Влияние неровностей на поверхности катания колеса на характер возникновения вертикальных динамических сил при движении подвижного состава

Введение

От колес подвижного состава на путь передается сложное силовое воздействие, которое можно разложить на вертикальные и горизонтальные (поперечные и продольные) составляющие: вертикальное давление, вызывающее осадку пути и изгиб рельсов. Боковое давление, стремящееся сдвинуть путь в сторону, и продольные силы – причина угона (продольного смещения) рельсошпальной решетки.

Вертикальное давление на рельс – это нормальные (перпендикулярные к поверхности) силы, которые через колеса подвижного состава передаются на рельсы. [1],

Нагрузка, передаваемая подвижным составом на рельсы при движении, называется динамической. Динамическое воздействие подвижного состава на путь определяется сложными колебательными процессами, возникающими при движении. Они обусловлены наличием различных неровностей на поверхностях соприкасания колес с рельсами, упругой деформируемостью пути, рессор и других элементов ходовых частей, особым характером движения жестко соединенных между собой осей подвижного состава в рельсовой колее при изменяющейся по протяжению пути траектории движения подвижного состава.

При неровности на поверхности катания колеса увеличиваются вертикальные динамические силы при движении подвижного состава.

В связи возрастанием нагрузок возникает проблема роста интенсивности изнашивания пути и подвижного состава, что является проблемой на железной дороге.

С помощью программы «Универсальный механизм» мы моделируем неровности на поверхности катания колеса, которые влияют на характер возникновения вертикальных динамических сил при движении подвижного состава. [2],

В данной исследуемой работе, мы рассмотрели кривой участок пути со следующими данными:

Уклон местности = 1,2

Длина круговой кривой (S) -200 м

Радиус кривой – 1200 м

Скорость ( V) – 90 км/ч

Длина прямого участка на подходе к кривой ( L) – 20 м

Рассчитываем возвышение по формуле: [3],

Возвышение – 85 мм

Длину переходной кривой находим по формуле: [3],

Переходная кривая ( Р₁, P₂) – 80м

В качестве неровности колеса, мы выбрали ползун.

Ползун – повреждение поверхности катания колёс подвижного состава, выражающееся в появлении на круговой поверхности катания плоского места. Наиболее распространённой причиной появления ползуна является блокирование колёс при движении (юз), что приводит к истиранию поверхности катания и образованию на ней плоского участка.

Согласно (ПТЭ) при величине ползуна у вагонов, кроме моторного вагона моторвагонного подвижного состава, а также специального самоходного подвижного состава, от 2 до 6 мм, у локомотива и моторного вагона моторвагонного подвижного состава от 1 до 2 мм допускается следование поезда до ближайшей станции со скоростью 15 км/ч, а при величине ползуна соответственно свыше 6 до 12 мм и свыше 2 до 4 мм - со скоростью 10 км/ч, где колесная пара должна быть заменена. При ползуне свыше 12 мм у вагона и тендера, свыше 4 мм у локомотива и моторного вагона моторвагонного подвижного состава разрешается следование со скоростью 10 км/ч при условии вывешивания или исключения возможности вращения колесной пары. Локомотив при этом должен быть отцеплен от поезда, тормозные цилиндры и тяговый электродвигатель (группа электродвигателей) поврежденной колесной пары отключены.

С помощью программы «Универсальный механизм» моделируем ситуацию прохода подвижного состава в кривой, при исправной колесной паре. График зависимости возникновения вертикальных динамических сил от колеса на рельс приведен на рисунке 1.

Максимальная вертикальная нагрузка: правое колесо 125,836 кН; левое колесо 123,088 кН.

Рисунок 1. График зависимости возникновения вертикальных динамических сил от колеса на рельс

Затем моделируем ситуацию, при размере ползуна на колесной паре 6 мм, показано на рисунке 2.

Максимальная вертикальная нагрузка: правое колесо 126,925 кН; левое колесо 308,347 кН.

Рисунок 2. График зависимости возникновения вертикальных динамических сил от колеса на рельс, при размере ползуна 6 мм

На графике видно, что вертикальная нагрузка резко возрастает на 185 000 Н, когда размер ползуна составляет 6 мм. 

Также моделируем ситуацию, при размере ползуна на колесной паре 12 мм, график зависимости вертикальных сил показан на рисунке 3.

Максимальная вертикальная нагрузка: правое колесо 205,512 кН; левое колесо 335,386 кН.

Рисунок 3. График зависимости возникновения вертикальных динамических сил от колеса на рельс, при размере ползуна 12 мм

На графике видно, что вертикальная нагрузка резко возрастает на 212198000 Н, когда размер ползуна составляет 12 мм.

Проверим наши данные на достоверность, для этого строим диаграмму, смотреть рисунок 4.

Рисунок 4. График зависимости максимальной нагрузки от величины ползуна

Вывод: по полученным данным при моделировании, мы выяснили, что при увеличении ползуна на 12 мм вертикальная нагрузка увеличивается на 210000 Н. В следствии этого возрастает износ подвижного состава и рельса, что приводит к выходу из строя конструкции железнодорожного пути и подвижного состава.