автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Исследование сил и характера взаимодействия пути и подвижного состава для железных дорог Конго

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

Казимир ЭКОЕБВЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛ И ХАРАКТЕРА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПУТИ И ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ КОНГО

Специальность 05.22.06 — Железнодорожный путь

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГо 03 1 5 МЛН 1393

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена на кафедре «Железнодорожный путь» Петербургского института инженеров железнодорожного транспорта.

Научный руководитель — кандидат технических наук, профессор

дьяков к. н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КОГАН А. Я.;

доктор технических наук НИКЕРОВ Н. С.

Ведущее предприятие — Октябрьская железная дорога.

Защита состоится « марта 1993 года в 13.30

на заседании специализированного совета К 114.03.06 в Петербургском институте инженеров железнодорожного транспорта (190031, Санкт-Петербург, Московский пр., дом 9, ауд. 1-418).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

2.£ Й> РА А Я

Автореферат разослан «. . .» ...... 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент Е. С. СВИНЦОВ

ОБЩАЯ ХЛРЖГЗРЛСТШ. РЛБОШ

Актуальность. Для экономического развитая республики Конго, обеспачения перевозок пассажиров и грузов, соединения побережья океана с глубинными районами нужны надежные транспортные связи. В первую очоредь это откосится к железнодорожному транспорту, на долю которого приходится значительная честь пассажирских и грузовых перевозок.

Железные дороги республики построена в основном в тридцатое годы текущего столетия. Из-за сложных топографических условий они имеют болтов количество крупа уклонов, величина которых достигает 23 °/оо, и до 40 % от общего протяжения кривых, в том числе радиусом 100 и я менее. В настоящее время развернутая длина составляет около 900 км, грузонапряженность достигает 10 млн. ткм брутто на юл в год. Ширина колеи 106? мм при сравнительно высоких осевых нагрузках подвимого состава, достигающих 180 кН.

В связи с увеличением потребностей в перевозках намечается рост грузонапряженности, повышение скоростей движения поездов до 100-120 км/ч. Производится переустройство наиболее важных железнодорожных линий с уположением уклонов, увеличением радиусов кривых (минимальный радиус принят равным 300 м), усилением верхнего строения пути.

Исследования взаимодействия подвижного состава а пути с шириной колеи 1067 юл проводились на железных дорогах Японии, Франции, Сахалинской дороге России и др. Для железных дорог республики Конго, тлеющих слоеный план з профиль, высокие осевые нагрузки, такие исследования выполнялись в меньшем объеме, хотя конструкцию пути в целом, ее геометрические размеры, допуски в

содержания и др. определяет в первую очередь характер динамических сил, действующих на путь, влияние на них параметров пути и подвижного состава.

Диссертационная реботс посвящена исследованию характера взаимодействия дутв в гюдыизяого состава для эксплуатационных условий дорог Конго в использования подученных рэзультатов для решения практических задач.

¡\т> Я э<шачй исследования. Цэлыо представленной работы является определение расчетных параметров пути и подвижного состава, исследована« вертикальных л боковых динамических сил, действующих от экипажа как пространственной модели на путь, изучение напряженного и деформированного состояния элементов пути и подвижного состава в зависимости от осевых нагрузок, скоростей движения, глаза и профиля пути и др.

Полученные результата использованы для решения ряда практических задач.

Методика исследований. На основании анализа исследований в области взаимодействия цуги и подвижного состава, выполненных в (?ССР, Франция, Японии, Германии, США и др. в диссертационной работе использованы теоретические методы, в частности, математическое моделирование.

При опродедеиии характера сил взаимодействия пути и подвижного состава использована разработанная во ШНИЖТэ пространственная модель систеш "экииаз - дуть", позволяющая учитывать большое число факторов. В вей пространственные колебания экипажа рассматривается в виде двух везавясишх групп:

вертикальных колэбшзвй подпрыгивания и галопирования и горизонтальных поперечных колебаний относа, шляния и боковой качки.

Расчеты производились ва 8Ш ЕС-1045, ЕС-1033, ПЭй,!.

Достоверность результатов подтверждается многочисленны- • ми экспериментальными и теоретическими исследованиями в области взаимодействия пути и подвижного состава, выполненными в различит странах.

Научная новизна. Впервые для эксплуатационных условий железных дорог Конго (ширина колеи 1067 им) проведены широкие исследования сложного процесса взаимодействия системы "экипаж -путь" с использованием прогрессивной методики, учитывающей влияние на лроцосс большого количества факторов. Изучены упруго-динамическао характеристики пути и динамико-ышшатическла характеристики подвижного состава.

Многочисленные расчеты по определению уровня контактных напряжений колеса и рельса позволили предложитьпростые графические зависимоЬти в виде номограмм, отраяавддх влияние различных эксплуатационных условий.

Полученные результаты позволяют решить ряд практических задач устройства, эксплуатации и реконструкция пути.

Практическая ценность. Теоретические исследования силового воздействия экипажа на путь позволили решить ряд практических задач. В частности, на железных дорогах Конго принята одинаковая ширина колеи для пряг.их я кривых участков пути, что вызывает дополнительные динамические силы при днаявяяи подвижного состава по кривым. В работе даны рекомендации о наиболее рациональной ширина колеи в кривых различных радиусов, основанные на геометрических характеристиках пути и колес подвижного состава, с учетом уровня возникающих динамических сил. Обоснованы величины допусков в содержании аириш колеи на прямых и в кривых.

На основании исследования контактных напряжений выработана предложения по продлению срока службы рельсов и колес подвижного

состава, по проектированию поперечного профиля рольсов и баяда-кой колес. Решен ряд других практических задач, направленных на уменьшение расходов на содержание пути, увеличониа срока службу отдельных его элементов, обеспечение безопасности движения поездов.

Дппобапип теботн. Основные материалы .диссертации доложены на 37-й и 38-И научно-технических конференциях путейцев Октябрьской кепезиой дорога совместно с научным) работникам! учебных и цедчно-исследовательских институтов железнодорожного транспорта в 1991 и 1592 годаз, заведениях вдодры "Железнодорожный путь" с участием сотрудников ¡са^едрн "Промышленный транспорт и автоматизация производственных процессов", а также в управлении железных дорог Конго - ОХШ.

Рубррктт.щ. По тема диссертационной работы опубликованы 3 статьи.

Объем работц, Диссертационная работа состоит из введения, шзста глав, основных выводов, се;ска использованию: легочников из 162 наименований. Содержит А-Й с. машинописного текста, АЪ рис., 25 табл., с твшв 33 приложений.

' СОДЕШНИЕ РАБОШ

Во ввэ.пошш обоснована актуальность проведенных исследований, направленных иа зшньшзнео сил взаимодействия пути н под-важного состава, ензнонгв эксплуатационных расходов ва их содержание, обеспечение безопасности дшшоиия поездов. Кратко изложено содержание диссертационной работы. (

В пеовор улавя дается характеристика технических средств келезних дорог Конго.

Основной объел перевозок осуществляется тепловозами мощность» до 3600 л.с., с осэшми нагрузками 150-170 кН, конструкци-6

онной скоросты) 60-120 км/ч.

Современный парк груз о ил вагонов состоит из критых 4-ос-них вагонов, платформ, цистерн, 4-оашх я 8-оогах полувагонов, грузоподъемностью 50-110 т. Наиболее распространенными являются двухосные тележки, колесные пари с ролякошми подшипниками и цельнокатаными колесами. Рессорное подвешивание - центральное. В рессорный комплект входят 4-7 дцухрядних пру?::ин. Внутри пруми может бить расположен фрикционный гаситель колебаний.

Сложность плана и профиля жаявзнодорохнцх линий характеризуется приведенными в тейп. I и 2 данными.

Таблица I

Уклоны Общая прогяяанность уклонов на участках, %

°/оо . Пуэят-Нуар - Монт-Бэло Монт-Бэло ~ Браззавиль

0- 5 25 27

5 18 19,5

5- 10 24 22

10- 25 33 31,5

Таблица 2

Характера- 0ЙЩЗЛ протяженность кривых на участке, %

с тики пути-•

в плане Пуэнт-Нуэр - Мояг-Бело itoar-Бэло - Ераззавадь

ТО 30

6,5 16,5 7,0

малых радиусов ухудшает дороги, сдерживают рост

Прямые 53

Кривые, 47

в том числа:

R = 500 м и

более 4,6

■R = 300 -

499 м 14,0

■R = 299 м и

менее 28,4

Наличие яру тих уклонов и кривых эксплуатационные показатели железной

скоростей дшжения, массу поездов и их длину.

На Е8Л8ЭШХ дорогах Конго используют импортные, преимущественно широкоподопвашше рельсы раз них категорий. ПогошыИ вас рельсов колеблется от 30 до 52 кг/м. Протяженность пути с ральсоми 46-50 кг/м составляет более 45 %. Шпалы используются двух типов: деревянные и металлические. Укладка ншлезобетонных шпал планируется в блшсайшэй перспективе. Эпюра шпал в зависимости от эксплуатационных условий составляет 1320 - 2000 штук на километр.

Дня прикрепления рельса к шале используют скрепления типа кн , ши , РМЮКОЬ .

Ширина рельсовой колея - 1067 ш.

Балласт - из крепких вулканических пород фракций 25-55 т а 25-60 мм. Толщина балластного слоя под шпалой - 30/45 ил, плечо балластной призмы таюкэ колеблется в пределах 30-45 см, уклон откоса - 1:1,5.

Земляное полотно отсыпано из лестных переувлажненных грунтов; имеются трудности отвода атмосферных осадков как на станциях , так и на перегонах. Ширина основной площадки принята равной 440 - 5Ю сы.

Услошя експяуатадаи пути относительно тяжелые: осевые нагрузка достигает 170-180 кН, скорости движения экипажей - 60- -80 км/ч, масса груаошх. поездов доходит до 3000-3500 т, грузонапряженность - до 10 ыяв. гкм брутто на I км в год. В перспективе намечается дальнейшее увеличение этих показателей.

Сроки службы отдельных элементов верхнего строения пути и ходовых частей подвнкного состава сравнительно небольшие, особенно быстро изнашиваются рельсы в кривых и гребни колес подвижного состава, которые закупаются в других странах. Народное хозяйство республики Конго несет большие валютные затраты. 8

Сложные эксплуатационные условия требуют больших затрат и на текущее содержание пути п подвижного состава.

Во ргорой главе дана общая схема решения задачи по иссле-доваяпх» работы пути под нагрузкой.

При движении колеса по рельсу сила его дивиличаского давления на рельс изменяется в зависимости от ряда факторов. Уровень сил и характер взаимодействия цуги я экипажа предопределяются формой неровностей, участвующих во взаимодействии масс, параметра!® элементов кинематических связей меаду ними - кест-костящ и коэффициентами вязкого трения.

Изучением упруго-дннамических характеристик пути занимались многие исследователи. В этой области следует отметить работы М.Ф.Вориго, А.Я.Когана, В.Н.Данилова, М.А.Фришмана, Г.М. Шахунянца, В.Ф.Яковлева, Н.Д.Кравченко, М.Шпяссеяя» К.М.Шмидта, М.Г.Андрвевского, И.И.Семенова, ВЖПояетаэва, А.Й.Саутина, В.А.Взноградова, Р.А.Тарарковского, А.И.Гасанова, Г.М.Гоурчака, Й.В.Вольвова и многих других авторов.

Наиболее полно исследована жесткость рельсового пути. Она зависит от изгибпой местности поперечного сечения рельса и податливости подрельсового основания, йосткость подрэльсового основания в свою очередь зависит от эпюры шпал, упругости скреплений, рода балласта, физико-механических свойств грунтов земляного полотна и др.

В работе сделан подробный анализ модуля упругости рельсового основания, коэффициента относительной жесткости рельсового основания и рельса. Это позволило определить зависимость коот-кости пути от его конструктивного оформления.

Вертикальная несткость пути изменяется в широких пределах -от 50 до 750 пс/см.

Менее изучена касса пути, участвующая в колебаниях. Чаще всего она принимается приведенной к точке контакта колеса с рельсом. В зависимости от принятой расчетной схемы и целой исследования она может быть или сосредоточенной, или распределенной по длине.

Бри двшении колеса по рельсу в колебательный процесс вместе с рельсом вовлекается некоторый объем балластного слоя и земляного полотна. Автором сделана попытка учесть это обстоятельство. В работе выполнены многочисленные расчеты по определению величин сосредоточенных приведенных к рельсу масс пути. Результат расчетов показывают, что значения распределенной мае-

О О

сы пути могут колебаться от "7,0 до 13,0-10 кг «с /см .

Одной из составных частей реакции рельса являются силы неупругого сопротивления, проявляющиеся в виде сил сухого (куло-новского) трения и сил вязкого трения (диссипатийшх). Определяются они экспериментальным путем.

Анализ выполненных исследований показывает, что .для принятой в Конго конструкции верхнего строения пути коэффициент вязкого трения мсквг быть принят равным 40 - 200 кг-с/см.

Упрзго-дааашческие характеристики пути в горизонтальной плоскости изучены менее подробно по сравнению с вертикальными. В большей степени изучена горизонтальная жесткость рельсовых нитей. Хуке изучены масса пути и силы грения.

Изучение и анализ литературы, расчеты, выполненные автором, позволили определить численные значения параметров пути в горизонтальной плоскости. Применительно к условиям железных дорог Конго упруго-даиашческие характеристики пути в горизонтальной плоскости приняты следующие:

жесткость ж - 16000 - 20000 кгс/см; масса, пути т - 1,3 - 5,0 кгс*с^/см;

сила трения X - 28-65 кгс*с/см.

Уровень сил и характер взаимодействия колеса и рэльса зависят не только от упруго-динамических характеристик пути. Значительное влияние на сит взаимодействия оказывают и динамико-кинематичэские характеристики подвижного состава. Основными аз них являются:

массы, участвующие в процессе взаимодействия; упругие связи этих масс; показатели сил трения в упругих связях; расстояния между упругими связями; способы соединения участвующих во взаяшдвйсгвии маоо. Используя паспортные данные подвижного состава, обращающегося на железных дорогах Конго, автором определены их численные значения. За расчетный принят наиболее распространенный грузовой вагон типа

В гретой главе излокенн теоретические исследования сил, действующих на рельсовые нити при вертикальных колебаниях экипажа.

Методы расчета сил, действующих на путь при прохождении подвижного состава, изложены в работах А.А.Холодецкого, К.Дег-лияекого, Н.П.Петрова, С.Е.Смирнова, Н.Е.Жуковского, Х.Хсимаяа и других.

В целом схемы взаимодействия пути и подвижного состава могут представлены в виде механической системы со многими степенями свободы. Исключительная сложность процесса взаимодействия обусловила необходимость упрощения расчетной схемы посредством введения ряда допущений, предпосылок и упрощений.

В настоящее время наиболее часто применяется одиночная вертикальная силовая система. Степень детализации такой системы

зависит от поставленной задачи и технических возможностей ее решения. Однако возросшие требования практики поставили перед исследователями ряд задач, решить которые с помощью простейших схем расчета затруднительно. Поэтому перешли на плоские расчетов схемы с большей степенью детализации.

В работе для исследования вертикальных колебаний экипажа принята пространственная его модель, приведенная на рис. I. Если зкипек имеет только центральное подвешивание, то в буксовом узле связи принимаются абсолотно кесткими.

Пространственные колебания экипажа разбиты на две самостоятельные группы:

колебания подпрыгивания и галопирования; колебания валяния, относа и боковой качки. Колебания подпрыгивания и галопирования шзывавтся вертикальными неровностями на поверхности катаная рельса, неровностями, обусловленными овзором кезду рэжьсса и бсаовангсы, и нероЕ-

новтяма колес. ......... .. . ... ..........

.Для нахогдсшш сив, дойотвувних т путь ера вэртякалыга колебаниях, достаточно 'рассмотреть шшскуа схсцу кодебашй яш-пагш, т.е. воздействие на одну рольсовуо нить подохши экипага.

В качестве инерционных масс грузового вагона типа 6ЛЕШЕ7ч2 -Т& с центральным рессорным подвоыаванаеы принят кузов и массы двух тележек вместе с кодесиыш парами. Коэдая масса имеет две степени свобода 'т галопирования и подпрыгивания. Всего пзсть степеней свобода.

Система расчетных да^ераидиальшл: уравнений шроко освещо-на в учебной литературе по дднашко вагонов. Расчетные уравнения и параметра приведены в диссертация.

В качестве возмущащнх функций использована наиболее хедше-

(-Н

со

г)

РИС. I. ¡¿одел* экяпада,■ щдамняекая при изучении динашки пути а подвижного

состава:

© - цавгр трости С,-ой кассы; индексы: (в- путь; нет индекса - колесная пара; + - тележка, *- кузов;) а - четкость связей; гаслтедз колосашЯ; Аг точки контакта колеса с рошсвш по кругу кагаяия; с - принадлежать к элементу; ¿ = I справа, ¿= 2 - слеза по ходу дажевдя.

г) Модель екипага заимствовала аз кллга а.у.Задлго в А.Л.Когаяа "Ззаадо-дейсгвле путл и подвитого состава". - ц.: Традспорт, 19Б6. - С. 39.

тарные по £орме я размерам неровности рельсовых нитей колеи 1067 ш келезшх дорог Сахалина,

Ршеииэ задачи реализовало на OIM EC-I045 на языке 40РТРАН. Программа PUT доследует колебания подпрыгиваиия и галопирова-шш эквпаяа, Она разработана во ШИИГГа под руководством д-ра техи. наук, профессора А.Я.Когана в зарегистрирована за Я 00055/Й1 в МПС.

Результаты решения задачи по исследованию вертикальных сил взаимодействия пути и экипажей приведены в табл. 3.

Таблица 3

Скорость движения экипажа, км/ч Вертикальная сила давления колеса на , рельс, Напряжение в подошве рельса (по оси), 1 Ша Вертикальный прогиб рельса, мм

20 95/97 60/61 2,10/2,20

40 I05/II2 68/68 2,40/2,50

60 116/140 77,5/103 ■ 2,70/3,25

80 133/179 93,3/149 3,20/4,60

Примечание . Числитель - удовле твори тедьноо состояние пути (износ рельсов до 7 мм);

знаменатель - неудовлетворительное состояние пути (износ рельсов 7-10 мм).

Результаты расчетов показывазт, что движение экипажей со скоростями до 80 км/ч вполне допустимо.

Р четвертой главе обосновывается необходимость оценки и сни-кения уровня контактных напряжений в рельсах и колесах подвижного состава.

Практика эксплуатации рельсов похазызает, что велик процент их выхода по контактно-усталостным дефектам. Поэтому. в работе большое внимание удедено изучению уровня контактных напряжений в рельсах и колесах подвижного соотава в зависимости от эксплуатационных

условий, имея в виду, что рад задач на яашли должного отражения в современной технической литературе.

Изучены теоретические и экспериментальные исследования контактной прочности, выполненные С.Е.Тимоаонко, Н.М.Бвляешм, Д.Н. Динником, И.Я.Штаарманом, В.Ф.Яковлешы, !1С.Нихерошм н другиш авторами. Это позволило разработать структурную схему вариантов исследований, учитывающих многообразие эксплуатационных уоловлй железных дорог республики Конго.

, Блок-схема расчетов по определению контактных напряяеняй приведена иа рис. 2. Программа составлена при участии канд. теха. наук доцента В.В.Гниломедова на языка PI-I и приведена в приложении к диссертации. Задача реализована на ЭШ ЕС-1033 в Щ ПИИТа.

Выполненнне расчеты позволили установить зависимость паличины контактных напряжений от:

- поверхности катания головня рельса;

- радиуса колеса подвижного состава;

- радиуса поверхности катания колеса в поперечной плоокооти.

Для сравнительной оценки влияния различных факторов на уровень контактных напряжений принят базошй вариант при следующих исходных расчетных данных:

- радиус поверхности катания головки рельса = 200 мм;

- радиус колеса по кругу катания Т£г = 330 мм;

- поверхность катания колеса в поперечной плоскости принята выпуклой с радиусом = 10000 мм; .

- нагрузка на колесо Рст = 90 IÜ.

Значения напряжений величиной 1380 Ша, полученные для базового варианта, приняты разными единице.

Выполненные многочисленные расчета позволили определить коэффициент изменения контактных напряжений относительно базового варианта и представить результаты расчетов в виде номограмм (рис.^О

15

CbJ

Рис. 2. Блок-схема расчаra контактных нацряаешш

Ряс. 3. КоэЗфпшапта изменения уровня контактных напряженна*.

I, 2, 3 - соответствонно для нагрузок Рс?.0-Д2н1 я

0,дин2 1

о) при изменения ;

б) сплошше линии - при изменении пунктирные -

Полученные зависимости показывают па существенное влияние геометрических размеров колес и рельсов на напряяенноо состояние контактных зов п их контактно-усталостнуп выносливость, оп-ределякцуп росурсоте возможности колоо п рельоов. Контактные напряжения снияаптся при увеличения радиуса поверхности ратания головка рельса, уввипвпзи радиуса колеса и увеличения радиуса гаиуклоП поворосноотп катгашя йииааа в поперечной плоскости.

Численные значения контактных надрязояий, по.тучошшо аз яо-иограял о учотом базового варяавта, могут быть нспол-зовоки пра проектировании поперечных профилей головки редьсоа, йаядетвй ко-

лвснюс пар, установления допусков их износа.

Б пятой глава излагаются результаты исследований по изучению боковых колебаний екипаней при вписывании в кривые участка пути.

При выборе m тематической модели экипака (см. рис. I) в качестве обобщенных координат системы приняты:

- смвцелие центра масс L-ой колесной пары ¿-той тележки относительно средней линии рельсовой колеи, имеющей отступления от прямолинейного положения в плаве;

- поперечное смещение центра масс ù-ой колесной пара ¿- -ой телеюш относительно продольной оси ог ;

Нп}. - угол между осью С-ой колесной -пары ¿.-ой тележки и нормалью к продольной оси ос ;

у^ - поперечное перемещение центра масс ¿-ой телеяхи . относительно продольной оси ос ;

ОС

^ - угол ыевду продольной осью путйУи осью ¿-ой тележки;

*

У, - поперечный относ кузова;

Ц)* - угол между продольной осью х и осью кузова;

- Угол боковой качки кузова.

Дополнительные обобщенные координаты dvij. удовлетворяют

равенствам:

vt+a*) .

где 7Г° ( V"fc + - случайное отклонение средней линии рельсовой колея от проектной оси пути в кривой радиуса § ;

О.--- расстояние от центра массы кузова до 1-ой колесной пары ¿-oit тележки;

с =» ; ^ = I»

Для составления уравнений движения экипаяа используем уравнения Дагранжа второго рода

<1 2Т -эт .-эф . зп п /тч

где Р;. - обобщенная сила;

ад - обобщенная координата; 1

- обобщенная скорость. Выражение для кинетической энергии экипажа, двлауцэгося в кривой,

т - у2 [г;н>г + ку:;-+^) ч-

Выражение для потенциальной энергии экигшяа

П-у21 ЧЭД4-

+ V* % & (сн- оГ^ - У,*}2 +

+ С^(^- + 24?-(V-¿К^)®-

-¿пг,,^• У,*}- \ +

И

+ • (3)

Выражение для функции рассеяния энергии

I

Ф- 7а £

-I- Уг аХ^-У^Ч (4)

В формулах (2)-(4) использованы обозначения, приведенные на рис- I.

Подставляя в уравнения Даграшш (I) выражения для кинетической энергии (2), для потенциальной энергии (3), для функции рассеяния анергии (4) и для обобщенных сил, получим уравнения, описывающие положение обобщенных координат экипажа при его боковых колебаниях.

Колебания кузова - относ, виляние, боковая качка:

т* у; - р - УГ 4- + а*1Ч»: ) +

+ рл аI[Ч*(УТГУ,%Н*Ч>Г + ) + ^ -

- У: +нЧ:+о5н\*)]-|:[<£(««$ - г)+

- [с: К°м (VI+0.-^+^ а-.ОЗ .

Колебания 2-х телегэк - огнос и виляние:

- ^ + + +

о;^ (а^-о [у.; - у; V(а*-}+

Колебания 4-х колесных пар - относ и шляние:

лУ^ + - (ач - а? )г* £+ + (ач - а] ] + аст - ^ (М + Н>пЧ)- (а,ч)+

Доставленная задача реализована на ЭВМ ЕС-1045 на языка ФОРТРАН-ЕГ. Программа . ис слога о г колебания относа, шляния и боковой качки. Программа составлена во ВШЯНТа иод руководством. про$. Л.Я.Когана и зарегистрирована за й 5085000105 в МАП ШС. |

Исследованы силы, действующие на рельсовые пяти при удовлетворительной, п неудовлетворительном состояния путл в кривой радиусом 300 и, с возвышением наружного рольса 70, 90, 100, ПО, 120 ш и о изменением шрзш колок от 1060 до 1100 ил при скоростях двихендя экипажей 40, 60, ВО км/ч.

Расчеты показали, что зортдкальшэ силы, действугщзо на иацуапый рельо с учетом возвшеняя царулшого рельса достигазт 200 кН, бокогае силы но цревшаиг СО кй. Напряжения во внопнеЗ > кромка подошш рельса при скорости 60 км/ч равны 200 Ша, при скорости 80 км/ч доотягсят 260 Ша, что ласколысо превышает допускаемо. Напрякоаия во внутренней кромке подошзь: родьса насколько прошяЕЭТ 2СО Ша, а ооешо налрдтаняя 2 аодошвэ рольса

составляют всего 160 МПа.

Ширина колеи также оказывает влияние на силы, действующие на рельсовые нити при вписывании экипажей в кривые. При ширине колеи более 10ЭД мм значения боковых сил, действующих на наружный рельс, значительно уменьшаются, чего не наблюдается при ширина колеи менее 1060 од - 1070 км. При ширине колеи менее 1060 ш и скорости движения 80 щ/ч возникающие боковые силы превышают 100 кН, что недопустимо, так как может произойти вползание колеса на рельс.

Проведенные исследования были использованы при установлении ширины колеи в кривых различных радиусов.

а)

■¿т

¿ш

к

V \ у» 2

я л ч—

№ ^гг—

\

Зс

м&

<ш.

-

N .5

10 ;

ч =

г 1

0 Ш ЗМ ¿м ¿¿¡р к,к

Рис. 4. Криваэ завлеклости ширины колеи, от раВД=а при вписывании з кривые различных экипажей; а) локомотива, б) бзгонк

Таблица 4

Оценка влияния ширины койеп ( 3 , мм) на силы взаимодействия системы "зкипаз - дуть" а напрязенно-деформярованное состояние рельсов в кривых

участках пути

Радиус Скорость кривой, двкаашм й.м V, км/ч Ширина колеи Силы, действующие на путь Напряжения и деформация пути

5, мм Л,мм СЪ кН Т*. ка у^.гШ Ок.*.» Ша (Та.*.. ^г а СГ^., Ша

80 25 1092 1067 1082 56 32 147/139 152/23,40 70 234/127 120/97 109/100

100 30 1087 1082 1077 51 27 20 140/122 127/23,40 40 204/117 93/89 102/92

200 ео 1082 1077 1072 .46 22 15 166/130 176/132 177/132 68/23,40 97/23,40 101/23,40 30 40 47 203/136 205/122 218/120 130/107 131/104 138/103 129/104 139/Ю4 140/105

300 70 1072 1067 1065 36 12 8 186/152 196/150 198/149 64/21 95/21 99/23 33 36 38 223/156 245/148 244/147 154/128 152/124 150/122 154/130 164/124 166/125

400 80 1072 1067 1065 36 12 8 189/156 197/148 198/149 60/19 92/20 36/20,50 36 34 35 216/152 262/147 253/147 150/125 157/121 160/120 155/132 163/125 164/124

Прииечазяэ. Б числителе - на наружную нить, в знаменателе - на внутреннюю.

й

aejuwA-a ете&ш rat, <•//

/¿¿ими? wspit :

Sfnùl -

J/ff SWMT.V -XJafi ; S/па//"-

A/9 иммт&А'ле', Sc/г/ -

m лсш

WMWS

vwstif

jcâ 5M

Ш ftof&e/jr

Рис. 5. Рекомендуемые нормы ширины колеи в кривых, с учетом боковых сил взаимодействия пути и подвижного состава

Д1есгая глава посвящена исследованиям норм устройства я содержания рельсовой колеи в кривых участках пути. На железных дорогах Конго ширина колеи 1067 мм принята одинаковой для прямых и кривых участков пути. Это вызывает дополнительные динамические силы при движении подвижного состава по кривым. Максимально допустимая ширина колзи, определенная с учетом размеров колесных пар, составляет 1095 мл. С учетом определенного ранее возможного максимального упругого откатия рельсовых нитей, величина которого составила 8 мм, и изгиба оси колесной пары гру-

явных вагонов, принятого равным 2 и.!, максимальная пшрпна колеи, определенная по геометрическим параметрам, составляет 1085 мм. Минимальная шрина колеи, определенная из условия недопустимости заклинивания колооной поры с максимальной насад-кол между рельсовыми нитями, получилась равной 1057 мм.

На ПЭШ по программе, разработанной на кафедре "Нэлоэно-дорожный путь" ПШГа получена зависимость шрини колеи в кривых различных радаусов при вписывании шести видов локомотивов и вагонов, используемых на келезных дорогах Конго (рис. 4).

Для установления рациональной ширины колеи з кривых различных радиусов исследованы силы, действующе на нару&ные рельсовые нити. Значения вертикальных и боковых сил, напряжений в рельсах получены о использованием, программы RML . Результата расчетов приведены з табл. 4.

Совместное рассмотрение графика зависимости ширины колеи от радиуса кривой, построенного по геометрическим параметрам, л силового воздействия подшаного состава на путь позволило рекомендовать обоснованные норми содержания пшрикы колеи, учигы-вавдие геометрические характеристики путл.и ходошх частой, а также динамического воздействия подзгазого состава на путь (рис. 5).

Для аелезных дорог Конго црэдлагаогся следующая ширина колеи в кривых:

при И в 350 м и более S = Ю67 мм;

R » 349 - 200 и ,,„ S= 1072 км;

Ц « 199 м п менее v S = Ю82 мм.

Рекомендуются допусга в содержиши ширины рельсовой колеи: +5 я -5 ш, а для ширины колви 1082 мм - доцуски +3 и -5 мм.

ОБЩИЕ вывода и пршошш

I. Сложность топографических и инмнерно-геологических условий железных дорог Конго обусловливает применение крутых уклонов и кривых малых радиусов. Это требует изучения условий взаимодействия пути я экипажей, дополнительного рассмотрения задач по уменьшению взноса рельсов, колес и сокращению расходов на.текущее содержание.

'¿. Уровень сил м характер взаимодействия пути и вкипаяей определяется упруго-динамическими характеристиками пути и ди-нашко-кинематическими характеристиками подвижного состава. В работе их изучению уделено большое внимание.

3. Подробно рассмотрены расчетные схемы по взаимодействию пути и экипажей. При изучении горизонтальных и вертикальных сил выбрана и реализована на ЕС-1045 математическая модель ШШИТа, разработанная под руководством проф. А.Я.Когана.

4. Иссладовадия контактных напряжений выполнены на ЕС-ЮЗЗ по программе, разработанной автором. Исследовано влияние на величину контактных напряжений радиуса поверхности катания головки.рельса, диаметра колеса, формы износа поверхности колеса и др. Результаты, расчетов позволили дать ряд практических рекомендаций, .связанных с .обточкой колес и.шлифовкой рельсов.

5. Изучен характер, силового взаимодействия экипахей и пути в кривых малых радиусов. Проведенные исследования позволили выявить влияние различных факторов на величину боковых и вертикальных сил. В кривой радиусом менее 300 м .': при ширине колеи 1060 мм возникают недопустимые вертикальные и боковые силы, угрокамцие безопасности движения поездов.

6. Проведенные исследования показывают, что в прямых участках пути и в кривых радиусом до 350 м ширина колеи может быть

принята ровной 1067 £ 5 ш.

Для трудных топографических условий радиус мопет быть уменьшен до 200 м. При этом должна быть увеличена ширина колеи до 1072 - 5 мм.

Дальнейшее уменьшение радиуса кривой нежелательно, поскольку горизонтальные поперечные силы достигают больших величии. При этом ширина колеи должна быть увеличена до 1082 мм.

Дальнейшее увеличение даряш волей может привести к про-валивашт колесной пары внутрь колеи.

Результаты исследований могут быть использованы при проектировании, устройстве и содержания пути с шириной колеи 1067 лиг.

По теме диссортнции опубликованы следующие работы:

1. Экоебва Казимир. Влияние геометрических очертаний поверхности катания головки рельса на уровень контактных напряжений для условий яэлозннх дорог Конго. •>• СПб.: ПИИТ, 1992. -8 с. - Находится на стадии депонирования.

2. Экоебва Казимир. Влияние радиуса я профиля колоса на уровень контактных напряжений в рольсах: Сборник трудов ПИИТа //Вопроси рольсовой проблемы пропиленных полезных дорог. -СПб., 1992. - С. 107—III-»

3. ЗйсоаЪта Caelcir ,.-Хоз particularités d'oxploiinticn da la voie ot du catoriol rouirait r.u chealn do tor- Ссвдо-Ооесд.-

Pointc-IToira, Ootobro 1930. _________________

Подписано к печати 02.93г. Усл. поч. 1,66 л.

Почать офсетная. Бумага для множит.апп. Формат £0x84 1/16

Тираа КС экз. ЗаказУ<й). Бесплатно.

Тип. ГОШТа 190031 ,Саш:т-Паторбург, Московский пр. ,9