 |
Определение необходимой ширины рельсовой колеи в кривых
|
|
|
|
Ширина рельсовой колеи определяется из условия вписывания тележек
подвижного состава (жесткой базы) в кривые соответствующего радиуса.
Длиной жесткой базы L называется расстояние между крайними осями тележек или экипажа, остающимися при движении параллельными друг другу.
Вписыванием подвижного состава в кривые называется установившееся при движении в кривой положение колесных пар жесткой базы относительно рабочих граней рельсовой нити, возникающее в результате взаимодействия между рельсовым путем и ходовыми частями экипажа. В зависимости от длины жесткой базы, радиуса кривой и ширины колеи вписывание может быть свободным, принудительным и заклиненным.
При свободном вписывании наблюдается минимальное силовое взаимодействие ходовых частей подвижного состава и колеи, а следовательно, наименьшие износы рельсов и колес, и затраты энергии на движение. По этой причине стремятся обеспечить свободное вписывание. При заклиненном вписывании колесной пары жесткой базы тележек не имеют никакой поперечной свободы, ввиду чего создаются особо неблагоприятные условия взаимодействия подвижного состава и рельсовой колеи в кривой. В нормальных условиях эксплуатации оно не допускается. Промежуточное положение жесткой базы тележек между заклиненным и свободным вписыванием характеризует принудительное вписывание, допускаемое в основном для локомотивов.
Для облегчения вписывания тележек экипажей в кривые их колесные пары имеют, как правило, поперечные разбеги (смещения) η относительно жесткой рамы (таблица 2.1).
Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ [4] установлены следующие нормы ширины колеи (таблица 2.2).
|
|
|
Таблица 2.1 – Параметры ходовых частей подвижного состава
| Тип экипажа | Конструкционная скорость V, км/ч | Радиус колеса по кругу катания r, см | Количество осей в жесткой базе | Длина жесткой базы L, см | Поперечные разбеги осей η, мм | ||||
| Крайних η1 | средней у трехосной тележки η2 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||
| Электровозы переменного тока | |||||||||
| ВЛ60 | 120 | 62,5 | 3 | 460 | 1,0 | 15,5 | |||
Продолжение таблицы 2.1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| ВЛ60к | 100 | 62,5 | 3 | 460 | 1,0 | 15,5 |
| ВЛ80,ВЛ80к ВЛ82м ЧС4т ВЛ65 | 110 110 160 120 | 62,5 62,5 62,5 62,5 | 2 2 3 2 | 300 300 460 290 | 1,0 1,0 1,3 1 | - - 1,3 - |
| Электровозы постоянного тока | ||||||
| ВЛ10 ЧС1 ЧС2м,ЧС2т ЧС3 ЧС200 | 100 120 160 120 220 | 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 | 2 2 3 2 2 | 300 333 460 333 320 | 1,0 0 0 0 0 | - 0 0 0 0 |
| Тепловозы | ||||||
| ТЭ7 ТЭ3,ТЭ30 2ТЭ10Л 2ТЭ10В 2ТЭ116 2ТЭ121 ТЭП10 ТЭП60 ТЭП70 ТЭП75 ТГ102К | 140 100 100 100 100 100 140 160 160 160 120 | 52,5 52,5 52,5 52,5 52,5 52,5 52,5 52,5 52,5 61,0 61,0 | 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 | 420 420 420 370 370 440 420 460 430 430 250 | 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 0 1,5 1,5 1,5 | 14 14 14 14 14 14 14 19 14 14 - |
| Вагоны | ||||||
| Грузовые 4-осные Грузовые 6-осные Пассажирский | - - - | 47,5 47,5 52,5 | 2 3 2 | 185 350 270 | 6 2 6 | - 6 - |
Таблица 2.2 – Нормальная ширина колеи
| План линии | Ширина колеи, мм |
| Прямые и кривые радиусом 350 м и более Кривые радиусом от 349 м до 300 м Кривые радиусом 299 м и менее | 1520 1530 1535 |
Допускаются отклонения по уширению плюс 8 мм и по сужению минус 4 мм, а на участках со скоростью движения не выше 50 км/ч соответственно до плюс 10 мм и минус 4 мм.
Определение оптимальной ширины колеи. При определении оптимальной ширины колеи за исходную принимается схема свободного вписывания. На рисунке 2.1 представлена схема такого вписывания для трехосной тележки с учетом разбегов η1 крайних осей.
Рисунок 2.1 – Схема свободного вписывания трехосной тележки в кривую
Для двухосной тележки принципиальная схема сохраняется такой же (без средней оси). Точкой О обозначается центр вращения тележки. При свободном вписывании он находится на задней оси и внутреннее колесо этой оси своим гребнем касается внутренней нити кривой.
|
|
|
Оптимальная ширина колеи в мм S опт определяется по формуле
, (2.1)
где 
– максимальная ширина колесной пары (смотреть данные таблица 2.3);
– стрела изгиба наружного рельса, мм
– разбег крайних осей тележки;
4 – допуск на сужение колеи.
Таблица 2.3 – Размеры колесных пар и рельсовой колеи на прямых, мм
| Параметры колесных пар и рельсовой колеи | Вагонные колеса при скорости, км/ч | Локомотивные колеса при скорости, км/ч | |||
| До 120 | от 120 до 140 | до 120 | от 120 до 140 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Насадка Т | макс. норм. мин. | 1443 1440 1437 | 1443 1440 1439 | 1443 1440 1437 | 1443 1440 1439 |
| Толщина гребня h | макс. норм. мин. | 33 33 25 | 33 33 28 | 33 33 25 | 33 33 28 |
Продолжение таблицы 2.3
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Ширина колесной пары q | макс. норм. мин. | 1511 1508 1489 | 1511 1508 1497 | 1509 1506 1487 | 1509 1506 1495 |
| Ширина рельсовой колеи S | макс. норм. мин. | 1528 1520 1516 | 1528 1520 1516 | 1528 1520 1516 | 1528 1520 1516 |
| Суммарный зазор δ | макс. норм. мин. | 39 12 5 | 31 12 5 | 41 14 7 | 33 14 7 |
Величина стрелы определяется по формуле
, (2.2)
где λ – расстояние от центра вращения тележки О до оси первой колесной пары, равное в данном случае длине жесткой базы L, мм;
R – радиус кривой, мм;
b – расстояние от оси первой колесной пары до точки касания гребня колеса с рельсом, определяемое по формуле
, (2.3)
где r – радиус колеса, мм;
τ – угол наклона рабочей поверхности гребня колеса к горизонту, равной для нового вагонного колеса 60о, для локомотивных бандажей – 70о.
Значение величин L, r, ηl представлены в таблице 2.1.
мм;
мм;
мм.
Полученное значение S опт сравнивается с нормативным [ S ] по данным таблицы 2.2. Если S опт ≤ [ S ], то принимается нормативная ширина колеи. Если же S опт окажется больше [ S ], то необходимо определить минимально допустимую ширину колеи.
, следовательно определяем минимально допустимую ширину колеи.
Определение минимально допустимой ширины колеи. При определении минимальной допустимой ширине колеи за исходную приминается схема заклиненного вписывания (рисунок 2.2).
|
|
|
Рисунок 2.2 – Схема заклиненного вписывания трехосной тележки с поперечными разбегами осей
Учитывая, что заклиненное вписывание допускать нельзя, к полученной по этим схемам ширине S з прибавляется величина зазора 
между боковой рабочей гранью рельса и гребнем колеса (по данным таблицы 2.3).
Для двухосной тележки минимально допустимая ширина колеи S min в мм определяется из выражения:
, (2.4)
где 
и 
– стрелы изгиба наружной и внутренней нитей кривой, отсчитываемые соответственно от хорд AB и CD, проведенные через точки касания колес с
наружной и внутренней нитями;
4 – допуск на сужение колеи.
Величины их определяются по формулам:
, (2.5)
, (2.6)
. (2.7)
Расчет по формулам (2.5), (2.6), (2.7)
мм;
мм;
мм.
В случае трехосной тележки следует рассматривать два возможных варианта.
1. Трехосная тележка не имеет разбегов.
В этом случае трехосная тележка будет заклинена в точках А, В и С и ширина колеи Smin определится выражением:
; (2.8)
2. Трехосная тележка имеет разбег (рисунок 2.2).
Вначале определяется сумма разбегов
, (2.9)
где η1 – разбег крайних осей тележки;
η2 – разбег средней оси тележки.
мм.
Затем сравнивается 
с величиной f в, полученной по формуле (2.6).
.
Если 
, то тележка будет заклинена в точках A, B, C и D и ширина
колеи Smin определится выражением:
. (2.10)
Если 
, то тележка будет заклинена в точках A, B и E. Ширина колеи Smin в этом случае определяется по формуле (2.8).
;
.
Полученное значение Smin необходимо сравнить с нормативной шириной колеи [S] для принятого радиуса R кривой (смотри таблицу 2.2).
Если Smin < [S], то принимается нормативная ширина колеи. Во всех случаях минимально допустимая ширина колеи Smin не должна превышать максимальную ширину Smax, устанавливают ПТЭ и равную 1535 мм. Если же окажется по расчетам Smin > [Smax], то необходимо увеличить радиус кривой, а при R ≤ 150 м предусмотреть установку контррельсов.
|
|
|
|
|
|
