Снижение интенсивности накопления повреждений рельсов в кривых малого радиуса (стр. 3 )

Рисунок 2.2. Расчетные схемы вписывания вагонной тележки в кривую малого радиуса:

а) с трапециидальной формой контура; б) с искаженной параллелограмной формой контура

Исследование вписывания в кривую малого радиуса вагонной тележки с прямоугольной, трапециидальной и параллелограмной формами контура показало, что ее движение подчиняется следующим закономерностям.

Проекции касательных сил на оси и пропорциональны соответствующим проекциям скоростей упругого проскальзывания по рельсам контактных точек колес. В работе получены зависимости для определения продольных и поперечных касательных сил для всех вариантов формы контура вагонной тележки. Установлено, что продольные касательные силы очень малы. Величины поперечных касательных сил за счет увеличения углов разворота и могут возрасти при трапециидальной форме контура до 22,5 кН, при искаженной параллелограмной форме контура – до 94,5 кН. Наибольшие значения поперечных касательных сил возникают при искаженной параллелограмной форме контура рамы тележки. Ниже приведены графики изменения поперечных касательных сил в зависимости от углов и для указанной формы контура тележки. Учтено, что , .

Рисунок 2.3. Изменение поперечных касательных сил в точках контакта «колесо-рельс» вагонной тележки при первом варианте искажения параллелограмной формы контура. Сплошными линиями показано изменение поперечных касательных сил в точках контакта с рельсами колес передней колесной пары, штриховой линией – колес задней колесной пары.

Рисунок 2.4. Изменение поперечных касательных сил в точках контакта с рельсами колес передней колесной пары вагонной тележки при втором варианте искажения параллелограмной формы контура

Заштрихованные участки графиков на рисунках 2.3 и 2.4 обозначают области возможных значений поперечных касательных сил, т. е. любому выбранному значению угла (см. рис. 2.3) соответствуют значения сил () в точках на отрезке 1 – 2 области для разных значений угла , а значение силы () - в точке 3 этой области. Графики на рисунках 2.3 и 2.4 позволяют определить значения поперечных касательных сил и для других рассмотренных в работе форм контура рамы вагонной тележки, например на рис. 2.3 значение силы () в точке 5 заштрихованной области соответствует величине поперечной касательной силы при прямоугольной форме контура рамы тележки (), значение силы () в точке 4 заштрихованной области соответствует величине поперечной касательной силы при первой трапециидальной форме контура рамы тележки (мрад).

Силы бокового давления гребней колес на рельсы определяются из дифференциальных уравнений относительного движения тележки. В случаях, когда контур тележки имеет прямоугольную или вторую трапециидальную форму, к наружному рельсу прижимается гребень только передней колесной пары и такое положение сохраняется до выхода из кривой. Боковое давление гребня на рельс при второй трапециидальной форме контура определяется по формуле

, (2.6)

Максимальное значение силы при второй трапециидальной форме контура равно 46,25 кН.

В случае, когда контур тележки имеет первую трапециидальную форму, разворот из хордового положения тележки и прижатие к наружному рельсу гребня передней колесной пары происходит при значениях угла искажения в интервале -8  £ < 3,85 мрад. Угол увеличивается до предельного значения , после чего тележка с постоянным углом перекоса движется до выхода из круговой кривой. Боковое давление гребня на рельс определяется по формуле (2.6). При значении угла в интервале 3,85 £  £ 8 мрад начальное значение угла перекоса сохранится до выхода из кривой. В этом случае гребни обеих колесных пар тележки все время прижаты к наружному рельсу. Силы бокового давления гребней на рельс определяются формулами:

, (2.7)

Движение в кривой тележки с параллелограмной формой контура происходит аналогично описанному выше движению тележки с первой трапециидальной формой контура. Силы бокового давления гребня определяются по формулам (2.6) и (2.7) с небольшими изменениями: углы заменить углом , в формуле (2.6) коэффициент 1/2 перед надо заменить на единицу. Результаты расчетов: при мрад кН; при мрад кН, кН; при мрад кН, кН.

При движении тележки с первым вариантом искажения параллелограмной формы контура рамы тележки для значения угла в интервале рад боковое давление гребня на рельс определяется по формуле

, (2.8)

Если же угол больше 0,00385 рад, но не достигает предельного значения, то при установившемся движении к наружному рельсу будут прижаты гребни обеих колесных пар и формулы для определения сил бокового давления гребня на рельс имеют вид

, (2.9)

В рельсовой колее положение тележки с параллелограмной формой контура, искаженной по второму варианту, определяется углом . Если этот суммарный угол изменяется в интервале рад, то рассматриваемая тележка движется с прижатием к наружному рельсу гребня передней колесной пары, а боковое давление гребня на рельс определяется по формуле (2.8). Если же рад, то при установившемся движении к наружному рельсу будут прижаты гребни обеих колесных пар. Давление на рельс гребней обеих колесных пар тележки можно определять по формулам (2.9) со следующим изменением: в формуле для исключить угол , а в формуле для добавить угол . Результаты расчетов: а) для тележки с параллелограмной формой контура, искаженной по первому варианту при мрад кН; при мрад кН, кН; при мрад кН, кН; б) для тележки с параллелограмной формой контура, искаженной по второму варианту при мрад кН; при мрад кН, кН; при мрад кН, кН.