Нурмамбетов С. М., Кажигулов А.К., Сериккулова А.Т.

 

г Алматы, Республика Казахстан

 

 УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЁСНОЙ ПАРЫ ПРОТИВ СХОДА С РЕЛЬСОВ

 

На процессы взаимодействия колёс с рельсами и безопасность дви­жения поездов существенно влияет профиль поверхности катания. Стан­дартный профиль поверхности обода колеса (рис. 1.1., а) распространя­ется на колёса для колёсных пар грузовых и пассажирских вагонов локомотивной тяги, немоторных вагонов электро- и дизель-поездов, а также путевых машин. Объединённый профиль поверхности обода колеса (рис. 1.1., б) применяется для обработки колёсных пар пас­сажирских вагонов, эксплуатируемых со скоростями движения свыше 160 км/ч, а колёса вагонов промышленного транспорта обрабатывают, используя специальный криволинейный профиль (рис. 1.1., в).

Профиль поверхности ка­тания обода для колёсных пар пассажирских вагонов, эксп­луатируемых со скоростями движения свыше 160 км/ч (см. рис. 1.1., б), имеет горизон­тальную площадку между раз­мерами от 60,7 до 70 мм, а далее конусности 1:50; 1:10; 1:3,5 — и фаску 6 мм-Х 45°. Наружная грань гребня со­ставляет 65° к горизонтали вместо 60°, как это предус­мотрено в стандартном про­филе (см. рис. 1.1., а), пере­ходные радиусы закруглений также изменены. Цилиндри­ческая часть катания, обра­ботанная в соответствие с го­ризонтальной   частью   про­филя, исключает извилистое движение   колёсной   пары. Вместе с уменьшенной ко­нусностью до 1:50 рабочей части колеса она не допускает ухудшения плавности хода вагона. Увеличение угла наклона наруж­ной грани гребня совместно с изменением профиля рабочей части по­верхности катания колеса улучшает устойчивость движения колёсной пары, способствует уменьшению износа гребня, повышает безопасность движения вагонов скоростных поездов, который является одним из мер комплексных организационных и технических мероприятий направленных на защиту жизни и здоровья граждан, создание условий безаварийной работы организаций железнодорожного транспорта, содержание в исправном состоянии железнодорожных путей, подвижного состава.

Несоблюдение мер безопасности на железнодорожном транспорте могут привести следующим последствиям:

крушению, аварии, особому случаю брака в работе, затруднению в работе, к прочим нарушениям безопасности движения.

Кроме стандартных, разработаны два типа профилей вагонного колеса, один из которых (рис. 1.2., а) предназначен для колёсных пар вагонов российских дорог с выходом их на дороги западноевропей­ских стран, а другой (рис. 1.2., б) — для западноевропейских вагонов.

 

 

 

Рис.1.1. Профили поверхности катания колёс:

а — для грузовых и пассажирских вагонов локомотивной тяги, немоторных вагонов электро- и дизель-поездов, а также путевых машин; 6 — для пассажирских вагонов, эксплуатируемых со скоростями движения свыше 160 км/ч; в — вагонов промышленного транспорта

 

Поверхность катания указанных профилей — круголинейная, а угол на­клона наружной грани гребня увеличен до 70°. В результате на 25% улучшается устойчивость движения колёсной пары, снижаются кон­тактные напряжения, на 25% уменьшается износ гребня и на 50% уве­личивается срок службы колёс. Плавность хода вагонов с колёсами, имеющими профили поверхности катания (см. рис. 1.2.) при повы­шенных скоростях движения по­ездов, значительно выше по срав­нению со стандартным (см. рис. 1.1., а).

Каждый из приведенных профилей поверхности катания колеса имеет гребень, служащий для направления движения и предохранения от схода колёсной пары. Он имеет высоту 28 мм, измеряемую от его вершины до горизонтальной линии, проходящей через точку пересечения круга катания с профилем. Угол наклона наружной грани гребня оказывает влияние на безопасность движения: его увеличение повышает устойчи­вость колёсной пары на рельсах и уменьшает износ.

 

Технология изготовления стальных колёс основана на штамповано-катанном способе, включающем в себя процессы подготовки заготовок, их нагре­ва, горячей деформации, противофлоксной, термической и меха­нической обработки, контроля и испытания.

Поверхность профиля катания колеса с ко­нусностью 1:3,5 гораздо реже катится по рельсу, поэтому она меньше изнашивается. Благодаря на­личию этой конусности и фаски 6 мм х 45° наружная грань б  при­поднимается над головкой рельса даже при наличии допускаемого проката, наплыва металла и др. дефектов поверхности катания колёс, обеспечивая безопасный проход стрелочных переводов.

    Устойчивость колёсной пары в рельсовой колее оценивается коэффициентом устойчивости колеса против схода с рельса, учитывающим соотношение вертикальных и горизонтальных составляющих сил, возникающих при движении вагона. При неблагоприятном сочетании вертикальных и горизонтальных сил, а также при нарушении условий загрузки и отклонении в состоянии вагона могут возникнуть случаи вползания гребня колеса на головку рельса, что приводит к сходу вагона с рельсов. Для предупреждения схода вагона в эксплуатации произво­дится проверка устойчивости движения колеса по рельсу, для чего подсчитывается коэффициент по формуле:

 

      (1.1)

 

Рисунок 1.2. Профили поверхности катания колес вагонов, разработанные стандартами железных дорог западноевропейских стран

 

где   -  угол наклона образующей гребня конусообразной поверхности колеса с горизонталью: для стандартного профиля (см. рис. 1.1., а)   = 60°, для объединённого профиля (см. рис. 1.1., б)   = 65°, для профилей железных дорог западноевропейских стран (см. рис. 1.2.)   =70°;

  — коэффициент трения взаимодействующих поверхностей колёс и рельсов, принимается   = 0,25;

Pвl и Рв2 — вертикальные составляющие силы реакции соответственно набегающего и ненабегающего колёс на головку рельса;

 Рб - - горизонтальная составляющая силы реакции набегающего колеса на головку рельса, действующая одновременно с Рв| и Рв2. Составляющие силы Рв1, Ps2 и Рб определяются по формулам:

 

 (1.2.)

  (1.3.)      

                                                                         (1.4.)  

где Р0, Ркп — соответственно осевая статическая нагрузка и собствен­ная сила тяжести колёсной пары;

  - среднее значение коэффициента вертикальной динамики, приближённо   = 0,75-кдв;

   -   среднее значение коэффициента динамики боковой качки, приближённо   = 0,25*;

Нр— среднее значение рамной силы;

b — половина расстояния между серединами шеек оси, для стандар­тных осей b = 1,018 м;

l — расстояние между точками контакта колёс с рельсами, l = 1,555 м;

а1, а2 - расстояния от точек контакта до середины шеек, а1 = 0,217 м, а2 = 0,264 м;

r — радиус колеса, м.

Допустимое значение коэффициента запаса устойчивости колёсной пары от схода с рельсов:

для пассажирских вагонов —   [kvk ]= 1,8;

для изотермических вагонов —   [кук] = 1>6;

для грузовых вагонов -   [кук] = 1,4.

При кук < [кук]  может произойти вползание гребня колеса на головку рельса и сход вагона с рельсов.

 

 

Список литературы:

 

1.Надёжность железнодорожного пути В.С.Лысюк, В.Б. Каменский, Л.В. Башкатова. Под ред. В.С. Лысюка — М.:  Транспорт, 2001. 286 с.

2.Лысюк В.С. Причины и механизм схода колёс с рельсов. Проблема износа колёс и рельсов. - М.: - М Транспорт, 2000. 96 с.

3.Барабошин В.Ф., Ананьев Н.И.  Вредные вибрации пути и борьба с ними. - М.: Транспорт, 1972. 45 с.