Устойчивость колес против схода с рельсов под действием продольных сил

В процессе эксплуатации действие продольных сжимающих сил на автосцепки вагона в составе поезда может привести к его «выжиманию». Причина этого аварийного режима состоит в том, что при определённых условиях может возникнуть обезгрузка колёсной пары и вкатывание колеса на головку рельса. На этот процесс влияют геометрические характеристики экипажа, величины вертикальных усилий с учетом обезгрузки колесной пары, продольных усилий, действующих на автосцепки вагона, вертикальная и горизонтальная жесткости рессорного подвешивания.

В существующей методике [1, 2] устойчивость колесной пары при продольных сжимающих силах оценивается так же, как устойчивость колес против схода с рельсов, но боковая сила вызывается действием продольных сжимающих сил в условиях перекоса. Условие обеспечения устойчивости имеет вид:

,                                                                   (2.4)

где β_гр – угол наклона поверхности гребня колеса;

μ – коэффициент трения взаимодействующих поверхностей колеса и рельса;

Р_В - вертикальная сила;

Р_Б - боковая сила.

При действии продольных сжимающих сил силы Р_В и Р_Б можно вычислять по формулам:

                                                                  (2.5)

,         (2.6)  

где Р_Т - вертикальная нагрузка от одной тележки на рельсы за вычетом обезгрузки;

;                                                                             (2.7)

- вертикальная статическая нагрузка от одной тележки на путь;

;                                                                          (2.8)

 - величина обезгрузки из-за действия вертикальных сил инерции;

;                                                                                (2.9)

N – продольная сила, действующая на автосцепки;

s – половина ширины колеи;

h_п - высота от верха головки рельса до плоскости пятника;

h_цр - высота от верха головки рельса до центра масс кузова с грузом;

;                                                                                   (2.10)

;                                                                       (2.11)

;                                                                        (2.12)

;                                                                                    (2.13)

;                                                    (2.14)

;                                                       (2.15)

Δh – разность уровней автосцепок двух сцепленных вагонов;

а – длина автосцепки от оси сцепления до конца хвостовика;

L_п – половина расстояния между упорными плитами автосцепок;

L_п = L_сц - а;                                                                                (2.16)

2 L_сц – длина экипажа по осям сцепления автосцепок;

2 l – длина базы экипажа;

2δ₀ - попереч­ный разбег рамы кузова относительно оси пути в шкворневом сечении за счет зазоров и износов;

R - радиус кривой;

N_ка и N_кб – продольные критические силы, действующие на автосцепки головной и хвостовой частей экипажа, соответственно, вызывающие перекос экипажей в плане;

;                                                                          (2.17)

N_кб = 2·а·С_Г1;                                                                           (2.18)

C_Г1 – горизонтальная жесткость одного рессорного комплекта.

Выполнение расчетов. Расчеты следует выполнять в такой последовательности.

1. Определяются исходные данные:

T – по Приложению А, стр. 1;

Р - по Приложению А, стр. 2;

a - по Приложению А, стр. 8;

g = 9,81 м/с²;

С₁ - по Приложению Б, стр. 5;

Вычисляется  по формуле (2.8).

2. Определяются следующие величины:

N = 1·10⁶ Н;

Δh – по Приложению Б, стр. 9;

а – по Приложению Б, стр. 10;

2 L_сц – по Приложению А, стр. 4;

2 l – по Приложению А, стр. 3.

Вычисляются значения: L_п по формуле (2.16), затем K₃, K₄, K₅ – по (2.13), (2.14), (2.15).

В результате подсчитывается  по (2.9) и Р_Т по формуле (2.7).

3. Определяется исходные данные:

C_Г1 – по Приложению Б, стр. 11;

2δ₀ - по Приложению Б, стр. 12;

R - по Приложению Б, стр. 13.

Вычисляются значения N_ка и N_кб через (2.17), (2.18).

Находятся g, K₁, K₂ по формулам (2.10), (2.11), (2.12).

4. Определяются данные: 

h_п - по Приложению Б, стр. 14;

h_цр - по Приложению А, стр. 18;

μ – по Приложению Б, стр. 8;

s – значение из Приложения Б, стр. 6 следует поделить на 2.

Вычисляются силы Р_В (2.5) и Р_Б (2.6), причем дважды: сначала с верхними знаками (в  или ), затем – с нижними.

5. Определяется величина β_гр – значение из Приложения Б, стр. 7 необходимо разделить на 57,296 градусов, чтобы перевести в радианы.

В неравенство (2.4) подставляются значения величин, и делается вывод о выполнении условия устойчивости. Расчет выполняется дважды: сначала для верхних знаков (см. п. 4), затем для нижних.