Исследование сил и характера взаимодействия пути и подвижного состава на железных дорогах Казахстана – часть 2

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории

Этот коэффициент характеризует степень упругости пути. Он зависит от рода и количества балласта, степени его уплотнения, состояния земляного полотна и других условий.

Во втором разделе проведено исследование сил, действующих на рельсовые нити при вертикальных колебаниях экипажа.

Методы расчета сил, действующих на путь при прохождении подвижного состава, изложены в работах А. А. Холодецкого, К. Цеглинского, Н. П. Петрова, С. Н. Смирнова, Н. Е. Жуковского, Х. Хеймана и др.

Применительно к колее 1520мм многие вопросы взаимодействия пути и подвижного состава, а также оценки напряженного и деформированного состояния пути нуждаются в дальнейшей разработке и совершенствовании.

В настоящее время при исследовании сил взаимодействия пути и подвижного состава наиболее часто применяется и более полно исследована одиночная вертикальная силовая система, состоящая из масс, упруго связанных между собой. Степень детализации та­кой системы зависит от поставленной задачи и технических возможностей ее решения. Например, для исследования сил взаимодействия в контакте колеса и рельса, возникающего в зоне коротких неровностей, час­то применяется одиночная вертикальная система с шестью степенями свободы (рисунок 2).

Рисунок 2 – Линейная расчетная схема

Силовая система состоит из масс, упруго связанных между собой. В качестве масс учитываются: шпалы, подошва рельса, го­ловка рельса, обод колеса, ступица с осью, букса.

Путевая подкладка в связи с относительно малой ее массой не учитывается.

Кинематическими связями являются: балласт, резиновые про­кладки скреплений, шейка рельса, зона контакта, диск колеса, шейка оси.

Уровень сил и характер взаимодействия колеса и элементов рельсовых нитей зависит от величин участвующих во взаимодействии масс, параметров кинематических упругих связей и сил трения. Определению значений этих параметров посвящены многие исследования.

Математическая модель для линейной расчетной схемы, представленной на рисунке 2, может быть получена из рассмотрения уравне­ний Лагранжа второго рода.

где – кинематическая энергия системы; – потенциальная энергия системы; – энергия рассеивания (диссипативная функция); – обобщенная координата; – обобщенная скорость; , – обобщенные силы, соответствующие силам сопротивления Ri; ; ; .

Кинематическая энергия рассматриваемой механической системы с 6-ю степенями свободы будет равна

Потенциальная энергия определится как сумма потенциальных энергий деформированных жестких связей и потенциальных энергий грузов в поле сил тяжести и т. е.

;

,

где динамический прогиб (i+1) элемента (степень свободы) системы;

статический прогиб (i+1) элемента системы;

неровность пути.

где собственный вес i-го элемента системы;

ускорение свободного падения.

Энергия рассеивания, выраженная через обобщенные скорости, будет равна

В выражении энергий:

коэффициент инерции (масса i-той степени);

коэффициент жесткости;

коэффициент вязкого трения.

Однако, возросшие требования практики ставят перед исследователями ряд задач, решить которые с помощью простейших схем расчета затруднительно.

Например, на колебания кузова вагона оказывают влияние длинные неровности пути, удары колес в стыках практически не влияют на колебания кузова.

Известно, что для локомотива наиболее опасным является режим движения с критической скоростью, вследствие чего одной из основных задач является определение частот собственных колебаний и критических скоростей движения.

Сравнительная оценка экипажей с различной базой позволяет правильно выбрать ее наивыгоднейщую величину. Плоская расчетная схема тележки для электровоза ВЛ-80 приведена на рисунке 3. Расчетная схема учитывает: вертикальные колебания кузова, колебания подпрыгивания и галоприрования тележки, подпрыгивания колесных пар.

Такое допущение следует считать возможным, так как при этом сохраняются одинаковые условия для сравнения различных вариантов экипажной части.

При изучении динамики взаимодействия пути и экипажей при движении их по длинным неровностям (например, по большим мостам) могут использоваться плоские расчетные схемы с большей степенью детализации.

Рисунок 3 – Плоская расчетная схема тележки

Расчетная схема «локомотив – путь» применительно к движению электровоза ВЛ-80 (одна секция) с постоянной скоростью представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Плоская расчетная схема «локомотив – путь»

Расчетная схема учитывает:

– перемещение центра масс кузова; – перемещение центра масс подрессоренных частей первой и второй тележки; – перемещение центров масс неподрессоренных частей первой тележки; угол поворота кузова; – углы поворота подрессоренных частей первой и второй тележек.

Наиболее достоверна математическая модель взаимодействия экипажа и пути, в которой расчетная схема пути представлена в виде бесконечной инерционной балки сложного сечения (рельса), лежащей на сплошном упругом основании, испытывающей под воздействием передаваемых колесами сил вертикальных и горизонтальных поперечные изгибы, а также кручение. Это основание обладает распределенной массой и демпфи-рованием при всех видах колебаний. Экипаж в расчетной схеме представлен в виде абсолютно твердых тел, соединенных диссипативными связями.

За расчетный экипаж принят грузовой вагон на одинарном рессорном подвешивании. Расчетная схема для такого экипажа показана на рисунке 5.

В такой системе кузов на рессорном подвешивании может совершать колебания подпрыгивания, галопирования, боковой качки, бокового относа и влияния, т. е. иметь пять степеней свободы. Кроме того, каждая из тележек совместно с приведенной массой пути может совершать тоже пять видов колебаний.

Рисунок 5 – Расчетная схема экипажа

Задача по определению сил, действующих на рельсовые нити, реализована как комплекс программ на языке Фортран-IV для ПЭВМ. Этот комплекс программ состоит из двух частей, которые состыкованы для получения выходных характеристик задачи. Результаты расчетов приведены в виде графиков на рисунке 6.

В третьем разделе диссертационной работы проведены исследования контактных напряжений в рельсах.

Необходимость оценки уровня контактных напряжений в зависимости от поперечных профилей головки рельса и колеса вызвана следующими соображениями.

В настоящее время на железных дорогах РК начали планомерно внедрять в обращение тяжеловесные и длинносоставные поезда. Известно, что с увеличением массы и длины поездов возрастают продольные, особенно сжимающие силы в них. Обусловлено это увеличением мощности локомотивов, их многосекционной группировкой в голове тяжеловесных поездов, расширением практики торможения поездов только локомотивами, внедрением в обращение соединенных поездов с рассредоточением локомотивов по длине поезда и использованием толкачей.

1,2 – при удовлетворительном и неудовлетворительном состоянии пути

Рисунок 6 – Результаты исследования вертикальных сил взаимодействия системы «экипаж-путь»

Кроме того, если раньше дефекты рельсов возникали по всему их сечению, т. е. в головке, шейки и подошве, то в настоящее время в связи с повышением осевых нагрузок, массы рельсов, изменениями условий эксплуатации подавляющее большинство дефектов рельсов связано с недостаточной их контактной прочностью.

Например, на железных дорогах России повреждения головки термически упрочненных рельсов типов Р50, Р65 и Р75 соответственно составляет 87,6%, 95,2% и 98,4% от всех дефектов, по которым производится, изъято их на пути.

Имея в виду современные эксплуатационные условия и перспективны развития железных дорог СНГ, задача изучения напряжений, возникающих в зоне контакта колес и рельса, имеет большое значение.

Контактная задача представляет собой объемную задачу теории упругости, для ряда ее случаев имеются теоретические решения.

Контактная задача для определения напряжений непосредственно на поверхности контакта двух соприкасающихся тел с криволинейными поверхностями впервые была решена Г. Герцем. Однако ее решение не было доступным для практических инженерных расчетов.

Позднее Г. Лоренц, Л. Феппль, С. П. Тимошенко, используя данные Герца, создали сравнительно простые расчетные схемы. Целый комплекс контактных задач решен в работах С. Фукса, М. Губера и особенно русских ученых А. Н. Динника и Н. М. Беляева.

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника