перпендикулярним до неї ( або радіусом-перпендикуляром).
Залежно від співвідношення розмірів рейкової колії та колісної пари, сил, прикладених до екіпажу, радіусу кривої та швидкості руху можуть бути різні схеми вписування (установки) екіпажу у кривих. Можна виділити заклинену та незаклинену. Незаклинене вписування у свою чергу ділиться на примусове та вільне.
Заклинена схемамає місце при мінімальній теоретично можливій ширині колії для даного екіпажу, коли при вибраних розбігах осей екіпаж не може переміщатися в поперечному напрямку в колії колії (рис. 7.8, а).У двовісних та тривісних візків при заклиненому вписуванні виникають сили між колесом та рейкою для крайніх осей візка по зовнішніх рейкових нитках. Третя сила виникає за внутрішньою ниткою для задньої осі візка при двовісній конструкції і для середньої осі при тривісній. При заклиненому вписуванні в силу такої установки коліс зовнішньої нитки полюс обертання 0 знаходиться посередині жорсткої бази 1 жб.
Незаклинена схема вписування виникає, коли жорстка база екіпажу може переміщатися в поперечному напрямку за рахунок вільних зазорів або розбігу колісних пар. Центр повороту Пропри цьому зміщений до задньої осі.
При виникненні поперечних сил у першій осі по зовнішній нитці і задній осі по внутрішній спостерігається примусове вписування (рис. 7.8, б);якщо ж остання сила дорівнює нулю, таке вписування називається вільним (рис. 7.8, в).
Рис. 7.8. Схеми вписування жорстких баз екіпажів у криві: а- заклинене; б- примусове; в- вільне («$=- точка контакту гребеня колеса та рейки); стрілкою показані напрямні зусилля
Заклинене вписування в експлуатації не допускається, тому що призводить до дуже великого опору руху (велике тертя гребенів коліс по бокових гранях головки рейок), бічному зносу рейок і гребенів коліс.
Під час руху багатовісних екіпажів з великою жорсткою базою для забезпечення незаклиненого проходу коліс потрібно проводити розширення колії.
Ширина колії у кривих.За розрахункову схему визначення ширини колії в кривих приймають схему заклиненого вписування залізничного екіпажу, при якій зовнішні колеса крайніх осей жорсткої бази своїми ребордами упираються в зовнішню рейку кривою, а внутрішні колеса середніх осей упираються у внутрішню рейку. Центр повороту екіпажу, як розглянуто вище, знаходиться посередині жорсткої бази (двохосні жорсткі бази, багатовісні жорсткі бази із симетричним розташуванням осей та їх розбігів). До отриманої на підставі такої розрахункової схеми ширині колії (що призводить до заклиненого вписування) слід додати деяку величину, як приймають величину мінімального зазору 5 min між бічними робочими гранями рейок і гребенями коліс на прямому ділянці. Тим самим вдається уникнути заклиненого вписування.
Розглянемо випадок визначення мінімально необхідної ширини рейкової колії Sз умови вписування тривісного візка з жорсткою базою Т зб у криву радіусом R(Мал. 7.9). Ця схема обрана тому, що на дорогах РФ найбільш довгу базу має візок тривісного локомотива.
Рис. 7.9.
Введемо позначення:
Про- Центр повороту жорсткої бази екіпажу; при симетричному візку центр повороту лежить на осі середньої колісної пари; q -ширина колісної пари;
/ - відстань від центру повороту до точки гребеня першого колеса, що упирається у зовнішню рейку;
/-стріла вигину зовнішньої рейки, що відраховується від хорди, що проходить через точку контакту колеса та рейки; / = -;
- ?у- сума поперечних розбігів осей.
Запишемо вираз для ширини колії при заклиненому вписуванні 5 закл.
Але з розгляду схеми для прямої ділянки колії (7.2) випливає 
Розмір стріли z визначиться з урахуванням (див. рис. 7.9), що приблизно /» 0,5/, жб:
Якщо величина 8 з розрахунку більше нуля, необхідно провести розширення колії.
З двох останніх виразів видно, що принципово ширина колії у кривих має бути більшою, ніж у прямих. Слід також, що чим жорсткіша база і менше радіус кривої, тим більше розширення потрібно влаштовувати, чим більше розбіги колісних пар, тим менше потрібне розширення.
З виразу для величини розширення (7.16) можна визначити радіус кривої, у якому виникає заклинене вписування.
Прийнявши 8 = 0, отримаємо
Наприклад, при /, зб = 4,6 м, 5 = 7 мм, ?у=0 величина R= 378 м-коду.
Поширення при сучасному рухомому складі починають з радіусу крутіше 350 м за наступними нормативами: при радіусі від 349 м до 300 м - на 10 мм, а при радіусі менше 299 м - 15 мм.
У разі незаклиненої схеми положення центру повороту не може бути однозначно визначено тільки геометрично, як у разі заклиненого вписування. У зв'язку з цим необхідно визначення поперечних сил та центру повороту при вписуванні жорсткої бази екіпажу у криву.
Безперервне обертання екіпажу щодо центру повороту відбувається під дією сил, що виникають у точках зіткнення гребенів коліс, що направляють осей з бічною гранню головки рейок. Це напрямні сили Р(рис. 7.10).
У контактах коліс з рейками виникають сили тертя, рівні добутку сил, перпендикулярних площині торкання коліс та рейок на коефіцієнт тертя ковзання /Р ( .На рис. 7.10 замість цих сил показані рівні їм за значенням та зворотні за знаком реакції рейок. Поперечні складові сил тертя позначені Н/,а поздовжні - Vf.
Алгебраїчну суму натискання гребеня Yта сили тертя Нодного й того ж колеса називають бічною силою:
При розташуванні колісної пари попереду центру повороту жорсткої бази для зовнішнього колеса у формулі (7.18) слід брати різницю та для внутрішнього - суму сил; при зворотному розташуванні - колісна пара знаходиться позаду центру повороту, знаки також беруться зворотними.
Напрямні сили(див. рис. 7.10) прийнято вважати позитивними, якщо вони спрямовані назовні колії, а відповідні реакції рейкових ниток - всередину колії. Бічні сили прийнято вважати позитивними, якщо діють у бік напрямних сил, а відповідні їм реакції рейкових ниток - у напрямі.
Вписування вільне,якщо при вписуванні екіпажу з'являються напрямні сили на зовнішній нитці в контакті з першим рухом колесом Y Hі відсутні на внутрішній нитці У ст.
Поперечна сила, що передається рамою екіпажу через колісну пару на рейки називається рамною силоюУ р. Ця сила вважається прикладеною до геометричної осі колісної пари і позитивною, якщо вона спрямована назовні кривою, дорівнює різниці бічних сил, що передаються однією і тією ж віссю на зовнішню та внутрішню рейкові нитки:
Для першої напрямної осі
Рис. 7.10.
Підставляючи ці значення формулу (7.19), отримаємо
При Щ_ н =#!_ в =fPзнайдемо Г=У,-2 fP.
Бічні сили Г б, що виникають під час руху екіпажів, досягають великих значень(Іноді 100 кН і більше). Вплив бічних сил на роботу колії дуже великий. Цим пояснюється ряд заходів, спрямованих на покращення вписування екіпажів у криві та знижують поперечні сили.
При відомих положеннях центру (полюса) повороту Проекіпажу (див. рис. 7.10), ширині колії (виміряної між осями головок рейок) та відстанях /, від центру Про до будь-якої / - й колісної пари стає відомим напрямок переміщення кожного колеса. Це напрям перпендикулярно радіусу. d t ,проведеному від центру Продо середини майданчика контакту колеса з рейкою, приблизно до точки перетину осі головки рейки з геометричною віссю колісної пари.
Сила тертя кожного колеса (зовнішнього, внутрішнього) будь-якої осі спрямована в бік, зворотну переміщенню колеса. Поперечні та поздовжні V fскладові цієї сили визначаються з наступних виразів:
Усі поперечні сили: тертя Щ Т,напрямні V iвважаються прикладеними не радіально, а перпендикулярно до поздовжньої осі екіпажу.
Сила Т,прикладена на відстані від першої осі візка, являє собою рівнодіючу відцентрову складову ваги екіпажу (що припадає на один візок), що утворюється у зв'язку з піднесенням зовнішньої рейки, і нормальної складової сили тяги, що припадає на один візок:
де а н - непогашене поперечне прискорення;
до т -кількість візків в екіпажі;
L u -довжина поїзда;
L x -довжина хвостової частини поїзда, рахуючи від середини екіпажу, вписування якого розглядається;
L c -довжина аналізованого екіпажу між осями зчеплення автозчеплень;
F K -сила тяги, що розвивається локомотивом на кривій (при штовханні або локомотивному гальмуванні F Kбереться зі знаком мінус; при штовханні Ь х -довжина головної частини).
В свою чергу
де v – швидкість руху поїзда;
І -підвищення зовнішньої рейки.
Демпфуючий момент М,утворений силами тертя у шворні та ковзунах, залежить від завантаження вагона та положення вантажу щодо поздовжньої осі вагона. Він чинить опір у кривій повороту першого візка (див. рис. 7.10) щодо кузова, який, повертаючись, захоплює за собою другий візок, сприяючи його повороту. Отже, знаки М д демпфуючого моменту у першої та другої візків будуть різні.
Для визначення демпфуючого моменту А/д позначимо: коефіцієнти тертя ковзання у шворні – через ц шк, у ковзунах – через ц ск (значення цих коефіцієнтів перебувають у межах 0,1-0,2); тиску на шворень і ковзуни кожного візка - через Q lUKі Q CK;розрахунковий радіус повороту візка щодо кузова на шворні - через м ШК,на ковзанах - через м СК.Тоді:
Нормальним становищем кузова на шкворневих візках є його спирання на шворні, кожен із яких припадає половина ваги кузова: Q CK= 0 і (2 ШК = 0,5 (2 куз. При великому крені частина навантаження може передаватися на ковзуни, наприклад,
Вертикальний тиск на візки КВЗ-ЦНДІ передається лише через ковзуни. У цьому випадку?) шк = 0; Q CK = 0,5 Q Ky3 -
Для знаходження напрямних сил Fj_ H і F 3 _ B складемо два рівняння моментів: одне щодо середини З j першої осі та друге - щодо середини З 3 задньої осі. Виконавши необхідні проміжні перетворення, отримаємо:
Якщо середня вісь має достатні поперечні розбіги, щоб переміститися на потрібну величину, слід у виразах для Аі Учлени з множником (/ 2 /^/ 2) вважати рівними нулю, тому що відсутні поперечні складові # 2 _ н і # 2 _ в сил т Р ення - Замість члена /d 2слід написати 2/5] у зв'язку з тим, що в цьому випадку V 2 = fP.Верхні знаки при А/д відносяться до переднього візка, нижні - до заднього. У разі двовісного візка у формулах (7.22) випадають члени, що містять / 2 та d 2 .Формули вірні за будь-якого розташування полюса повороту.
Від полюсної відстані/| залежать лише функції Аі Ст.При заданій ширині колії величина / залежить від сил взаємодії екіпажу і колії і не може розглядатися незалежною до тих пір, поки внутрішнє колесо задньої осі не дійде своїм гребенем до внутрішньої нитки. Як тільки це колесо торкнеться і почне притискатися гребенем до цієї нитки (при заданій ширині колії), значення / стає незмінним і не залежить від силових взаємодій екіпажу і колії.
Якщо відомий зазор колії 5, полюсна відстань /j визначається залежністю
Тут 5 визначається з урахуванням розбігів по першій та останній осях екіпажу.
Якщо ширина колії підлягає визначенню (як у даному випадку), то її завжди можна задати такий, щоб при будь-яких значеннях діючих сил колесо задньої осі, що котиться по внутрішній нитці, торкалося або притискалося своїм гребенем до цієї нитки, тобто. щоб виконувались умови (7.22).
При заданих Р, Тта Л/д значення У\_ пі Т 3 _ є функціями Аі В,а останні – функціями /,. При цьому функція Амає максимум при = Lq, функція Уі (А+Б) -при / = 0,5L Q . Як очевидно з формули (7.23), /] може бути менше 0,5 Lq.
Важливо мати такі значення Аі В,при яких Y X _ Hі Т 3 _ були б мінімальні. Особливо велике значення має забезпечення мінімуму суми У [_ н + Т 3 _ в, що характеризує опір руху візків залежно від рівня напрямних сил. Зазвичай L n = 0,5L 0 . У цьому випадку член з Твсумі Tj_ H + Т 3 _ дорівнює нулю. Звідси випливає важливий висновок про те, що зазначена сума залежить від значень непогашеної частини відцентрової сили та нормальних складових сил тяги. Оскільки функція Апри Lq > I менше свого максимуму, то, отже, і Апри шах /, Ф Lq не буде максимальною, тому найкраща силова взаємодія візка та колії буде при шах/|. Проте /| не може бути як завгодно великим з наступних міркувань. Напрямна сила Т 3 _ у фізично не може бути негативною, будучи тиском гребеня колеса на рейкову нитку, тому /, фізично не може бути більше значення, при якому У 3 _ в = 0. Таким чином, у межах прийнятих раніше припущень найкраща ширина колії знайдеться з умови У 3 _ в = 0, тобто умови вільного вписування. Ширина колії більша за ту, при якій У 3 _ в = 0, не доцільна, тому що не змінює розмір
Визначенню поперечних сил, що діють на шлях під час руху екіпажу по кривих, присвячено багато робіт. Плідним у своїй виявилося створення графіків-паспортів вписування екіпажів у криві. Визначення основних характеристик такого паспорта здійснюється залежно від непогашеного прискорення а н. При цьому напрямні, бічні, рамні сили та полюсні відстані часто апроксимуються лінійними залежностями:
де а, Ь, с, d- Емпіричні коефіцієнти.
Як приклад на рис. 7.11 наведено графік-паспорт бічного впливу на шлях вантажного вагона на візках ЦНДІ-ХЗ із жорсткою базою L Q = 1,85 м та навантаженням від колісної пари на рейки 220 кН. Коефіцієнт тертя коліс об рейки/ = 0,25.
Норми та допуски по ширині колії у кривих.Ширина колії в кривих повинна встановлюватися такою, щоб забезпечувалося вільне вписування наймасовіших екіпажів (вантажних вагонів). Ширина колії повинна також забезпечувати технічну можливість вписування в криві найбільш несприятливих впливу на шлях екіпажів без заклинювання. Ця умова визначає мінімально допустиму ширину колії. Максимально допустима
Рис. 7.11. Графік-паспорт бічного впливу на шлях у кривій вагона на візках ЦНДІ-ХЗ (18-100) ширина колії визначається за умови надійного запобігання провалу коліс рухомого складу всередину колії.
В даний час на дорогах РФ встановлена ширина колії на прямих ділянках колії та на кривих радіусом 350 м і більше – 1520 мм. Ширина колії на крутіших кривих повинна бути при радіусі від 349 до 300 м - 1530 мм; при радіусі 299 м і менше – 1535 мм.
При цьому потрібно, щоб крутість відводів ширини колії становила не більше:
- 1 мм на 1 м довжини колії на ділянках зі швидкостями до 140 км/год;
- 1 мм на 1,5 м за швидкостей 141-160 км/год;
- 1 мм на 2 м при швидкостях 161-200 км/год.
Відведення розширення колії в кривих роблять протягом перехідних кривих.
Влаштування шляху в кривих малих радіусів.Якщо радіус кривої настільки малий, що максимальна нормативна ширина колії 1535 мм виявляється меншою за мінімально необхідну, визначену за схемою заклиненого вписування з додаванням мінімального зазору 8 min , у таких кривих різко зростає бічний знос рейок і розлад рейкової колії.
Для полегшення роботи зовнішньої нитки таких кривих укладають контррейки всередині колії вздовж внутрішньої нитки. У цьому випадку направляюча колісна пара колесом, що йде по внутрішній нитці, упирається в контррейку, не розпираючи зовнішню нитку (рис. 7.12). У дуже крутих кривих доводиться іноді укладати контррейки в обох ниток усередині колії. Контррейки збільшують опір-
Рис. 7.12. Положення колісних пар у кривій за наявності контррейки руху, тому практично укладання їх застосовують лише в кривих радіусом приблизно 160 м і менше. Жолоб між контррейкою та рейкою внутрішньої нитки кривою повинен мати ширину 60-85 мм. Контррейки повинні бути надійно з'єднані з ходовими рейками за допомогою вкладишів та болтів.
Всі нові локомотиви розраховують на вписування в криві радіусом не менше ніж 150 м при ширині колії 1535 мм.
Рейкова колія- це дві рейкові нитки, встановлені на певній відстані одна від одної та прикріплені до шпал, брусів або плит. Пристрій та утримання рейкової колії залежить від особливостей конструкції ходових частин рухомого складу.
До них відносяться наявність у коліс реборд (гребенів), які утримують колеса на рейках та спрямовують рух локомотивів та вагонів. Колеса наглухо запресовуються на осі та утворюють разом з нею колісну пару. Осі колісних пар, об'єднані загальною твердою рамою, завжди залишаються взаємно паралельними.
Поверхня катання коліс має не циліндричну, а конічну форму з ухилом у середній її частині о 1:20.
Відстань між внутрішніми гранями коліс називається насадкою T = 1440 мм із граничними допусками ± 3 мм.
Відстань між крайніми осями, закріпленими в рамі одного візка, називається жорсткою базою.
Відстань між крайніми осями вагона або локомотива називається повною колісною базою цієї одиниці.
Так, повна колісна база електровоза ПЛ-8 становить 24,2 м, жорстка база – 3,2 м.
Відстань між робочими гранями гребенів коліс називається шириною колісної пари.
Товщина гребенів колісних пар має бути не більше 33 мм та не менше 25 мм.Щоб колісна пара з найширшою насадкою та незношеними гребенями коліс могла поміститися всередині колії, ширина її повинна бути 1440 + 3 + 2×33 = 1509 мм, але при цьому колісна пара буде затиснута (заклинена) між рейками.
Ширина колії- це відстань між внутрішніми гранями головок рейок, що вимірюється на рівні 13 мм нижче поверхні катання. Ширина колії на прямих ділянках колії та в кривих радіусом 350 м і більше має бути 1520 мм. На існуючих лініях аж до їхнього переведення на колію 1520 мм на прямих ділянках і в кривих радіусом понад 650 м допускається ширина колії 1524 мм. У кривих меншого радіусу ширина колії збільшується згідно з Правилами технічної експлуатації (ПТЕ).
Допуски по ширині колії встановлені за розширенням плюс 8 мм, за звуженням колії мінус 4мм, а на ділянках, де встановлені швидкості 50 км/год і менш дозволені допуски +10 за розширенням, -4 за звуженням (ПТЕ ЦРЛ-756.2000). У межах допусків ширина колії має змінюватися плавно.
Ухиляння рейок.У прямих ділянках шляху рейки встановлюють не вертикально, а з нахилом всередину колії, тобто з подуклонкою передачі тиску від конічних коліс по осі рейки. Конічність коліс обумовлена тим, що рухомий склад з такими колісними парами чинить набагато більший опір горизонтальним силам, спрямованим упоперек шляху, ніж циліндричні колеса, зменшується "виляння" рухомого складу та чутливість до несправностей шляху.
Змінна конічність поверхні катання коліс від 1:20 до 1:7 (рис.4.35) надається щоб уникнути появи жолобчастого зносу коліс і для плавного переходу з одного шляху на інший через стрілочний переклад. Рейкові нитки повинні бути в одному рівні. Відхилення від норми, що допускаються, залежать від швидкості руху поїздів.
Ðèñ. 4.35. Òèïîâîé ïîïåðå÷íèé ïðîôèëü áàëëàñòííé ïðèçìí íà ëèíèè Ñàíêò-Ïåòåðáóðã - Ìîñêâà: 1 - î÷èùåíííé ùåáí 2 - ñëîé, ýêñòðóäèðîâàííûé
ïåíîïîëèñòèðîëîì òîëùèííé 40 ì
На довгих прямих дозволяється містити одну рейкову нитку постійно на 6 мм вище за іншу. При такому положенні рейкових ниток колеса будуть злегка притиснуті до зниженої нитки рихтувальної і рухатися більш плавно. На двоколійних ділянках рихтувальної є міжколійна нитка, а на одноколійних ділянках, як правило - права по ходу кілометрів.
Робота шляху в кривих ділянках складніша, ніж у прямих, т.к. при русі рухомого складу кривими з'являються додаткові бічні сили, наприклад, відцентрова сила. До особливостей пристрою колії в кривих відносяться: збільшення ширини колії в кривих малих радіусів, підвищення зовнішньої рейкової нитки над внутрішньою, з'єднання прямих ділянок з круговими кривими за допомогою перехідних кривих, укладання укорочених рейок на внутрішній нитці кривої. На двоколійних лініях у кривих збільшується відстань між осями колій. Розширення колії на кривих ділянках наших доріг проводиться за радіусів менше 350 м.
Необхідність розширеннявикликається тим, що включені в загальну жорстку раму колісні пари, зберігаючи паралельність своїх осей, ускладнюють проходження візків рухомого складу кривими. За відсутності розширення зникає необхідний зазор між гребенями коліс та рейкою і настає неприпустиме заклинене проходження рухомого складу. При цьому виникає великий опір руху поїзда, а також додаткове зношування колій і рейок, не забезпечується безпека руху.
Чим менший радіус кривої і чим більша жорстка база, тим ширше має бути колія.
Підвищення зовнішньої рейки.При русі екіпажу кривою виникає відцентрова сила, спрямована назовні кривою. Ця сила створює додатковий вплив колеса на зовнішню рейкову нитку, сильно зношуючи рейки цієї нитки. Якщо в кривій встановити обидві рейкові нитки на одному рівні, то рівнодіюча відцентрова сили і сили ваги відхилятимуться до зовнішньої рейки, перевантажуючи її і відповідно розвантажуючи внутрішню рейку. Для того щоб знизити бічний тиск на рейки зовнішньої нитки, зменшити їх навантаження, домогтися рівномірності зношування рейок обох ниток і позбавити пасажирів від неприємних відчуттів, влаштовують піднесення зовнішньої рейки h (рис. 4.36).
Ðèñ. 4.36. Ñõåìà äåéñòâóþùèõ ñèë ïðè óñòðîéñòâå âîçâèøåíèÿ íàðóæíîãî ðåëüñà â êðèâèõ
У цьому випадку екіпаж нахиляється до центру кривої, частина сили ваги H буде спрямована кривою всередину, тобто. у бік, протилежну дії відцентрової сили. Отже, нахил екіпажу за рахунок пристрою піднесення зовнішньої рейки врівноважує відцентрову силу. Це вирівнює вплив на обидві рейки.
При радіусах кривих 4000 м і менше роблять підвищення зовнішньої рейкової нитки, яке може бути від 10 до 150 мм. Це підвищення залежить від швидкостей руху поїздів, маси їх брутто і добової кількості поїздів на кривій, що розглядається, і радіуса кривої. Відведення піднесення зовнішньої рейки, тобто. поступове зниження підвищеної зовнішньої нитки до нуля, робиться плавно. Відхилення розрахункового підвищення за рівнем допускається в залежності від швидкості руху поїздів.
Перехідні криві. Для плавного вписування рухомого складу в криві між прямою ділянкою та круговою кривою влаштовується перехідна крива, радіус якої поступово зменшується від нескінченно великої величини в місці примикання її до прямої ділянки до радіусу R у точці, де починається кругова крива. Необхідність вставки перехідних кривих спричинена наступним. Якщо поїзд із прямої ділянки колії увійде до кругової кривої, де відразу зміниться радіус кривизни з ¥ до R, то на нього миттєво діє відцентрова сила. При великої швидкостірухомий склад і шлях відчуватимуть сильний бічний тиск і швидко зношуватимуться. При влаштуванні перехідних кривих радіус повільно зменшується, відповідно повільно наростає відцентрова сила - різкого бічного тиску на поїзд і шлях не відбудеться. На залізницях РФ перехідні криві будують радіоідальною спіралі, тобто. застосовують криву із змінним радіусом кривизни. Їх приймають стандартної довжини від 20 до 200 м-коду.
У межах перехідних кривих плавно відводять піднесення зовнішньої рейки та розширення колії, що влаштовуються у кругових кривих, а також роблять розширення міжколії.
Для розбивки перехідних і наступних його кругових кривих, тобто розмітки їх становища біля, є спеціальні таблиці.
Укладання укорочених рейок у кривих.Внутрішня рейкова нитка в кривій коротша за зовнішню. Якщо по внутрішній нитці кривою укладати всі рейки такої ж довжини, як і по зовнішній, то стики по внутрішній нитці будуть забігати вперед щодо стиків на зовнішній нитці і не вийде розташування їх по накутнику, як це прийнято на нашій мережі. Для усунення великого забігу стиків у кривій по внутрішній нитці укладають рейки укороченої довжини. Застосовують три типи укорочення рейок: на 40, 80 та 120 мм для рейок 12,5 м та на 80 та 160 мм для рейок 25 м. Великі укорочення застосовуються на крутих кривих. Укладання укорочених рейок чергують з рейками нормальної довжини те щоб забіг чи недобіг стиків вбирається у половини стандартного укорочення, тобто. відповідно 20; 40; 60 та 80 мм. При експлуатації шляху забіг або недобіг стиків допускається у кривих – 8см плюс половина стандартного укорочення рейки у даній кривій.
