Нурмамбетов С. М., Тыныбекова Б.У., Сериккулова А.Т.

г Алматы, Республика Казахстан

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СИЛ ГРУППОВОГО БОКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КОЛЕС ТЕЛЕЖЕК НА РЕЛЬСЫ

Оценка с помощью формул (1 — 6)группового воздействия колес тележки на путь,

; (1)

. (2)

. (3)

. (4)

, (5)

. (6)

обусловленного квазистатическим сжатием поезда, позволяет проводить многовариантные инженерные расчеты для выявления основных эксплуатационных и конструктивных параметров подвижного состава и пути, влияющих на указанное воздействие, и разрабатывать технические мероприятия по его уменьшению и обеспечению безопасности движения поездов.

Основным эксплуатационным параметром является продольная квазистатическая сжимающая сила F в поезде. Снижение этой силы в процессе эксплуатации — одно из важнейших направлений совершенствования технологии вождения поездов, но можно значительно снизить групповое боковое воздействие колес тележки на путь, изменяя конструкционные параметры подвижного состава и пути. Из формул (4) и (6) следует, что чем больше отношение L к l, тем сильнее групповое воздействие колес тележки на путь. Другими словами, чем меньше консоль экипажа (расстояние от шкворня тележки до упора хвостовика автосцепки), тем меньше H. Уменьшается H с увеличением радиуса кривых. Однако самыми главными параметрами, уменьшением значения которых целесообразно снижать групповое боковое воздействие колес тележки на путь, обусловленное квазистатическим сжатием поезда, являются параметры е и d (см. рис. 1, б, в). Дело в том, что существующая сейчас на наших дорогах автосцепка не имеет стабилизирующего шарнира в хвостовике. Радиус закругления хвостовика автосцепки 130 мм, а опорная плита, на которую передается хвостовиком автосцепки сжимающая поезд сила F, имеет радиус закругления 150 мм (рис. 1, а). Поэтому теоретически сжимающая сила хвостовиком автосцепки передается опорной плите в точке и при перекосах экипажей по схеме "елочки" эта точка контакта перемещается поперек экипажа несущественно. За рубежом на большинстве железных дорог применяется автосцепка со стабилизирующим шарниром в зоне контакта хвостовика с опорной плитой (рис. 1,б).

Проект такой автосцепки имеется и на наших дорогах, но ее выпуск задерживается. Необходимо отметить, что даже при самом интенсивном переходе на новую автосцепку, при которой резко (в несколько раз) уменьшится групповое боковое воздействие колес тележки на путь, обусловленное квазистатическим сжатием поезда, период такого перехода для всего подвижного состава сети займет многие годы. Поэтому представляет огромный интерес оценка [с помощью формулы (4)] влияния на групповое боковое воздействие колес тележки на путь параметров d и е.

При F= 1000 кН определенное по формуле (1) значение H_e под тележкой четырехосного вагона при е = 20 мм (для вагонов это реально возможное значение) равно 32 кН даже при отсутствии перекосов экипажей в колее. Значение параметра 8 определяется трехчленной функцией:

d=e+d_o+d(H), (7)

где: d_o — неупругое боковое перемещение шкворневого сечения экипажа (за счет зазоров между гребнями и рельсом, а также зазоров в буксовых, пятниковых узлах и других соединениях) при его перекосе по схеме "елочки"; d(H) — упругое боковое перемещение кузова, зависящее от силы H_d.

Рис. 1. Варианты передачи хвостовиком автосцепки продольной сжимающей силы F:

1 — опорная плита, 2 — хвостовик автосцепки

Значение

(8)

где — жесткость бокового перемещения шкворневого сечения кузова после реализации перемещения . Поскольку аргумент d зависит от H_d и H_de, то расчет H_d, H_de по формулам (2) и (3) и H по формуле (4) возможен методом последовательных приближений. Сначала определяется значение H_de при d = е + и по полученному H_de определяется значение d по формуле (7). Далее расчет повторяется до приемлемой (малозначимой) разницы между значением H_de в i-расчете по сравнению с расчетом i— 1. Значительную долю в формировании составляют зазоры между гребнями колес и головкой рельса. Так, например, значение 2, обусловленное только зазором между изношенными гребнями и головками рельсов, при допустимом уширении рельсовой колеи может достигать в прямых участках пути 30 мм, а в кривых 50 мм. Из этого следует, что произведенное на дорогах сети уменьшение ширины колеи до 1520 мм в прямых и кривых с R ≥ 350 м является полезной мерой с позиции уменьшения группового бокового воздействия колес тележки на путь, обусловленного квазистатическим сжатием поезда. Но главный резерв снижения такого воздействия на путь состоит в уменьшении d за счет уменьшения е и увеличения , а также за счет уменьшения зазоров в буксовых, пятниковых и других узлах подвижного состава, влияющих на поперечные перемещения (перекосы) кузова, особенно в современных локомотивах. Поскольку в современных локомотивах, пассажирских и рефрижераторных вагонах d значительно больше, чем в грузовых четырехосных вагонах с подшипниками качения, то и групповое боковое воздействие колес тележки этих экипажей на путь (в кривых на наружную нить), обусловленное квазистатической сжимающей силой F в автосцепке, тоже значительно больше (табл. 1).

Если же конструкционный эксцентриситет передачи хвостовиком автосцепки продольной сжимающей силы F не равен нулю, т.е. если е>0, что практически имеет место в подавляющем большинстве случаев, то приведенные в табл. 1. численные значения необходимо умножить на коэффициент. Очевидно, что если е = d, то значения H в табл. 1. необходимо удвоить. К сожалению, в настоящее время численные значения е статистически не оценены.

Из представленных данных следуют выводы: во-первых, что при одинаковой сжимающей поезд силе F распирающие и сдвигающие рельсовую колею групповые силы под тележкой цельнометаллического вагона и современных грузовых локомотивов 4ТЭ10С и ЗТЭ10М значительно больше, чем под тележкой грузового четырехосного вагона вследствие того, что значение параметра d у локомотивов и цельнометаллических вагонов больше, чем у грузовых вагонов; во-вторых, что в кривых участках пути распирающие и сдвигающие рельсовую колею силы больше, чем в прямых, но в кривых и сопротивление колеи распору больше, чем в прямых. Обусловлено это тем, что в кривой скантовать на бок рельс как в прямых практически невозможно. В кривой распор колеи происходит только за счет кручения рельса относительно наружной кромки его подошвы в пределах одной тележки, а не вследствие раскантовки его в пределах нескольких тележек, как в прямых участках пути.

Наиболее неблагоприятными местами, где возникают наибольшие распирающие и сдвигающие колею горизонтальные поперечные силы, обусловленные продольными силами сжатия поезда, являются тормозные участки и особенно S-образные кривые на них без прямых вставок, крутые кривые и прямые в пределах 20—30 м на подходах к кривым и выходе из них, а также закрестовинные и переводные кривые. Чем меньше радиус кривой и чем больше ширина колеи, тем больше горизонтальная составляющая продольной силы. Использование изложенной методики расчета H в зависимости от F, d, е, Δ,L,I и R позволяет научно обосновывать причину схода колес, а также разрабатывать и реализовывать на практике технические и технологические меры по предотвращению выжимания экипажей, распора и сдвига колеи.

Таблица 1 Значения бокового воздействия колес тележки на путь

Сжимающая сила F кН	Радиус кривой R, м	Значение Н (при е = 0), кН, от тележки
		четырехосного вагона с подшипниками		пассажирского цельноме таллического вагона (d = 0,065 м)	тепловоза 4ТЭ10С, 3ТЭ10М (d = 0,08 м)
		качения (d = 0,025 м)	скольжения (d = 0,04 м)
500		28,5	45,5	64,5	133,5
	1000	32,0	49,0	70,5	137,5
	600	34,3	51,3	74,5	140,5
	300	50,1	57,1	84,5	148,0
1000		57,2	91,4	129,0	267,0
	1000	64,0	98,0	141,0	275,0
	600	68,6	102,6	149,0	281,0
	300	80,2	114,2	169,0	296,0
1500		85,5	137,0	193,5	400,5
	1000	96,0	147,0	211,5	412,5
	600	102,9	153,9	223,5	421,5
	300	120,3	171,3	253,5	444,2

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.